旁路耦合微束等离子弧焊增材制造曲面零件

基于xPC Target实时目标环境,建立了旁路耦合微束等离子弧焊增材制造系统.运用UG/NX软件系统实现了增材制造过程中零件从模型建立、成形路径规划到执行代码生成的一体化和自动化.通过改变旁路电流的大小完成了304L不锈钢椭圆筒形零件和圆柱形零件的快速成形.对堆垛成形后的圆柱形零件进行铣削加工完成了不锈钢戒指零件的加工制造.     

旁路耦合微束等离子铝合金薄板焊接工艺

采用ER4047铝丝在5A06铝板表面进行平板堆焊实验,对旁路耦合微束等离子薄板焊接工艺进行研究,研究了焊接电流、旁路电流、送丝速度对焊缝的影响规律,并与传统微束等离子焊接工艺进行比较.研究发现:随着旁路电流的增加,焊丝的熔化速度不断增加,且在相同焊接参数下,相比传统微束等离子焊接方法,旁路耦合微束等离子焊丝的熔化速度更快;采用旁路微束等离子焊接方法可以精确分配母材与焊丝的热输入,得到形貌良好的焊缝.且旁路电流能够有效地增加焊丝的熔化速度,减少母材的热输入,相比传统微束等离子薄板焊接工艺,能够大大提高生产效率,提高焊缝质量.     

脉冲参数对脉冲DE-GMAW熔滴过渡影响的建模及仿真

针对铝-钢等现有焊接方法效率低、成本高等缺点,提出了一种低成本、热输入精确可控的脉冲旁路耦合电弧MIG焊(DE-GMAW)焊接方法.建立了脉冲旁路耦合电弧MIG焊数学模型,从焊丝熔化模型和电磁不稳定收缩模型仿真研究脉冲参数对熔滴过渡的影响规律.结果表明:在脉冲旁路耦合电弧MIG焊过程中,在主路平均电流和旁路平均电流不变的情况下,随着主路或旁路峰值电流的增大、脉冲占空比的变大,熔滴过渡频率会变大,更有利于脉冲旁路耦合电弧MIG焊熔滴的过渡,而且峰值电流对熔滴过渡的影响力要大于脉冲占空比.     

保护气体对双丝旁路耦合电弧GMAW熔滴过渡行为影响的检测与分析

双丝旁路耦合电弧GMAW是一种新型高效的焊接方法,在实现高熔敷率的同时,可以显著降低母材的热输入.采用被动式视觉传感的方法对双丝旁路耦合电弧GMAW焊接熔滴过渡的行为进行高速摄像采集,获得不同形式下的熔滴过渡过程并进行对比分析.结果表明:当保护气体为纯氩气时,旁路熔滴尺寸较大且难以向熔池过渡;当保护气体为φ(Ar)=80%和φ(CO2)=20%的混合气体时,由于CO2中氧元素的引入改变旁路熔滴表面的受力形式,使得旁路熔滴尺寸明显减小,熔滴过渡形式转变为稳定的射滴过渡,并且焊缝成形较好.     

DE-GMAW旁路电流对焊缝熔深变化的影响

对单旁路耦合电弧焊母材热输入理论分析的基础上,进行不同母材电流和旁路电流组合的单旁路耦合电弧焊堆焊实验.对所得的焊缝熔深数据进行多项式拟合和回归分析,得到旁路电流与熔深变化的数学关系.结果表明:DE-GMAW的旁路电流只在一定区间内显著影响熔深,并与熔深呈线性关系,与母材热输入理论分析吻合.     

