窄间隙P-GMAW仰焊位置熔滴过渡影响因素及控制方法

管道窄间隙全位置焊接过程中,在接近仰焊位置容易出现焊接缺陷,制约了管道施工的质量和效率.文中针对管道自动焊仰焊位置成形差、可靠性低的问题,分析P-GMAW过程送丝速度、弧长修正、导电嘴到熔池距离等因素对熔滴过渡的影响规律.结果表明,增加弧长修正系数可以增大电弧对侧壁的热输入,能够缓解侧壁熔合不良的问题,但会使熔滴过渡路径难以控制.因此当焊枪运动到仰焊位置时,提高送丝速度有利于获得更小的熔滴、更高的过渡频率;降低导电嘴到熔池距离,可以增加电磁力、减小熔滴尺寸,从而更有利于仰焊位置熔滴向熔池的过渡,研究结果对于管道窄间隙焊接的工艺设计具有一定的指导意义.

低合金高强钢焊丝熔滴过渡形态及飞溅分析研究

利用高速摄像系统对自主研发低合金高强钢焊丝焊接过程的熔滴进行拍摄,分析整个焊接过程中的熔滴过渡模式与飞溅产生机理,研究合金元素与焊接热输入对焊丝的熔滴过渡形态产生的影响。试验结果表明,焊接过程中出现了滴状过渡、短路过渡、射滴过渡3种熔滴过渡模式与电弧力引起的飞溅、爆炸飞溅、熔池偏飞、颗粒偏飞4种飞溅形式。合金元素含量改变了熔滴的物理化学性质,焊接热输入改变熔滴的受力与熔滴熔池形态,从而改变了焊接过程中熔滴过渡与飞溅形式。通过综合比较分析,发现#3焊丝的焊接过程电弧最稳定,飞溅最小。

基于工程应用的CW-GMAW熔滴过渡形态表征

综述了涉及工程应用的冷丝熔化极气体保护焊(Cold wire gas metal arc welding,CW-GMAW)熔滴过渡形态特征。结果表明,在大电流、强规范、富氩混合气体保护下,CW-GMAW工艺的熔滴过渡形态呈喷射过渡;当电流较小、电弧电压较低时,可能为滴状过渡,甚至在弧压很低时,呈现短路过渡形态。该工艺电弧发生偏向冷丝的位移,弧长变短甚至发生短路,与冷丝送进速率比增高及冷丝在电弧中产生大量金属蒸气时弧柱电阻下降有关。在具有富氩混合保护气体的相同工艺参数下,CWGMAW转变电流比GMAW降低了4%~7%。焊接工艺参数对CW-GMAW和GMAW工艺熔滴过渡形态的影响规律大致相近,但前者因涉及冷丝送进速率比和电极焊丝送进速度,以及它们的匹配等,使焊接电流的影响更为复杂。

2219铝合金CMT电弧增材熔滴过渡行为

在冷金属过渡(cold metal transfer,CMT)电弧增材制造过程中,熔池的流动行为极易受到电弧和熔滴的影响,从而严重影响堆积层的稳定性和成形件质量.该文利用高速摄影结果及电信号参数波形图,引入热输入量计算公式,从特征电信号、熔滴过渡特征量、热输入量等方面定量分析了CMT+P模式下送丝速度及脉冲修正系数对熔滴过渡过程及单道成形形貌的影响,同时分析了脉冲变极性冷金属过渡(Advanced CMT,CMT+PA)模式下送丝速度及控制面板上的EP/EN修正系数η对熔滴过渡过程及单道成形形貌的影响,为后续工艺优化提供参考和指导.

自适应分流交替电弧WAAM电弧行为与熔滴过渡

传统电弧由于热输入高、熔覆率低,无法直接应用于电弧熔丝增材制造(wire and arc additive manufacturing,WAAM)技术.该文提出极性变换自适应分流交替电弧WAAM工艺方法,在钨电极,工件和丝材间形成交替电弧.根据EN/EP电流转换时自适应分流并主动诱导交替电弧形成.该新型热源能满足以丝材阳极-钨电极阴极的EN电弧熔化丝材;以钨电极阳极-工件阴极的EP电弧清理工件,并通过适当的调节实现电弧热质力传输的受控解耦.验证了该新型热源的适用性,并对比分析了焊接速度和丝材高度下对电弧行为及熔滴过渡的影响.结果表明,当焊接速度为5.7 mm/s和丝材高度为8 mm时,沉积层形貌较好且熔滴过渡规律;与传统变极性等离子电弧(variable polarity plasma arc,VPPA)熔丝增材制造技术相比,其自适应分流交替电弧显著提高了丝材的沉积效率且降低了母材热输入,较好的兼顾了增材质量与增材效率.

