T型接头旋转激光+GMAW复合焊熔池动态行为数值分析模型

目的研究T型接头旋转光纤激光+GMAW复合焊熔池的温度场和流态特征,揭示气孔缺陷的产生及抑制机理。方法依据光学、电磁学、传热学及流体动力学机理,建立T型接头旋转光纤激光+GMAW复合焊熔池数值分析模型。使用Fluent软件对旋转频率分别为50 Hz和100 Hz的T型接头旋转激光+GMAW复合焊进行温度场以及流态特征的模拟,对比不同频率下T型接头横、纵截面,从工艺和焊缝成形角度出发,针对不同频率对熔池、小孔成形以及气孔抑制的影响进行讨论。结果当旋转频率为50 Hz时,纵截面内小孔最大深度为5.4 mm,横截面熔池内小孔开口直径相对较大,旋转一周后,小孔远离气泡,气泡无法逸出,形成气孔;当旋转频率为100 Hz时,纵截面内小孔深度显著降低,熔池体积明显减小,横截面内小孔最大开口直径和深度均降低,熔池尺寸也有所减小,在时间为0.097 s时,小孔上方区域出现的顺时针涡流不仅能抑制气孔,还能改善熔池的下垂以及立板焊趾处的咬边。结论随着旋转频率的增大,小孔的最大开口直径和深度均降低,还对熔池具有搅拌作用,使熔池体积变小。

基于双NURBS曲线的叶轮叶片工业机器人GMAW增材制造

以双NURBS曲线获得的直纹面广泛存在于各行业复杂零件中,如何实现复杂直纹面的增材制造一直是增材制造领域中极为关心的问题。以双NURBS曲线描述叶片模型,进一步获得直纹面,采用优化工艺参数,以GMAW方法实现了叶轮叶片的增材制造,增材获得的叶片完整,成形良好,表明以GMAW工艺实现双NURBS曲线叶片增材制造是可行的。为叶片模型构建、复杂形状叶片的电弧增材制造提供了新方法,对复杂形状零件增材制造过程控制具有借鉴意义。

Q690D多道次GMAW接头的组织和力学性能

在无预热和焊后热处理的条件下,采用熔化极气体保护焊(GMAW)和CHW-80C1实芯焊丝对20 mm厚Q690D热机械轧制钢板进行多道次焊接试验,分析该钢焊接接头的组织转变特征和冲击性能。结果表明,采用CHW-80C1焊丝可获得成型优良的焊接接头;Q690D各道次的焊缝组织相似,均由粒状贝氏体和少量的针状铁素体、先共析铁素体组成;热影响区由粒状贝氏体、针状铁素体、先共析铁素体及M-A组元组成。焊缝与细晶热影响区的冲击吸收功相对于母材的有一定幅度的下降,焊缝与细晶热影响区的断裂类型均为韧性断裂。

方钢支架自动GMAW焊的工艺研究

基于自制的方钢支架自动化焊接系统,在方钢支架与预埋板开坡口仰角焊的应用试验中,探索此类焊缝焊接工艺难点。分析不同焊枪角度及熔滴过渡方式对焊接参数的兼容性,总结焊接参数及焊接技巧。

船用高强钢GMAW-P脉冲焊接参数对电弧弧长的影响研究

对690 MPa级船用结构钢GMAW-P脉冲焊接过程电弧行为进行研究,分析了脉冲参数对电弧长度的影响。一脉一滴所在的弧长区间为3~6 mm,一脉多滴所在的弧长区间为5~8 mm,一脉一滴到一脉多滴的过渡区为5~6 mm,短路过渡弧长小于2 mm。脉冲时间上升,弧长增长;脉冲电流上升,弧长呈先上升后下降趋势;脉冲频率增大,弧长变长;基值电流升高,弧长减小。

缆式焊丝GMAW焊缝截面侧偏行为机理分析

缆式焊丝熔化极气体保护电弧焊(gas metal arc welding,GMAW)中存在的焊缝截面侧偏现象会导致焊接接头熔合不良,基于熔滴受力分析和最小电压理论对焊缝截面侧偏现象的变化规律进行机理分析.结果表明,电流是影响截面侧偏的关键因素,由于缆式焊丝独特的绞合结构引起电弧旋转,进而导致出现熔滴受力不均的现象,熔滴过渡方向与焊丝轴线存在夹角,在熔滴冲击力的作用下导致焊缝截面出现侧偏现象,随着电流的增加,电弧对熔滴的拘束增强,熔滴过渡方向逐渐趋于轴线,因而焊缝截面侧偏的趋势随着电流增加而减小.