单电源三丝电弧增材制造熔滴过渡行为及精度

为了提高大型金属构件的成形效率与精度,使用了单电源三丝共熔滴电弧增材制造系统．分析了三丝电弧增材制造“共同熔滴”的形成过程,研究了工艺参数对熔滴过渡行为与堆积层形貌的影响,并优化出堆积工艺参数,增材制造出艉轴架轮毂模拟件．三根丝材末端首先形成三个独立的单丝熔滴,熔滴在电磁力和表面张力的作用下形成“共同熔滴”．熔滴不会在丝材末端旋转,具有平稳的熔滴过渡过程．当单电源三丝电弧熔丝增材制造电流为400 A,电压为26 V时为排斥过渡,过渡频率为25 Hz,堆积层平整度为0.86;当电流为500 A,电压为26V时为潜弧过渡,过渡频率为33 Hz,堆积平整度为0.42;当电流为600 A,电压为28 V时为颗粒过渡,过渡频率为66 Hz,堆积平整度为0.38;当电流为700 A,电压为30 V时为射滴过渡,过渡频率为125 Hz,堆积平整度为0.67．单电源三丝成形艉轴架轮毂模拟件优选的工艺参数为：电流为600 A,电压为28 V,其成形精度为±1.2mm,平均成形效率为7 kg/h,并且艉轴架轮毂模拟件力学性能满足使用需求．     

埋弧焊熔滴过渡试验研究

针对电弧焊中的熔滴过渡行为直接影响焊缝成形及质量,埋弧焊中的电弧现象及熔滴过渡行为因被掩埋在焊剂层下而不可见等问题进行试验研究,利用不锈钢管建立拍摄通道,借助高速摄影系统拍摄埋弧焊熔滴过渡影像,利用汉诺威弧焊分析仪采集电信号波形,通过分析高速摄影图像和电信号概率密度分布曲线及波形,对埋弧焊熔滴过渡行为作出判断.结果表明:随着焊接电流的增大,埋弧焊中依次出现了无短路、小电流短路和大电流短路三种渣壁过渡行为,且大电流时出现了弧桥并存现象.     

旁路电流对镁合金非熔化极气体保护焊接熔池及其残余应力的影响

利用ANSYS软件对厚度为2 mm的AZ31B镁合金薄板的非熔化极气体保护焊(DEGMAW)焊接过程进行有限元分析,利用间接耦合法计算焊件的温度场,分析AZ31B镁合金板焊件残余应力的分布规律,并研究了DE-GMAW旁路电流对焊件熔池尺寸和残余应力的影响规律.结果表明,在焊接总电流和其他焊接参数一定的条件下,随着旁路电流增大,母材的热输入减小,熔深值下降,熔宽值略有降低,焊缝受到的残余拉应力逐渐减小.     

大电流GMAW的熔滴过渡行为及控制

具有稳定熔滴过渡过程的单丝大电流GMAW(熔化极气体保护焊)焊接方法拥有其他高效GMAW焊接方法不可取代的优势.通过采集大电流GMAW的熔滴过渡高速摄像和焊接电流电压信号,对比分析了大电流MIG(熔化极惰性气体保护焊)和MAG(熔化极活性气体保护焊)焊接过程中不同的熔滴过渡行为,分析了焊接电流和保护气体成分对熔滴过渡频率的影响.结果表明:大电流MIG焊接熔滴过渡形式为单一的旋转射流过渡,且旋转频率随着焊接电流的增大先减小后增大;大电流MAG焊接熔滴过渡形式为摆动和旋转射流混合过渡,且摆动过渡频率会因为液流束与熔池接触短路而增大;外加磁场能够改变大电流GMAW液流束和电弧的旋转方向,减小旋转角度,这一发现为400 A以上稳定单丝高效GMAW焊接工艺的研发提供了新思路.     

