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%。

自保护药芯焊丝熔化速度模型及其影响因素

焊丝熔化速度与送进速度的合理匹配是保征焊接过程稳定和获得良好焊缝成形质量的基础。在焊接过程稳定的条件下,通过采集电弧电压、焊接电流、焊丝伸出长度等工艺信息,定量分析和研究了焊丝伸出长度和焊接电流对自保护药芯焊丝熔化速度的影响规律,同时求出了焊丝熔化速度模型系数。研究结果为采用自保护药芯焊丝的钢轨窄间隙电弧焊的工艺规范制定和参数匹配提供了理论指导和依据。

MAG焊时焊丝熔化速度与送丝速度稳定平衡的物理本质

ＭＡＧ焊时，焊丝熔化速度与送丝速度之间的稳定平衡是保证电弧稳定的必要条件。在不同的焊接条件下，保证这个稳定平衡的物理本质也不同。碳钢、不锈钢细丝焊中，焊丝外伸长度存在着强烈的自身调节作用；大于１．６ｍｍ铝焊丝，在弧长小于８ｍｍ时存在着强烈的电弧固有自身调节作用。铝焊丝ＭＩＧ焊和钢焊丝ＣＯ２焊中存在着强烈的短路过渡焊丝的熔化率自身调节作用。当用平特性及缓降外特性电源焊接时，存在着电弧自身调节作用。本文分析了这些作用的物理本质和恢复时间常数，为研制焊接电源和控制方法提供了参考依据。

铝合金AC-P-MIG焊丝熔化速度与焊缝成形

铝合金AC-P-MIG焊丝熔化速度主要受焊接电流、BEN比率的影响,在相同BEN比率下,焊丝熔化速度随焊接电流的增大而增大;在相同电流下,焊丝熔化速度随着EN比率的增大而增大.由于阴阳极等效压降的不同及电弧形态特征的差异,随着BEN比率的增加,焊丝得到更有效、更多能量的加热,故熔化速度加快.在同样送丝速度与焊接速度下,随着BEN比率的增加,焊接电流减小,熔深、熔宽减小,余高显著增大.因此AC-P-MIG可以有效解决薄板焊接易烧穿问题,并且可以提高搭接间隙范围,实现薄板的高速、高质量焊接.

焊丝熔化填充方式对激光焊接熔池影响的数值模拟

结合激光深熔焊的焊接特性,建立焊丝熔化后进入熔池过程的三维瞬态激光焊接热-流耦合模型。研究了焊丝熔化填充方式对匙孔三维形态、熔池流动行为的影响,最后分析了焊丝熔化填充对匙孔稳定性的影响机制。计算结果表明,焊丝熔化以自由过渡的形式落入熔池对匙孔的形态影响较大,对匙孔前壁的挤压作用非常明显,造成了匙孔闭合、倒塌的情况;焊丝熔化沿熔池边缘流入熔池对匙孔的形态影响相对较小,匙孔下部会出现内凹的现象。焊丝熔化进入熔池之后在匙孔后方的熔池会产生两个顺时针的流动漩涡,流动漩涡的存在会使熔池内部流动行为更加复杂。

药芯焊丝熔化极CO_2气体保护焊焊接不锈钢复合板的工艺研究

常规复合板焊接中的过渡层、面层均采用焊条电弧焊(SMAW)焊接,生产效率低、工人劳动强度大,焊接质量受焊工的技术水平影响很大。不锈钢药芯焊丝CO_2气保护焊(FCAW)具有生产效率高、电弧燃烧稳定、焊接飞溅小、工艺性能良好、质量高、易操作、综合成本低等优点,通过焊接工艺评定试验,确定了不锈钢药芯焊丝CO_2气保护焊的焊接性,并经理化试验验证了焊缝的力学性能。

实心焊丝熔化极气体保护焊在压力容器中的工艺研究

为了在保证焊接质量的前提下提高压力容器的生产效率,以压力容器中最常用的低合金钢(Q345R)作为研究对象,通过试验研究实心焊丝熔化极气体保护焊合适的焊接工艺参数,并最终形成焊接工艺评定,以便在压力容器制造中应用。研究表明,实心焊丝熔化极气体保护焊焊接低合金钢(Q345R)外观美观、机械性能符合标准规定要求,与此同时,还可降低焊材成本。提高生产效率。

在压力容器中实心焊丝熔化极气体保护焊工艺的应用

在工业生产加工中,随着技术的逐渐更新,生产效率不断提升。尤其是熔化极气体保护焊工艺一经应用,便以便于实现自动化、 操作简单、节能以及高效的特性,极大地提升了在压力容器中实心焊丝的焊接效率,满足工业技术加工需求的同时,优化了工作效率。本 文主要研究在压力容器中实心焊丝熔化极气体保护焊工艺的应用。

熔化极气体保护焊焊丝伸出长度和电弧弧长的稳定性

本文采用典型的焊丝熔化率半理论公式和自己测得的有关常数计算了熔化极气体保护焊时，稳定的焊丝伸出长度和焊丝伸出长度的恢复时间常数，并利用电弧照像法，电弧高速摄影和高速现象分析装置进行了大量的试验验证，研究了熔化焊丝中的电阻热对电弧弧长稳定性的重要影响。

