双弧脉冲MIG焊耦合电弧特性的数值模拟研究

针对双弧脉冲MIG焊热源稳定性差的问题,本文对双弧脉冲MIG焊耦合电弧进行瞬态数值模拟,分析了不同脉冲电流参数下耦合电弧形态、温度和压力的分布及变化规律。研究表明:耦合电弧呈驼峰状,脉冲电流发生跳变时,耦合电弧伸展或收缩,并逐渐稳定,峰值电流越小,越快达到稳定;增大脉冲电流,耦合电弧温度和电弧压力随之升高;保持总电流不变,减小主弧电流,增大旁弧电流,主弧温度和电弧压力减小,旁弧温度和电弧压力增大,当旁弧电流足够大时,耦合电弧温度和电弧压力呈双峰分布。数值模拟结果与双弧脉冲MIG焊工艺实验结果吻合良好,模拟结果对调控双弧脉冲MIG焊脉冲电流参数,改善其耦合电弧稳定性及工艺性能具有重要意义。

旁路等离子-MIG复合电弧及耦合熔池作用机理与数值分析

旁路等离子-MIG复合工艺是通过等离子焊枪的导电铜嘴与焊丝之间形成的分流弧、焊丝与母材之间的主路弧同轴耦合进行焊接的新型工艺,不但保持了MIG焊的高效性,还可以通过对旁路电流的调节实现焊接过程能量的精确控制.为了深入了解该工艺条件下复合电弧与耦合熔池的物理作用机制,通过建立流体动力学瞬态计算模型,并基于合理的试验验证,对旁路电流加载前后气液两相内部及界面处的传热传质行为进行了对比研究.结果表明,相比未加载旁路电流时,电弧的最高温度下降约1000 K,同时电弧与耦合熔池交界处的有效热通量整体下降;熔池内部液态金属回流速度明显下降,因此导致熔深和熔宽尺寸均有所减少;复合电弧和耦合熔池的最大电磁力方向没有改变,但数值均有所降低.

基于超声辅助的Q235镀锌钢板MIG焊电弧行为数值模拟

针对超声辅助熔化极惰性气体保护焊(U-MIG)电弧行为,建立了二维瞬态数值模型,利用流体力学与电磁学理论,模拟了2种焊接工艺电弧等离子体的温度场、电流密度和电弧形貌等结果,并与普通MIG焊电弧进行对比。结果表明:超声的添加使焊接电弧成形过程发生了明显变化。相同焊接参数下,U-MIG焊电弧高温区面积增大,温度峰值上升;电弧区域内电流密度增大,电弧更加密集,能量更加集中,同时电弧压力增大;电弧中粒子电离度增加,粒子能量增加,提升了U-MIG焊接质量。模拟的电弧形貌与实验结果相吻合,验证了模拟的准确性。

基于COMSOL的铝合金激光-MIG复合焊耦合作用研究

采用COMSOL软件对7A05铝合金激光-MIG复合焊焊接过程的电弧等离子体温度进行了数值模拟,并与实际焊接过程的高速摄影结果进行了比较。结果表明:在激光功率较高时,随着MIG电流的增加,作用区的温度波动较小;当激光功率达到一定程度后,再增加激光功率对作用区的温度场影响较小。当激光与电弧电极的热源间距为2mm时,在作用区上方的阴极区出现平台式温度,这对形成具有稳定流速和质量的熔滴状态具有重大意义。电弧电流200 A,功率3.5 k W,热源间距2 mm为较优的工艺参数,此时阴极电极附近出现温度平台区,作用区温度变化最小。

交流脉冲MIG弧焊电源及弧长控制

ACPMIG的控制模式是一周一脉一滴 ,脉冲电流设计在电弧EP极性时间里 ,其余时间均为基值电流。弧焊电源一次逆变控制电流快速动态过程 ,二次逆变控制电弧极性。控制系统采用双闭环结构 ,内环模拟控制电弧电流 ,外环 80C196KC单片机控制电弧电压及电弧极性。根据电弧电压偏差信号及电弧状态 ,设计了四个控制规则及其控制参数的计算方法。正常焊接状态时变频控制交流脉冲频率。采用这种控制方案 ,获得了稳定性高、熔滴过渡均匀的焊接过程。