高氮钢超音频脉冲GMA增材制造熔滴过渡特性

针对高氮钢增材制造熔滴过渡过程中氮元素逸出及飞溅问题,进行超音频脉冲熔化极气体保护(Ultrasonic Frequency Pulsed Gas Metal Arc,UFP-GMA)增材制造熔滴过渡试验,研究不同超音频脉冲电流叠加模式和脉冲电流频率对高氮钢熔滴过渡稳定性的影响,获取能够实现高氮钢增材稳定熔滴过渡的工艺参数。试验结果表明:在脉冲熔化极气体保护(Pulsed Gas Metal Arc,P-GMA)增材工艺条件下可以实现一脉一滴过渡,但是过渡稳定性较差,飞溅明显;在P-GMA基值阶段或基值和峰值阶段都叠加超音频脉冲电流均不利于熔滴过渡,容易出现短路、熔滴爆炸等问题;在P-GMA峰值阶段叠加低频(20 kHz)脉冲电流时,对熔滴过渡影响较弱,叠加中频(40~60 kHz)脉冲电流能抑制高氮钢熔滴过渡中大颗粒飞溅生成,提高熔滴过渡稳定性,但是当频率超过60 kHz时在过渡中会形成许多小飞溅。

基于PTA工艺的高氮钢熔滴过渡特性

丝材+电弧增材制造(wire and arc additive manufacturing, WAAM)适用于一体化成形大型复杂结构组件,在保证高氮钢增材结构件性能的同时,进一步提升高氮钢丝材的沉积速率,需要对不同直径高氮钢丝材的等离子弧增材工艺特性进行研究.通过设计不同的送丝高度和送丝速度对高氮钢增材过程中的飞溅行为,及焊道N元素含量的变化进行研究,分析等离子弧增材制造中HNS6-N5高氮钢丝材的熔化特性和飞溅过程.结果表明,送丝速度和送丝高度决定了高氮钢熔滴的过渡模式,也影响了焊道成形与工艺稳定性.在相同的热输入下,随着送丝速度的减小,熔滴的飞溅行为更加剧烈,同时焊缝中的N元素含量呈现下降趋势,随着送丝速度的增加,焊缝中的N元素含量逐渐增加,综合调节丝材直径、送丝速度与送丝高度可以获得过程稳定、熔滴过渡飞溅、焊缝氮含量高、熔覆效率高的增材效果.

电弧增材制造焊丝熔化及熔滴过渡过程建模与仿真研究

基于动网格和多物理场耦合技术,建立了焊丝熔化和熔滴过渡的热流耦合数学模型。研究了焊丝熔化形成熔滴、熔滴与基板的接触和铺展、熔融金属桥形成和拉断过程。分析了熔滴在送丝过程中的温度变化、熔滴和熔池的速度变化、熔滴传质过程中的体积变化。结果表明,熔滴尺寸、形状与实验结果可较好吻合,最终转移至基板表面熔融铝的体积约占熔滴总体积的80%。

核电ER50-6实心焊丝MAG焊熔滴过渡方式探究

文中针对核电建造中的MAG焊接工艺进行深入探究,特别是ER50-6实心焊丝在不同焊接位置下的熔滴过渡方式。焊接过程中熔滴过渡方式对焊接工艺评定的有效性具有直接影响,为确保焊接质量符合RCC-M等相关焊接标准,文中使用高速摄像系统对常用焊接参数下的熔滴过渡临界值进行测定,并分析不同过渡形式对焊接过程稳定性、熔滴形态和过渡模式的影响。通过试验研究发现,在PA,PC,PF,PE等不同焊接位置,采用常规的直流反接方式和脉冲反接方式下,熔滴过渡模式不尽一样,且熔滴过渡临界值有较大差异。该结论对核电站焊接操作的规范化和标准化具有一定指导意义,有助于提升核电建设的安全性和可靠性。

焊剂片约束电弧焊接三明治板熔滴过渡与熔池波动研究

针对焊剂片约束电弧(FBCA)焊接高强钢三明治板熔池研究难点,采用侧边贴敷耐高温石英玻璃片方法,采集焊接动态过程信息,实现熔池边缘曲线的提取与特征参数的计算,研究不同参数下熔滴过渡模式及熔池边缘曲线波动情况,分析熔池振荡角与焊接稳定性及焊缝成形之间的关系。结果表明:不同参数下FBCA焊接存在短路过渡、粗滴过渡、排斥过渡、细滴过渡、射滴过渡、弧桥并存过渡六种过渡方式,对芯板内熔池边缘波动的影响依次减弱;随着熔池振荡角变化,熔池边缘曲线形状存在混合U形、深U形及浅U形,电弧燃烧稳定性依次增强;当焊接处于弧桥并存过渡模式、熔池边缘曲线为浅U形时,电弧稳定燃烧,电弧力作用均匀,焊接过程稳定,焊缝质量最好。

