双丝共熔池熔化极气体保护焊熔池流动的数值模拟

利用FLOW3D软件建立三维数值模型,以模拟船用A36低碳钢双丝熔化极气体保护焊(GMAW)熔池的流动行为.采用双椭球热源模型,考虑电弧压力、表面张力、电磁力及浮力所驱动的熔池内液态金属的流动和热传递,以及辐射、蒸发、熔滴的动态冲击作用,并利用高速摄影技术观察熔池的流动行为.结果表明,双丝GMAW形成了单一共熔池,后丝产生的电弧压力分量抑制了液态金属向熔池尾部的流动,双丝之间形成的"推-拉"流动方式以及熔池向外流动方式有助于形成较好的焊缝;双丝GMAW熔池内不易形成毛细不稳定流动的现象,熔池前后表面张力的法向分量相对平衡,没有出现液体通道收缩及提前凝固的现象.

软开关双丝脉冲熔化极活性气体保护焊逆变电源

根据双丝脉冲熔化极活性气体保护(MAG)焊的工艺要求,将软开关技术、双闭环控制技术以及现场总线控制技术相结合,研制了一套软开关双丝高速脉冲MAG焊电源,并应用计算机信息测试采集平台对该系统进行测试.结果表明,系统具有良好的静、动特性,主从机协同控制稳定可靠,完全可以满足双丝高速脉冲MAG焊的技术要求.

大功率双丝GMAW双脉冲多相位协同控制系统

为提高大功率双丝熔化极气体保护焊(GMAW)的焊缝成形质量,提出了双脉冲波形控制方法,利用DSP内部集成的脉宽调制(PWM)模块,以软件方式实现了并联式主从机PWM信号的直接数字化控制,从而实现主从机的双脉冲波形调制.利用DSP的I/O通信方式建立双脉冲多相位协同控制系统,实现大功率双丝GMAW两路脉冲同步、交替和独立3种输出形式的协同控制.试验结果表明:所设计的双脉冲多相位协同控制系统满足设计要求,焊接过程稳定,双电弧干扰小,飞溅小,焊缝成形良好,双脉冲焊缝表面呈鱼鳞状,能很好地实现大功率双丝GMAW工艺.

熔化极气体保护焊采用双电极可有效改进热输入控制

在传统的熔化极气体保护电弧焊(GMAW)过程中，焊条的熔化速度会随着焊接电流的增大而增大，同时，电极导入母材的热量也会相应增加。然而，母材温度的增加可能会导致对焊缝的一些不利的副作用。为了能够把母材的温度控制在合适的水平，同时又可提高熔化速度，一种在熔化极气体保护焊中采用双电极的设想便应运而生了。该设想是在原电极旁设一旁路电极(第二个电极)，

双脉冲熔化极惰性气体保护焊在铝合金中的应用

通过对铝合金双脉冲熔化极惰性气体保护焊(MIG)焊接试验,确定双脉冲MIG焊各项工艺参数,提高了产品焊接质量。

熔化极气体保护焊热过程的数值模拟

采用双椭球体热源分布模式,把过热熔滴带入熔池的热焓量处理为特定区域的均匀热源,建立了运动电弧下熔化极气体保护焊热过程的数值分析模型。利用VisualFortran编写数值计算程序,预测了从电弧引燃到准稳态过程中焊接温度场和熔池形状的动态演变,以及自由表面的变形,并进行了对比试验。结果表明,达到宏观准稳态时所得的熔池宽度与深度与试验结果基本吻合。

双弧脉冲MIG焊嵌入式控制系统设计及试验分析

双弧脉冲熔化极惰性气体保护焊(dual-arc pulsed MIG welding)是一种低能量输入的焊接方法,针对其过程中存在的主旁弧脉冲电流波形匹配以及耦合电弧稳定性的问题,分析并提出了以高性能数字信号处理器(DSP)为控制核心的嵌入式控制策略.在此基础上,进行了双弧脉冲MIG焊嵌入式控制系统的软硬件设计,可以通过编程灵活实现脉冲电流波形的时序控制和焊接过程控制的各种算法,并进行了铝合金-镀锌钢平板堆焊试验,在较低能量输入时得到了良好的焊缝效果.结果表明,该系统能够满足双弧脉冲MIG焊的控制要求,保证焊接过程的稳定进行,焊接效果良好.