焊接电流对铝锂合金激光-MIG复合焊焊缝成形的影响

对3mm厚5A90铝锂合金板材进行YAG-MIG复合焊试验,发现复合焊虽能增加MIG焊缝的熔宽和熔深,但当焊接电流小于一定阈值时,复合焊效果并非大于二者单独施焊效果之和,即复合焊只能实现"1+1<2"的焊接效果;只有当焊接电流超过该阈值时,复合焊才会出现"1+1>2"的焊接效果,此时复合焊的优势才得以充分体现。这主要是在复合焊接过程中,电流的高低影响熔池的铺展性,进而影响激光对母材的穿透力所致。

新型交流脉冲MIG焊接法的研究

采用自行研制的具有方框形外特性的交流脉冲MIG焊接电源 ,又设计了双凹形焊接电流波形 ,即过零前后的电流波形均为脉冲大电流 ,有利于交流脉冲MIG焊接电弧的连续稳定。按照这个新型交流脉冲MIG焊接方法 ,不必加任何稳弧措施 ,可实现电弧的稳定燃烧 ,解决了电弧磁偏吹的问题 ,具有较好的焊接工艺性能 。

焊接电流对双脉冲MIG焊铝合金T型接头形貌和显微组织的影响（英文）

通过模拟和实验研究电流对T型接头铝合金双脉冲惰性气体保护(MIG)焊的影响。通过建立三维有限元模型和双椭球模型来模拟不同焊接条件下的温度场和应力场。此外,还通过实验对相应电流下合金的宏观和微观形貌进行观察。结果表明:最优焊接条件为平均电流为90 A,且强弱脉冲电流差值为40 A,此时熔池最高温度比熔点高200°C,且强脉冲阶段和弱脉冲阶段温度差和应力差值分别为100°C和10 MPa时,该条件下熔合较好的铝合金T型接头具有平滑的鱼鳞纹状焊缝和良好的显微组织。此外,实验和模拟得到的温度曲线和应力分布曲线吻合较好,验证了焊接模拟的准确性。

铝合金VPPA-MIG复合焊接电弧形态及伏安特性

试验使用VPPA-MIG复合焊方法对铝合金进行对接试验.通过高速摄像和数据采集系统获取复合电弧形态和伏安特性.结果表明,由于磁场间的耦合作用,在VPPA正极性阶段电弧相互排斥,反极性阶段相互吸引,采取外加横向交变磁场,电弧摆动幅度明显减小.由于MIG焊电弧的存在,等离子电弧伏安特性发生了改变.弧柱气氛更容易电离,使得等离子电弧电压下降.等离子电流较小时,电弧电压随MIG焊电流的增加而降低;等离子电流较大时,随着MIG焊电流进一步增加,电弧电压降低程度有所减少.试验结果为实现厚板铝合金高效焊接及其电弧耦合机理研究提供理论依据.

脉冲电流波形对Tandem双丝MIG焊力学性能影响

双丝脉冲MIG焊作为高效化的不锈钢焊接方法,是目前焊接行业研发的热点之一,但是如何选择和调节双丝MIG焊的电流波形参数依旧是一个难点.为了优化不锈钢焊接的焊接方法,提高焊接效率,文中以双相不锈钢为焊接工件,通过电流波形参数对比试验,研究了双丝梯形波双脉冲焊,双丝矩形波双脉冲焊以及双丝单脉冲焊对焊接质量的影响.结果表明,在相同热输入的条件下,双丝梯形波双脉冲焊焊接稳定性好于双丝矩形波双脉冲焊和双丝单脉冲焊,且前者的焊接成形质量更高,可看到更多的鱼鳞纹,同时使不锈钢接头的的拉伸强度和硬度以及韧性显著提高.