弧焊熔滴过渡的高速摄像与电信号测试分析

针对焊接熔滴过渡频率高、难以观察的特点,以焊接电流、电弧电压、熔滴过渡图像为信息源,建立了高速摄像与电信号小波分析系统,论文阐述该系统的构成并分析系统构建中的关键技术,利用该系统对自行研制的脉冲MIG焊电源熔滴过渡信号进行了测试与分析。结果表明,脉冲MIG焊短路过渡发生时,电弧电压信号、弧焊电流信号发生突变,有明显的特征变化,可直接用于过程控制;而射流过渡、射滴过渡发生时,电弧电压信号、弧焊电流信号变化平稳,没有明显的特征变化,可通过提取熔滴特征信息用于过程检测和质量控制。     

激光-电弧复合焊接工艺参数优化与分析

采用激光-电弧复合焊接方法,研究焊接电流对焊缝成形、熔滴过渡和电信号的影响规律。结果表明:激光.电弧复合焊接电流不宜过大,160～180A是较理想的范围,耦合效果最佳,此时的熔滴过渡、电信号稳定。     

双丝间接电弧氩弧焊的熔滴过渡形式

采用氙灯背光高速摄像系统及示波器对双丝间接电弧氩气保护焊的熔滴过渡进行了研究。结果表明：双丝间接电弧氩弧焊正、负极的熔滴过渡形式并不完全相同,根据正、负极熔滴过渡形式的不同组合将熔滴过渡分为大滴—大滴过渡,射滴—大滴过渡,短路过渡,射滴—射滴过渡,射流—大滴过渡,射流—射滴过渡及射流过渡7种类型。在焊接过程中以射流过渡及射流—射滴过渡为主。双丝间接电弧氩弧焊主要靠电弧热量及熔滴携带热量熔化母材,熔滴过渡方向与电流流动方向不同,正、负两极熔滴同时过渡,两极的过渡频率、尺寸有所不同。     

增材-微锻造加工工艺应力场数值模拟研究

激光熔丝增材制造过程中,材料快热快冷的特点使熔覆层产生不利于表面强度的残余应力,而增材-微锻加工工艺可提高增材制件的加工质量,改善增材制件微观组织及力学性能缺陷.以TC4为研究对象,通过超声微锻造工具头与熔池保持一定的相对距离做进给运动,对材料表面进行高频次冲击与滚压,使熔覆层表面得到改善和强化.对增材-微锻加工工艺进行顺序热结构耦合数值模拟研究,分析加工过程中熔覆层应力场变化情况.研究表明:对尚未冷却的增材熔覆层表面进行超声微锻造,熔覆层由于热源加载产生的残余拉应力转化为较为有益的残余压应力,降低了熔覆层表层缺陷发生的概率.不同的超声振幅、进给速度以及锻造温度参数对残余压应力及法向变形量有较大影响.     

铝-钢脉冲DE-GMAW与CMT熔钎焊热循环曲线测试与对比

介绍一种新的铝-钢异种金属焊接方法脉冲旁路耦合电弧MIG焊(pulsed DE-GMAW),将该方法应用于铝和镀锌钢板的焊接,得到成型良好的焊缝.采用接触式测量法测量pulsed DE-GMAW法在不同焊接参数下的热循环曲线,并与CMT进行对比分析,结果表明:CMT法通过推拉丝及短路波形控制能减小焊接过程中的热输入;而pulsed DE-GMAW法通过增加旁路电流达到分流的目的,也可以降低输入母材的热量,2种方法的热输入控制效果相当,均能较好实现铝-钢异种金属的焊接.     

二氧化碳短路过渡焊电流波形控制模式的研究

针对二氧化碳弧焊熔滴短路过渡过程动特性差，飞溅大的特点，对一种关联式电流波形智能控制器的波控模式进行了研究，提出了实时控制熔滴过渡过程电流波形的波控基本模式。试验表明，该波控模式能对弧焊过程实施有效波控，尤其适宜于带有交流纹波成分的整流焊接电源的波控。采用该控制模式，通过波控器的快速分流作用，可抑制弧焊短路初期，短路未期的电流增长和燃弧初期的电弧冲击，能够优化熔滴过渡过程的电流波形，使液桥柔顺破断，熔滴无冲击地进入熔池，从而改善了二氧化碳在弧焊过程中的动特性，抑制了焊接飞溅。     