窄间隙GMAW咬边缺陷的电弧声信号特征分析与识别

针对窄间隙熔化极气体保护焊(Gas Metal Arc Welding,GMAW)焊道侧壁处局部咬边缺陷检测困难的问题,提出了一种基于电弧声信号特征提取与处理的咬边缺陷在线检测方法。通过分析正常、临界咬边和咬边这3种焊接状态的电弧形态和电弧声信号特征,证实坡口侧壁引起的电弧形态变化是影响电弧声信号变化的重要因素。在此基础上采用小波包时频分析,同时引入特征类间标准差作为评价指标,确定了能有效识别3种焊接状态的敏感特征。采用Sigmoid支持向量机和五折交叉验证建立预测模型,实验结果表明该模型能较好地实现3种焊接状态的预测分类,识别准确率达到96.0%。

基于深度学习的GMAW焊接缺陷在线监测

以轨道交通高速高铁司机室铝合金外板为载体,围绕智能焊接关键技术,针对焊接缺陷在线监测问题开展研究.借助工艺试验平台与焊接工艺卡开展焊接缺陷试验设计、批量数据采集、专家经验标定、数据库构建,采用卷积神经网络算法对不同类型数据构建多维信息融合模型,并对融合模型进行参数优化处理,最终完成融合模型的训练、验证和测试.结果表明,训练后的融合模型比单一信息模型对焊接缺陷具有较好的识别结果,训练集和测试集的焊接缺陷监测精度分别为99.0%和88.3%,此监测系统的数据采集和模型响应总时间小于100 ms,能够满足工程化应用需求,提高机器人焊接的智能化水平,推动企业数字化转型升级.

中厚板V型坡口GMAW电弧声信号焊缝偏差识别方法研究

针对中厚板V型坡口GMAW(熔化极气体保护焊)焊缝偏差识别问题,提出一种新型基于电弧声信号的中厚板GMAW摆动焊焊缝偏差识别方法。在V型坡口摆动焊接中,发现当摆动中心与焊缝中心出现偏差,电弧声信号呈现明显非对称性。为此,针对电弧声信号的时域和频域特征开展了进一步研究,明确了与焊缝偏差信号存在密切关联的电弧声摆动极限位置能量差、标准差、小波包第7频带和第8频带能量等特征参量。构建基于上述4类参量的GS-SVR非线性回归方程,通过电弧声特征信号检测,可实现焊接过程中焊接偏差信息的在线识别,通过左右偏差试验表明该模型具有良好精度,可满足工程实际生产需要。

基于P-GMAW摆动电弧传感的窄间隙坡口宽度自适应焊接

针对窄间隙自动化焊接过程中,组对误差、焊接热变形等因素导致的坡口宽度不一致问题,本文提出采用电弧传感方式对坡口宽度进行检测,并根据检测结果调节工艺参数,保证焊接质量的方法。通过研究坡口宽度偏差的提取算法,分析窄坡口条件下脉冲熔化极焊接的峰值电流、基值电流和平均电流信号的传感特征,提出以脉冲周期内的电流均值作为特征信号,利用侧壁平均法进行偏差提取的传感方式;确定了坡口宽度变化时,焊枪摆幅、焊接速度的调控方法,实现了适应坡口宽度变化的自动化焊接。窄间隙焊接试验表明,上述方法能够有效识别坡口宽度变化,及时对摆幅、焊速进行调整,可在坡口宽度变化时,保证侧壁熔合质量和焊层厚度均匀。研究结果对单道多层窄间隙焊接实现焊接自动化,保证焊接质量具有一定的参考价值。

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。

5E83铝合金GMAW焊接工艺研究

对8 mm厚5E83铝合金进行单面单道熔化极惰性气体保护焊(GMAW)试验,研究焊接工艺参数对5E83铝合金焊缝成型的影响,观察5E83铝合金焊接接头不同区域的微观组织,确定合适的焊接电流和电弧电压的范围。结果表明:8 mm厚5E83铝合金优化后的焊接工艺参数为焊接电流240~260 A,电弧电压22~26 V。当焊接电流为250 A,电弧电压为22 V时,能取得焊缝熔宽较小且完全焊透、无明显缺陷的焊接接头。焊接接头抗拉强度最高达301 MPa,强度系数为0.82。提高焊接热输入使5E83铝合金GMAW接头显微硬度和抗拉强度降低。

基于RLC串联谐振的GMAW磁控电源电流波形实现方法

外加交变纵向磁场可以有效改善大电流GMAW熔滴的过渡形式,提高焊接过程稳定性。但在实际试验中发现,当电源给定的交变电流频率较高时,励磁电流波形发生畸变使其有效值降低。利用RLC串联谐振原理,把频率在2000~5000 Hz的频率区间分成3段,每段设定一个典型频率,分别对3个典型频率下负载槽路参数进行设计,并利用Simulik仿真软件对设计的参数进行验证。试验结果表明,电路在设定的典型频率下实现谐振,且在相应的频率区间内电流有效值均比不加谐振补偿电容时得到提高。

耐候钢Q450NQR1深熔GMAW电弧行为

分别采用深熔GMAW和脉冲MAG对耐候钢Q450NQR1进行了焊接试验,焊接过程中采集电流、电压及其对应的电弧图像,观察和分析了电弧形态和焊缝成型,同时基于图像处理考察了深熔GMAW焊接电流和焊接速度对电弧行为、焊缝成型的影响.结果表明:相比脉冲MAG,深熔GMAW电弧能量更集中,热源位置下降,焊缝熔深增加,且焊缝几何对称性较好;随着深熔GMAW焊接电流的增加和焊接速度的降低,电弧面积减小,边缘周长变短,质心位置下降,焊缝熔透深度增加;焊接电流315 A、焊接速度650 mm/min时焊接电弧最为稳定,焊缝成型质量也最好.采用优化的焊接工艺完成了12 mm厚Q450NQR1钢板材的单面焊双面成型,焊缝成型较好,接头各区域无软化和脆化现象.