基于脉冲电流参数的铝合金脉冲MIG焊过程控制

铝合金脉冲MIG焊弧长稳定性直接影响焊接过程稳定性及焊缝成形,为使其焊接过程稳定,获得高质量焊缝,通过焊接工艺试验研究了脉冲电流参数变化对弧长稳定性的影响规律,建立了铝合金脉冲MIG焊弧长与脉冲电流参数间的动态变化数学模型,并利用Matlab/Simulink软件进行了弧长对脉冲电流占空比、脉冲电流频率变化的动态响应仿真分析,同时进行了控制脉冲电流占空比、频率来稳定弧长的平板堆焊工艺试验研究.结果表明,所建立的数学模型能很好地反映铝合金脉冲MIG焊过程,通过调节脉冲电流占空比、频率参数可实现铝合金脉冲MIG焊稳定焊接,获得成形美观的焊缝.

对称过渡阶段时间对双丝MIG焊的影响

根据国内外对双丝电流波形控制的研究现状和两丝之间电磁力大小的关系,提出一种双丝MIG焊对称过渡波形控制工艺方法。针对有无对称过渡阶段和双丝过渡阶段时间Ts对焊接效果的影响进行了试验研究。结果表明:增加对称过渡阶段有助于提高焊接过程稳定性。在当前试验条件下,双丝过渡阶段时间Ts不宜低于1 ms,否则无法体现对称过渡控制的优势;不宜高于峰值时间,否则会影响焊缝质量,降低焊接速度;过渡时间为2～3 ms时,能够获得稳定的波形和良好的焊缝。试验结果为对称过渡波形控制方法提供了基本的工艺数据,为双丝电流波形控制研究提供了新的方法。

基于BC-MIG焊的铝/钢异种金属增材制造工艺

以2 mm厚Q235镀锌钢板为基板,直径1.2 mm的4043铝合金焊丝为增材材料,利用BC-MIG焊工艺进行增材试验,得到了成形美观,性能优良的T型材结构.采用金相显微镜、显微硬度仪、万能拉伸试验机对接头的组织形貌、硬度分布、剪切性能进行研究,获得了沉积层的组织和力学性能的变化规律.结果表明,沉积层最底部靠铝一侧和靠钢一侧分别形成细长针状和带状Fe/Al化合物,沉积层中部由向上生长的树枝晶组成,而在沉积层顶部的组织没有定向生长的趋势.剪切试验表明,铝/钢异种金属T型材最大可承受2 108 N的剪切力,剪切角达到13.5°时,受力一侧堆焊层根部发生断裂,堆焊层上无明显裂纹.

铝合金AC-P-MIG焊接电弧行为及熔滴过渡过程

为了研究交流脉冲熔化极气体保护焊(AC-P-MIG)焊接过程中电弧形态特征及熔滴过渡控制,采用基于LabView的数据采集系统与高速摄像拍摄系统对焊接过程中电信号、电弧形态及熔滴过渡过程进行同步采集与拍摄.研究过程显示,焊丝为负极性(EN)阶段时电弧左右摆动并"上爬"越过熔滴而包裹焊丝,从而加速焊丝的熔化;焊丝为正极性(EP)阶段时电弧形态为典型的"钟罩形",在脉冲阶段亮度与面积达到最大.熔滴在EN阶段长大速度加快,并在脉冲下降沿发生熔滴过渡.研究结果显示,EN与EP极性的交替变化,有利于降低电弧等离子流力及电弧对熔池的作用,控制合适的EN比率可以得到较快的焊丝熔化速度与较浅的熔深;控制脉冲阶段电流和时间可以实现稳定的一脉一滴过渡方式.

基于蚁群算法的MIG焊脉冲电流PID参数优化研究

焊缝成形质量的好坏,得益于脉冲电流、送丝速度等诸多参数调节,其中脉冲电流的稳定对焊缝成形影响很大。针对传统PID控制参数不能自整定存在的问题,提出了基于蚁群算法的MIG焊脉冲电流PID参数自整定控制,进行了MatLab/Simulink仿真分析,对3mm厚的铝合金板材进行焊接试验。仿真和试验结果表明:基于蚁群算法的PID参数优化,焊缝成形质量高,调节时间和超调量优于经典PID控制,证明该方法对MIG焊脉冲电流控制的可行性与有效性。