基于超声辅助的Q235镀锌钢板MIG焊熔滴过渡行为数值模拟

基于流体力学软件FLUENT的VOF模型,建立超声辅助MIG焊熔滴过渡数值模型。模拟了多组不同电流条件下,超声辅助MIG焊接过程中熔滴过渡的过程,分析了超声振动对普通MIG焊熔滴过渡频率的影响。结果表明,超声振动使得熔滴过渡频率增加,熔滴缩颈半径减小,促进了熔滴过渡。为了验证模拟结果的准确性,进行同等参数下的焊接实验,利用高速摄像机对熔滴过渡过程进行图像捕捉。实验结果表明与模拟结果相符,证明了文中熔滴过渡数学模型的准确性。

焊丝中稀土金属对纯CO_(2)保护气体GMAW熔滴过渡形态的影响

综述了焊丝中稀土金属对纯CO_(2)保护气体GMAW熔滴过渡形态的影响。结果表明,含稀土金属的焊丝以正极性纯CO_(2)保护气体焊时,由于电弧中阴极斑点面积扩大(位于熔滴上方的电弧呈圆锥形),被细化的熔滴形成轴向喷射过渡形态,飞溅很小,工艺性优良。稀土金属降低了阴极电子逸出功,同时高的电磁夹持力使熔滴以更小的尺寸轴向过渡,还有作用在熔滴上的主导力方向有利熔滴过渡,最终纯CO_(2)保护气下完全满足了熔滴喷射过渡形成条件。含有稀土金属的焊丝在电流波形控制新型电源中的应用,使J-STAR焊接方法在一个较宽电流范围内实现了超低飞溅,拓宽了该工艺的应用范围。

不同脉冲模式下熔滴过渡对铝合金增材微观组织及力学性能的影响

采用单、双脉冲MIG电弧增材制造工艺制备了铝合金成型件,建立高速摄像以及电信号同步采集系统对增材过程进行实时监测,结合堆垛过程中实时电压、电流信号,对比分析了单、双脉冲MIG工艺的熔滴过渡行为及其对增材件微观组织和力学性能的影响。结果表明,单脉冲与双脉冲熔滴过渡均为一脉一滴,相比于单脉冲大滴模式,双脉冲MIG工艺熔滴过渡频率更高,熔滴尺寸更小,获得的铝合金成型件的精度更高。单脉冲与双脉冲模式下所获得的微观组织存在明显差异,双脉冲MIG工艺中,两层熔合处可获得细化的晶粒,有效地改善了堆垛层的微观组织。对比两种电弧波形的增材件的力学性能,双脉冲MIG增材件的最大抗拉强度可以达到245.57 MPa。

铝合金冷弧焊接熔滴过渡行为分析

利用高速摄像系统和电流电压同步采集系统获得了5183铝合金焊丝冷弧以及传统短路过渡焊接过程的熔滴过渡高速图像及电流电压波形,并分析了熔滴过渡行为。通过对比冷弧焊接技术与传统短路焊接技术,发现冷弧焊接技术通过燃弧阶段电流控制,使短路过渡更早发生,有效缩短了熔滴过渡周期,减小了熔滴尺寸;通过短路阶段波形控制,降低了熔滴受到的排斥作用,增强了熔滴过渡的稳定性。同时,冷弧焊接技术降低了短路峰值电流,避免了短路结束瞬间的飞溅产生。采用送丝速度为8 m/min进行冷弧焊接时,燃弧阶段会发生瞬时短路,熔滴与熔池分离瞬间有时会造成飞溅。

Mg含量对7A52铝合金MIG焊熔滴过渡及组织性能的影响

用3种不同Mg含量的ER5356铝合金焊丝对20 mm厚7A52铝合金进行MIG焊,研究Mg含量对熔滴过渡及电弧形态的影响,分析不同Mg含量焊丝对7A52焊接接头组织和性能的影响。结果表明:随Mg含量的增加,熔滴尺寸增加,过渡频率降低,焊接电弧产生的压缩作用减弱;焊缝区显微硬度提高,接头的抗拉强度提高,伸长率略有下降,断裂方式为韧性断裂;焊缝区等轴晶尺寸减小,Al_(3)Mg_(2)相增加;熔合区沿晶界处析出的Al_(3)Mg_(2)相增加,晶粒尺寸减小。当Mg的质量分数为5.0%~5.1%时,对裂纹扩展阻力大,焊缝中心延展性较好,抗拉强度为285.33 MPa,综合力学性能较好。