船用高强钢激光-GMAW复合焊及落锤冲击性能研究

针对8 mmQ355B船用高强钢,用0.84、1.00 MJ/m两种热输入对其进行激光-GMAW复合焊试验,研究两种热输入下的焊接接头组织和落锤冲击性能。结果表明:在0.84、1.00 MJ/m两种热输入下的焊缝成形良好,无裂纹、塌陷等缺陷;焊接接头组织均为针状铁素体和板条贝氏体,热影响区主要由板条马氏体和板条贝氏体组成,随热输入的增大,焊接接头热影响区明显增宽;两种热输入下的焊接接头均有良好的落锤冲击性能,接头断裂在母材处,断口为准解理断裂,焊接接头的冲击性能均高于母材。

重卡结构件激光-GMAW复合焊接变形数值模拟研究

利用热弹塑性有限元分析,对材料为Q235钢的重卡结构件激光-GMAW复合焊接的温度场及焊接变形进行数值模拟计算。将平面高斯热源与高斯倒锥体热源结合,建立了适用于激光-GMAW复合焊接的组合热源模型,计算所得的焊缝横截面形状和尺寸与试验吻合较好。对于整个焊接结构的焊接顺序分成多个部分进行规划,包括了两个待焊面的整体先后顺序、局部的焊接起始位置以及焊接路径选择,焊接路径包括顺序焊、分步退焊、跳焊。在结构上选取4条关键路径,并将路径上各点的z方向位移量进行标准差计算,并取平均值,作为整个结构z方向变形程度系数,建立了针对具有复杂变形趋势和变形分布的焊接结构的变形严重程度定量评估方法。将各步骤内的最优方案进行结合,最终得到的最优焊接顺序方案为先焊A面后焊B面,且B面采用跳焊路径,3号位置作为焊接起始位置。最优方案焊接变形程度系数为0.2 mm,与最差焊接方案相比,焊接变形程度系数降低了28.6%。

激光＋GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟Ⅱ．组合式体积热源的作用模型

根据激光+脉冲GMAW电弧复合热源焊焊缝横断面的形状特点,从宏观的传热过程出发,提出了4类新颖的、适用的组合式体积热源的作用模式,将电弧热、熔滴热焓和激光热能分别描述为双椭圆分布、双椭球体分布和峰值热流递增一曲面旋转体分布.将适用的组合式体积热源作用模式应用于复合焊的温度场数值分析,计算出了不同工艺条件下的复合焊焊缝形状足寸,与实测结果进行了对比,两者吻合情况良好,所建立的4类组合式体积热源充分考虑了复合焊的工艺特点,对焊缝形状尺寸的数值模拟精度较高,能定量体现温度场的变化规律。

激光＋GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟--Ⅲ．电弧脉冲作用的处理与热源模型的改进

针对激光+脉冲GMAW复合焊时电弧脉冲的热作用特点,将电弧热流处理为脉冲电流和基值电流阶段分布参数不同的双椭圆模式,同时适当减小焊件表面的热导率,以间接考虑脉冲电流和基值电流的间歇式作用.根据平均焊接电流大小确定熔滴热焓椭球体分布的作用区域,并考虑激光热源的作用位置.从以上几方面对前期研究采用的热源模型进行了改进,建立了两类新的适用于复合焊的组合式体积热源模型.利用改进后的热源模型对不同工艺条件下复合焊的焊缝横断面形状尺寸进行了模拟计算.计算得到的熔深、熔宽以及熔合线走向都与实验结果吻合,使数值模拟精度有了较大提高.

摆动电弧窄间隙立向上GMAW焊缝成形

文中对摆动电弧窄间隙立向上GMAW工艺进行了研究.结果表明,窄间隙立向上焊缝表面中间凸起,而立向下焊缝中间下凹;摆动角度和摆动速度的增加均有利于焊缝中间凸起高度的降低,侧壁停留时间对焊缝中间凸起的影响较小;电弧在坡口中间摆动时单位移动轨迹长度上的电弧能量能够影响焊缝中间凸起高度,侧壁停留时的单位移动轨迹长度上的电弧能量则主要影响焊缝熔宽,摆动参数通过影响电弧能量的分布来影响焊缝熔宽和中间凸起高度.

RWF-GMAW工艺及其应用

从短路过渡GMAW模式与其他方法比较中,讨论了RWF-GMAW工艺特点。结果表明,RWF-GMAW工艺能生产低热输入、低的母材稀释和精确焊道位置的几乎无飞溅的焊缝。熔滴过渡是通过表面张力和焊丝机械回抽结合实现的,这使它和常规及先进的短路GMAW工艺区别开来。RWF-GMAW已被入选众多的应用。