短路过渡CO_2焊接熔滴尺寸控制

分析了短路过渡CO2焊接的熔滴形成过程及焊接电流波形对熔滴形状及短路过渡历程的影响规律,对采集获得的焊接过程中的焊接电流信号进行数学处理,采用最小二乘法建立了波形控制短路过渡焊接的焊丝熔化模型。在此基础上,通过控制燃弧初期脉冲电流的宽度调整燃弧能量的大小,对熔滴尺寸控制进行了试验研究。结果表明,随着燃弧脉冲电流宽度的增加,熔滴尺寸单调增加,这说明改变燃弧初期脉冲电流的宽度可以有效地控制燃弧能量和熔滴尺寸的大小。

交变磁场控制的高效MAG焊接试验

为进一步提高MAG焊接效率,测试了在焊接电流为400～600A,焊丝干伸长为20～40mm内焊接的焊丝熔化速率,得出焊丝熔化速率最高可达到24kg/h,相比于常规MAG焊接的10kg/h,将焊接效率提高了一倍以上,通过统计回归分析得到高效焊接焊丝熔化速率的定量计算公式,并对高效焊接参数下出现熔滴旋转射流过渡的原因进行了分析,采用外加交变磁场解决了旋转射流过渡时熔滴过渡不稳定和飞溅大的问题.通过试验发现外加300Hz的交变磁场改善了熔滴过渡稳定性,焊接飞溅显著减小,同时焊缝熔深增大,熔宽减小,消除了旋转射流过渡焊缝漫溢现象,从而实现了高效MAG焊接.

直流正接MAG焊电弧及熔滴过渡特性

借助高速摄像手段研究不同保护气氛下(Ar+CO2和Ar+O2)、不同焊接电流大小的直流正接MAG焊的电弧及熔滴过渡特性,分析电弧烁亮球的成因及其对直流正接MAG焊接过程稳定性的影响特点,并在此基础上确立直流正接MAG焊的工艺区间,同时比较焊丝极性对MAG焊焊丝熔化系数的影响。试验结果表明,当保护气体采用Ar+CO2时,熔滴过渡方式基本上呈大滴排斥过渡,焊接过程不稳,飞溅较大,难以应用;当保护气体采用98%Ar+2%O2时,稳定的直流正接MAG焊的熔滴过渡方式可分为小电流滴状过渡和大电流射流过渡,其中前者为下垂滴状过渡,并且熔滴尺寸随着焊接电流的增大而减小,而熔滴过渡频率相应提高,后者的电弧烁亮区分为上下相串联的两部分,调节电弧电压可以控制电弧烁亮球的活动范围并能改善焊接过程的稳定性。

90°弯头内壁整体堆焊

90°弯头的内壁堆焊是加氢反应器的制造难点之一。目前通常是采取将90°弯头分为3段,各段分别堆焊后装配在一起,再对连接缝进行组焊和堆焊的制造工艺。该工艺不仅繁琐,而且质量不易控制。为了解决这个制造难题,在现有堆焊设备和焊接变位机的基础上,通过开发一些简单的辅助工装,成功实现了90°弯头的内壁整体堆焊。并详细介绍了90°弯头的制造难点、内壁整体堆焊的原理及对辅助工装的要求。

焊接材料

通过焊接冶金工艺过程的热力学分析,研制了利用药皮过渡合金元素的手工电弧堆焊焊条.试验表明,碱性药皮、高碳与中碳W-Cr-Mo-V和Cr-Mo-V-Si合金体系焊条的堆焊过程中,W. Mo, Cr.

新型的表面张力过渡气体保护焊电源

新型的表面张力过渡气体保护焊电源ＡＮｅｗｌｙ－ｄｅｖｅｌｏｐｅｄＳｕｒｆａｃｅ－ｔｅｎｓｉｏｎ－ｔｒａｎｓｆｅｒＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅＣｈｅｎｇｄｕＥｌｅｃｔｒｉｃＷｅｌｄｉｎｇＭａｃｈｉｎｅＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＬｉＺｈｉｙｏｎｇ成都电...

水下湿法FCAW焊缝成形的数值分析

从陆上空气中气体保护焊接和水下湿法气体保护焊接的共性与特性入手,考虑水下湿法焊接热过程的特点,应用有限元软件SYSWELD,建立了水下湿法药芯焊丝熔化极气体保护电弧焊接(FCAW)热过程和温度场的数值分析模型,计算了4组工艺参数下焊缝成形与形状尺寸的典型数据,并与实验结果进行了对比,验证了所建立的热源分布模式和水下湿法焊接有限元模型能够模拟水下电弧的作用特点和水下湿法焊接接头的成形特点.实验结果表明,水下FCAW焊接焊缝成形的规律与常规的熔化极气体保护电弧焊接相似,但同样焊接参数下水下焊接的焊缝更窄,熔深更大.