基于VOF理论的低碳钢MIG焊接熔滴过渡数值模拟

通过VOF模型对熔滴的自由边界进行追踪,并借助二次开发程序UDF(User Defined Function)添加动量方程与能量方程的源项,对低碳钢MIG(Metal Inert Gas Welding)焊接过程的熔滴过渡形态进行了数值模拟。模拟结果显示,当焊接电流为150 A时,熔滴过渡形式为大滴过渡;电流为250A时,为射滴过渡;电流为300 A时,为射流过渡。随着焊接电流的增加,熔滴过渡的频率增加,熔滴过渡的形式逐渐由大滴过渡向射滴过渡再向射流过渡转变。模拟结果与有关文献的试验结果相吻合,从而论证了本文物理模型的准确性。

铝/钛异种金属旁路分流MIG电弧熔钎焊特性

以1 mm厚6061铝合金与TC4钛合金板为试验材料,进行旁路分流MIG电弧熔钎焊工艺试验,得到均匀美观的焊缝成形.分别采用金相显微镜、扫描电镜、万能拉伸试验机进行研究.结果表明,界面层上方金属间化合物以柱状晶形式存在,呈现短而密集的状态.界面层靠近钛侧易形成Al Ti,而界面层靠近铝侧易形成Al3Ti,Ti Si2等金属间化合物,由于焊接过程中熔池内部温度的变化不均,会使界面层中出现Al11Ti5过渡相.拉伸试验表明,接头最高抗剪强度达182.6 MPa,约为铝母材的97.6%,断裂发生在铝母材热影响区,断口出现一定量的颈缩.

高速列车铝合金型材MIG焊电流阶跃对缺陷的影响

针对高速列车4 mm厚6N01大型铝合金挤压型材,进行四种形式的脉冲MIG焊电流阶跃试验,电流分别阶跃15 A、20 A、25 A和30 A。研究铝合金脉冲MIG焊电流阶跃对缺陷的影响,焊后对比分析焊缝的宏观成形、X射线探伤结果以及显微组织。试验结果表明,对于铝合金脉冲MIG焊,在平均电流185 A的基础上进行电流阶跃,当电流阶跃小于20 A时,焊接接头无明显缺陷;当焊接电流达到25 A时,由于焊接热输入突然增大,会出现气孔缺陷,伴随着电流的增大,气孔缺陷逐渐增多。

铝/镀锌钢异种金属旁路分流MIG电弧熔钎焊界面区组织与接头性能

以2 mm厚6061铝合金与镀锌钢板为试验材料,进行旁路分流MIG电弧熔钎焊工艺试验.采用金相显微镜、扫描电镜和拉伸试验机对接头组织及力学性能进行研究,分析了不同焊接速度时界面层组织和接头性能的变化规律.结果表明,随焊接速度增加焊接热输入减少,界面温度下降,元素扩散速度降低,导致接头界面结合层变薄.另外接头强度随焊接速度与界面层厚度增加呈现先增加后减小的趋势,最高强度达135.32 MPa.当焊接速度较低时,界面温度高,易形成脆性金属间化合物,导致其接头性能下降;高速焊接时,铝/钢界面反应不充分,甚至存在未钎合和气孔等缺陷,影响了接头性能.

不锈钢旁路分流MIG-TIG双面电弧焊工艺特性

以6 mm厚304不锈钢为试验材料,进行旁路分流MIG-TIG双面电弧焊接工艺试验.试验发现,该工艺不仅可以获得稳定可靠的焊接过程和美观的焊缝成形,还具有显著增加接头熔深、减少焊接缺陷、提高焊接生产率和降低焊接成本等优势,可实现在小电流(110 A)下6 mm厚304不锈钢的可靠连接.相同条件下,旁路分流MIG-TIG双面焊的熔化效率可达60.2%,远高于TIG焊的17.6%和旁路分流MIG焊的43.2%.拉伸试验表明,焊接接头的抗拉强度为776.5 MPa,约为母材强度的95%,接头断裂发生在焊接热影响区而非焊缝处,拉伸断口与受力方向约为45°,且断口表面颜色灰暗,呈典型的剪切型韧性断裂特征.