脉冲参数对脉冲MIG焊焊接行为的影响

针对自行开发的软开关逆变电源,设计了一个工艺实验平台,用于研究脉冲参数对脉冲氩弧(MIG)焊熔滴过渡的影响规律.实验根据一脉一滴的原则,通过改变峰值电流、峰值时间、基值时间,采用小波分析仪采集焊接过程的电流电压信号,并用高速摄像机获取熔滴过渡图像,结合两者处理结果进行分析.结果表明,脉冲参数直接影响熔滴过渡过程,峰值电流和峰值时间之积对熔滴过渡影响显著,基值时间和基值电流对熔滴过渡影响不大.     

多弧旁路GMAW熔滴过渡图像边缘提取算法

熔滴过渡是焊接过程中影响焊缝成形和焊接质量的重要因素.为了对多弧旁路GMAW(DB-GMAW)焊接过程中的熔滴过渡特征信息深入研究提供条件,对该种焊接方法下熔滴过渡图像颈缩部分边缘提取算法进行了研究.对比了6种微分算子对其边缘的提取结果,选出了效果最好的ZeroCross微分算子,并对熔滴过渡连续帧图像进行了处理.结果符合要求.     

短路过渡弧焊过程稳定性在线评价模型设计

采用短路过渡弧焊电流、电压波形为信号源,选择单次熔滴过渡周期为基本单元,提取表征熔滴过渡状态的特征参数,以飞溅率作为稳定性的实测指标．在此基础上,分析了熔滴连续过渡的焊接过程,并采用变异系数方法表征特征参数在整个焊接过程的波动程度．采用统计分析和偏最小二乘回归方法提出了过程稳定性在线评价模型,克服了输入变量严重多重相关性的问题．实验证明,该模型的准确性满足在线评价的要求,检测结果达到预计效果．     

薄壁结构冷金属过渡增材制造工艺优化

针对传统薄壁结构制造方法中的工序流程烦琐、制造的零件性能不均一或成形精度低等问题,提出采用冷金属过渡工艺(CMT)直接成形薄壁构件的工艺方法,并对工艺参数进行优化。该方法以单壁墙为研究对象,构建以送丝速度、单位长度焊缝的金属熔敷量为输入变量、熔敷层宽度和宽高比为输出变量的3D响应面模型,进而对成形几何特征进行预测;研究电弧长度和焊枪行走角对熔敷过程及最终成形形貌的影响;采用高速摄像机拍摄熔滴过渡行为并分析过渡特征,阐述工艺参数对成形形貌的作用机理,进行典型薄壁结构件的优化制造。实验结果表明,几何特征预测模型精度较高,误差小于5%;采用-15%的弧长修正值能够改善成形,避免侧边驼峰缺陷的产生;当焊枪行走角达到10°时,能够明显改善单壁墙上表面和侧壁成形精度;推角熔敷极易产生驼峰缺陷,因此不适用于增材制造。     

耦合电弧对AA-TIG焊接熔深的影响

为提高活性TIG焊活性剂的涂敷效率,实验一种新型的活性TIG焊工艺电弧辅助活性TIG焊,简称AA-TIG焊.以SUS304不锈钢作为母材,采用耦合电弧进行AA-TIG焊,研究焊接电流、焊接速度、钨极夹角、CO2气体含量等主要工艺参数对焊缝熔深、熔宽的影响.结果表明:相同的焊接工艺参数下,耦合电弧AA-TIG焊缝熔深达到传统TIG焊熔深的2.86倍,同时焊缝熔宽明显收缩.采用耦合电弧AA-TIG焊可不开坡口一次焊透8 mm厚不锈钢板,焊接效率明显提高.辅助电弧和正常TIG焊工艺参数都对耦合电弧AA-TIG焊焊缝熔深、熔宽有一定影响,其中辅助电弧CO2含量以及2电弧钨极夹角对焊缝成形影响较大.