6061-T6铝合金DP-MIG焊轧复合成形接头组织与力学性能

为解决6061-T6铝合金焊后热影响区软化导致力学性能下降的问题,基于焊接接头余高大变形强化过时效软化区的思想,采用双轧辊系统对6061-T6薄板铝合金直流双脉冲熔化极气体保护焊(DC double pulse metal inert gas welding,DP-MIG焊)接头进行同步双面轧制,并分析了焊轧复合成形接头组织与力学性能.结果表明,焊缝晶粒受到竖直方向的轧制力发生大塑性变形,内部气孔消失,焊缝区域变宽,邻近焊缝的热影响区受到来自焊缝的挤压力发生协同宏观变形,远离焊缝的过时效软化区组织受到来自焊缝处的压应力,从沿垂直焊缝方向产生部分协同形变强化;接头的硬度明显提升,过时效软化区的硬度由60~70 HV提升至80~90 HV,过时效软化区的拉伸性能也有所提升,当焊接速度为800 mm/min时,抗拉强度最佳可达到母材的83.6%,相较于焊接接头提升19.4%,进而实现了对过时效软化区的强化效果.

脉冲双丝GMAW熔滴过渡过程中熔池波动行为数值分析

研究了脉冲双丝GMAW过程中熔池自由表面受周期性熔滴冲击引起的动态波动行为.根据二维波动理论建立了熔池液面受迫振动以及由此产生的二维波动行为的瞬态数学模型,推导出控制微分方程,给出了相应的初始条件和边界条件并编制程序进行了数值分析.得到了熔池自由表面的位移和振动速度分布规律、不同熔滴过渡条件下熔池自由表面的瞬时波动规律及焊接过程中表面波动所引起的干涉现象.结果表明,表面波主要起源于前丝、后丝中心附近,导致熔池表面有较强的凹陷.选用直径1.0 mm的焊丝可以减小熔池表面波动,防止出现较粗的焊缝波纹;当熔滴过渡频率为1000 Hz时,容易出现焊接波纹粗大、咬边等缺陷,波动干涉随熔滴过渡频率减小而减小.文中的工作能够为脉冲双丝GMAW的工业化生产和焊接工艺参数的优化提供基础数据和理论指导.

三丝GMAW横焊工艺优化研究

利用实验室搭建的三丝焊设备,通过对电弧电压、焊接电流、焊接速度、保护气体流量和焊枪倾角的控制和调节,选定三丝横焊高效且保证质量的焊接工艺参数组合。结果表明:焊枪倾角影响焊缝的成形,3支焊枪需要合理布置以保证焊接质量。随着焊接电流的增大,焊缝余高先减小后增大,但过大的焊接电流会导致焊缝下塌,同时,飞溅明显增大;随着电弧电压的升高,焊缝余高变小。最终经过优化得出工艺参数组合:辅助焊枪与水平面的夹角呈30°,焊接电流为I1=140 A,I2=155 A,I3=140 A,电弧电压为U1=22 V,U2=21 V和U3=22 V,焊接速度为2.25 m/min,保护气体流量为20 L/min,焊丝伸出长L1=L2=L3=20 mm。对焊缝的显微组织进行分析,发现焊缝中存在粗晶区,说明焊接过程中热输入很大。进行硬度测试,发现焊缝硬度明显提高,这是因为焊缝中产生了魏氏组织。

基于有限元分析对新型DE-GMAW焊缝尺寸预测

DE-GMAW将一个TIG焊枪与一个MAG焊枪相组合,利用TIG焊的旁路,分流一部分通过焊丝的焊接电流,在保证焊缝熔敷率的同时,减小作用于母材的热输入,是一种低成本的高效焊接方法。对DE-GMAW进行有限元计算,定量分析焊接温度场与焊缝形状尺寸,将为该新工艺的参数优化提供基础数据。针对DE-GMAW的特点,对SYSWELD软件进行相应扩展,给出了对焊缝余高部分的简化处理方法,提出了相应的焊接热源作用模式,建立了DE-GMAW热过程的有限元模型。对DE-GMAW工艺条件下的焊接过程进行了有限元分析,得出了焊缝横断面尺寸以及周围的热场分布,并将计算与实测结果进行了比较,为DE-GMAW工艺优化提供了依据。

GMAW焊接熔池形状和表面变形的数值模拟

采用双椭球体热源分布模式,把过热熔滴带入熔池的热焓量处理为特定区域的均匀热源,建立了运动电弧下GMAW焊接热过程的数值分析模型.利用Visual For-tran编写数值计算程序,预测了从电弧引燃到准稳态过程中焊接熔池形状和熔池自由表面变形的动态演变,并进行了对比试验.基于数值模拟和工艺试验结果,可以看出达到宏观准稳态时计算所得的焊缝形状尺寸与试验结果基本吻合,因此验证了所建模型和采用的计算方法是正确、可靠的.