保护气体对ER5356铝合金焊丝熔滴过渡及电弧稳定性的影响

采用ER5356铝合金焊丝对6 mm厚的5083-H111铝合金进行了MIG焊接试验,通过焊接质量分析平台和高速摄像机采集分析了100%Ar、75%Ar+25%He、50%Ar+50%He和100%He四种保护气体下的电弧熔滴过渡形貌和电信号特征。结果表明:随着保护气体中He比例的增加,电弧形貌由钟罩形向扁束状转变,电弧底部有收缩的趋势,电弧光亮的弧柱区域面积减少;电弧电压升高,焊接电流变大,导致电弧收缩和电弧密度提高,从而影响了焊丝的熔化速率,增加了熔滴过渡的频次,焊接电流概率密度曲线变化不大,电弧电压概率密度曲线发散较明显,熔滴过渡趋于不稳定,从短路过渡向亚射流过渡转变,但是熔滴尺寸均匀性变差,熔滴颗粒不均匀。总体来说随着He的增加,电弧稳定性较差,但熔滴过渡形式得到了一定的改善。

304不锈钢激光-MAG复合焊熔滴过渡及拉伸性能研究

采用激光-MAG复合焊接方法对304不锈钢进行对接试验。在确保全熔透条件下,研究了低速焊、高速焊的熔滴过渡以及焊接接头形貌、组织和拉伸性能。结果表明,低速焊时,熔滴过渡模式为短路过渡和大滴过渡;而高速焊时,熔滴过渡模式为射滴过渡和射流过渡。焊接速度对接头组织影响不大,但在拉伸性能方面,由于高速焊的焊接热输入减小,接头抗拉强度和伸长率比低速焊的明显提高。

高氮钢双丝CMT增材工艺参数对熔滴过渡影响规律

对高氮钢的双丝CMT增材制造过程进行研究,采用高速摄像采集双丝增材过程中的熔滴过渡过程,重点分析波形参数中峰值电流、基值电流和峰值送丝速度等参数对双丝增材过程中熔滴过渡稳定性的影响。研究发现:双丝峰值电流增加,前丝CMT周期标准差逐渐减小,熔滴过渡过程逐渐稳定,而后丝CMT周期标准差增多,稳定性变差;基值电流增加,焊丝端部的熔滴会逐渐增大;增大峰值送丝速度,双丝CMT周期的标准差先减小后增大。调节前丝峰值电流在150 A~175 A,后丝峰值电流≤125 A,基值电流≤60 A,峰值送丝速度在30 m/min左右,熔滴过渡过程相对稳定。保持前丝单个CMT周期能量输入在23 J~28 J,后丝能量输入在16 J~18.5 J,高氮钢双丝CMT熔滴过渡过程比较稳定,熔滴炸裂较少。

不锈钢绞股焊丝MAG焊熔滴过渡特征分析

采用高速摄像法对直径φ1.6 mm的不锈钢绞股焊丝熔滴过渡特征进行了拍摄观察。试验发现,随着焊接规范的增大,不锈钢绞股焊丝依次出现短路过渡、混合过渡、射滴过渡以及射流过渡等熔滴过渡方式。通过对各种熔滴过渡特征进行对比分析后发现:电爆炸是短路过渡和混合过渡焊接飞溅的主要成因,而射流过渡时的焊接飞溅则主要由多个熔滴熔合碰撞造成;射滴过渡为不锈钢绞股焊丝的主要熔滴过渡方式,其过渡频率约为100次/s且没有飞溅产生。

AH36薄板激光-电弧复合焊熔滴过渡与熔池分析

采用激光-电弧复合焊,激光前置焊接海工钢AH36薄板。利用高速摄像分析熔滴过渡特征与影响因素。运用计算流体力学体积分数法建立固液气三相流体动力学模型。采用高斯面热源、高斯旋转体热源和双椭球热源表征复合焊热源。数值模型考虑了表面张力、电磁力、浮力、反冲压力、蒸发冷凝、蒸发换热等多种物理场的耦合作用。对熔滴过渡冲击及其对熔池形貌、流动与温度的影响进行研究。结果表明,熔滴冲击熔池可促进熔池流动与传热。熔滴过渡受电磁力与蒸气反冲压力抑制,致使大熔滴出现。适当增加激光功率可降低熔滴表面张力,增加熔滴过渡频率,减小熔滴尺寸。激光功率过大或光丝间距过小时,出现熔滴破裂与飞溅。