大熔深K-PAW熔池及电弧视觉行为特征分析研究

穿孔等离子弧焊接(K-PAW)以其独特的优势,在中厚板的焊接制造中应用广泛,并逐渐向更大厚度的方向发展。然而,随工件厚度增加熔池穿孔出现不稳定等问题,制约了其在实际生产中的应用。分析了14 mm厚304不锈钢在“受控恒定穿孔”控制策略下的大熔深K-PAW熔池特征尺寸变化规律和焊接过程中的熔池行为。通过视觉检测与电信号同步采集系统,对大熔深K-PAW过程中熔池的形貌特征进行定量分析,探究在受控脉冲条件下的熔池特征参数变化情况,以及熔池特征与电信号的同步动态行为规律。以初始电流270 A进行焊接,在起弧的前14 s的盲孔阶段,随着电弧热量积累,熔池不稳定,尺寸出现震荡,最大震荡幅度超过10 mm,同时熔池长宽比也在1.0~1.6范围内变化;随着穿孔于第15 s发生,熔池达到平衡,且长宽比在19 s时达到峰值;维孔阶段,熔池保持稳定,形状未发生大变化。综上,可以通过熔池形状变化趋势来区分焊接阶段。比较了不同焊接电流(280 A、275 A、270 A)的盲孔阶段,发现采用较大的初始电流有利于缩短盲孔时间,由270 A时的22.9 s减小到了280 A时的19.8 s,并降低焊接气孔出现的可能性。最后,发现电弧中心与熔池前边缘的距离可以反映穿孔状态。结果验证了“受控恒定穿孔”控制策略的可行性,并验证了通过视觉特征判断焊接阶段及是否穿孔的可行性。