双电弧共熔池脉冲GMAW电源的复合外特性

利用自行研制的双电弧软开关脉冲GMAW装备,从弧长控制、熔滴过渡以及焊缝成形等角度对双电弧脉冲GMAW三种复合外特性进行了试验研究。结果表明,主机I-I,从机I-I复合外特性的熔滴过渡均匀,可控性好,但电弧自调节作用较差,适合薄板高速焊接;主机U-I,从机U-I复合外特性的熔滴过渡可控性欠佳,但电弧自调节作用较强,较适合大参数厚板焊接;主机I-I,从机U-I复合外特性中主机的熔滴过渡可控性好,电弧自调节能力有限,从机的电弧自调节作用较强,但熔滴过渡可控性欠佳。

基于图像配准的焊区高动态范围成像信息融合

针对集装箱波纹板等高速熔化极活性气体保护焊中熔池及其前区相连焊缝区域照度分布梯度较大,普通工业相机难以对其稳定、完整成像,进而在焊接过程中引导焊枪运动,在双靶面成像系统的基础上,进一步提出一种基于图像配准技术的熔池及其前区相连焊缝感兴趣特征精确、高效及鲁棒性成像信息融合方法.该方法先对获取的不同源图像进行预处理并分别提取感兴趣特征;然后,依据双靶面配准规则,将一成像靶面的成像特征映射到另一成像靶面的坐标系中;接着,基于数组运算对变换后的双靶面图像进行扩展,得到基准、图幅大小一致的图像;最后建立双靶面成像系统的并行融合算法,实现焊区非同源图像感兴趣信息的高效融合,为直视式焊缝跟踪过程中焊枪相对待装配焊缝中心线的实时偏离量的监测提供理论及技术支持.

焊接工艺对6005A-T6铝合金焊接接头晶间腐蚀性能的影响

采用激光填丝焊(laser wire filler welding,LFW)、冷金属过渡(cold metal transfer,CMT)焊和熔化极惰性气体保护(melt inert-gas,MIG)焊方法对6005A-T6铝合金板材进行焊接,研究不同焊接方法得到的焊接件的接头处、焊缝区、热影响区的抗晶间腐蚀能力。研究结果表明:在相同晶间腐蚀环境下,LFW接头处较CMT焊、MIG焊接头处的抗晶间腐蚀能力强;CMT焊焊缝区较MIG焊焊缝区的抗晶间腐蚀能力强,但热影响区抗晶间腐蚀的能力相反;3种接头各自热影响区的抗晶间腐蚀能力均弱于各自焊接接头处和焊缝区的抗晶间腐蚀能力。

激光-双MIG电弧复合焊耦合机制及熔滴过渡研究

激光-双MIG(熔化极稀有气体保护)电弧复合焊具有熔深大、熔敷效率高、焊接质量好等特点,然而由于其耦合机理复杂,给应用带来了一定的困难。基于电磁场理论提出了激光与双电弧耦合机制,当激光光致等离子体中间部位的电子受到两个电弧产生的洛伦兹力和电场力相差较大时,等离子体两端的电子分布会不均匀,这使得一端电弧发生弯曲,沿焊丝轴向的促进力减小,熔滴过渡困难。当激光光致等离子体中间部位的电子受到两个电弧产生的洛伦兹力和电场力大致平衡时,电子能够比较均匀地分布在等离子体的两端,吸引稳定电弧,利于熔滴过渡。采用高速摄影系统和电信号采集系统研究激光-双MIG电弧复合焊接过程,结果表明:当工艺参数不合适时,电弧发生弯曲,导致不稳定的大颗粒过渡和短路过渡;当工艺参数合适时,两个电弧根部被固定在激光光致等离子体的下部,形成稳定的射流过渡。

TIG电弧辅助MIG焊非接触引弧的参数适应性

为了深入了解钨极惰性气体保护（tungsten inert gas,TIG）电弧辅助熔化极惰性气体保护（metal inert gas,MIG）焊实现非接触引弧的特点,以及此种新型引弧方式对MIG焊接参数变化的适应性,该文通过TIG-MIG复合焊的大量引弧试验,利用电信号与电弧图像同步采集系统对此进行了试验研究。试验结果表明：先引燃的TIG电弧不仅能使MIG焊快速可靠地实现非接触引弧,而且能使MIG焊在较低的电压和电流条件下进入稳定的熔滴自由过渡,形成的焊缝规则且无飞溅附着;当MIG焊的初始送丝速度、焊枪倾角、保护气体流量以及焊丝末端直径在一个较大的范围内变化时,MIG焊在TIG电弧的辅助下均能够实现非接触引弧;根据焊丝末端直径匹配合适的初始送丝速度,即使焊丝末端带有较大尺寸的小球,MIG焊在非接触引弧过程中也不会产生焊接飞溅。