脉冲DE-GMAW过程熔滴受力分析及电流波形设计研究

针对为了实现铝-钢高效高质量的连接,提出一种高效低热输入的脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊(Double-electrode gas metal arc welding,DE-GMAW)方法。为了使其焊接过程熔滴平稳过渡,分析旁路电弧对熔滴过渡时电流密度的影响,确定脉冲DE-GMAW熔滴过渡时电磁力的作用机制,在主路为脉冲电流情况下,分别设计旁路波形与主路组合形式即为恒定电流、交替脉冲电流和同步脉冲电流三种形式的研究,并使用高速摄像拍摄熔滴过渡图像,进行对比分析试验验证。结果表明,焊接电流波形及组合形式不同会导致作用于焊接熔滴的受力发生改变,从而使得焊接过程的稳定性与焊接质量也发生变化,对比分析得出采用同步脉冲电流时的脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊焊接过程稳定、熔滴过渡均匀一致且焊缝成形平整美观。

激光介入不锈钢自保护药芯焊丝MAG电弧堆焊熔滴受力分析

以不锈钢自保护药芯焊丝为研究对象,借助高速摄像采集了激光介入MAG电弧堆焊的熔滴和电弧图像,研究了激光介入不锈钢自保护药芯焊丝MAG电弧堆焊的熔滴受力.结果表明,激光的介入改变了焊丝端头熔化状态,焊丝端头发生局部熔化、半熔熔化、全熔熔化三种状态;增大了电磁收缩力、等离子流力在焊丝轴线上的分力,有利于熔滴过渡;减小了表面张力,有利于细化熔滴;增加了气体动力,在合适的激光参数下促进熔滴过渡;熔滴过渡轨迹出现了右偏轴过渡、左偏轴过渡、沿轴过渡三种模式.

双旁路耦合电弧MIG焊熔滴过渡受力分析

针对双旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护(Metal inert gas,MIG)焊过程,使用高速摄像采集不同旁路电流下的熔滴过渡图像,通过图像处理提取熔滴过渡数据信息,并对熔滴所受的主要作用力进行定量计算。根据计算结果对比分析不同参数下熔滴受力的动态变化情况,研究旁路电弧对熔滴过渡的促进机理。结果表明,在焊接总电流较大的情况下电磁力对双旁路耦合电弧MIG焊熔滴过渡的影响最显著,旁路电弧可以促进熔滴上弧根面积的扩展和熔滴缩颈的形成,通过增加向下的电磁力来促进熔滴过渡,且旁路电流越大旁路电弧对熔滴过渡的促进作用越明显;在焊接总电流不变的情况下,随着旁路电流的增加熔滴过渡频率随之增加,熔滴尺寸随之减小,熔滴过渡形式逐渐由大滴过渡转变为喷射过渡。

CO_2激光-MAG电弧复合焊接过程中熔滴受力及过渡特征研究

以5.0mm高强钢板为试验材料,进行了CO2激光与金属活性气体(MAG)电弧复合焊接试验。通过高速摄像和熔滴的受力分析研究了激光能量、电弧能量、光丝间距对复合焊接过程中熔滴过渡特征的影响。结果表明,激光的加入稳定了电弧,降低了射滴过渡的临界焊接电流值,由于激光对电弧的引导和压缩作用,改变了熔滴内电流线分布及电磁收缩力的大小及方向,进而影响了熔滴过渡特征。同时激光匙孔中喷射出大量的金属蒸气产生反作用力,改变了熔滴原来的受力状态,使熔滴过渡模式发生改变。随着焊接电流的增加,电弧变得更加稳定,能量更加集中,等离子体流力成为熔滴过渡的主导力。光丝间距的大小影响了熔滴过渡的频率,在光丝间距为4mm时熔滴频率最大。

旁路耦合微束等离子弧焊熔滴过渡特性分析

使用高速摄影采集不同旁路电流、送丝速度和离子气流量下旁路耦合微束等离子弧焊的熔滴过渡图像,研究了熔滴过渡过程,并采用静力平衡理论,分析了熔滴所受的主要作用力。结果表明,当焊接总电流一定时,随着旁路电流的增大熔滴过渡频率随之减小,熔滴尺寸随之增大,旁路电弧对熔滴过渡起阻碍作用;其它参数不变的情况下,熔滴过渡频率随送丝速度的增大先增大后减小,随离子气流量的增大而增大。当焊丝在等离子弧边缘熔化时,重力是促进熔滴过渡的主要作用力,且由于斑点力在水平方向上的分力大于电磁力在水平方向上的分力,熔滴呈排斥过渡;当焊丝在等离子弧中心熔化时,等离子流力是促进熔滴过渡的主要作用力。

脉动送丝MIG焊的熔滴过渡及焊缝成形分析

文中在等速送丝MIG焊基础上,搭建了脉动送丝MIG焊系统,利用焊接电流电压信号采集系统以及高速摄像等设备对焊接过程进行检测,研究了脉动送丝对MIG焊熔滴过渡及焊缝成形的影响.结果表明,试验发现,脉动送丝条件下熔滴所受轴向机械力是影响熔滴过渡形式的关键因素.在相同的脉动送丝频率下,脉动送丝速度基值与峰值时熔滴过渡形式有所差异;随着脉动送丝频率的改变,熔滴过渡形式也会发生变化;相比于等速送丝,脉动送丝条件下形成的焊缝熔宽更宽,且随着脉动送丝频率的增加,熔宽逐渐增大.

不同波长激光对激光—MAG电弧复合焊接熔滴行为的影响

通过计算分析了金属对Nd:YAG激光和CO2激光的吸收率;以8.0 mm厚高强钢板为试验材料,采用高速摄像系统观测熔滴过渡模式和等离子体形态的变化。建立脉冲MAG焊接熔滴力学模型,从熔滴受力角度分析了不同波长两种激光YAG激光和CO2激光在激光—MAG焊接中对熔滴过渡形式和熔滴过渡频率的影响。结果表明,Nd:YAG激光和CO2激光输出特性存在差异,金属表面对YAG激光的吸收率约为CO2激光的3倍多;在焊接电流180A、焊接电压26V、光丝间距3mm的相同条件下,YAG激光—MAG电弧复合焊接熔滴过渡频率高于CO2激光—MAG电弧复合焊接的熔滴过渡频率,且熔滴过渡频率均随着激光功率的增加而降低,但是增加等量的激光功率,YAG激光—MAG电弧复合焊接熔滴过渡频率下降幅度更大;CO2激光—MAG电弧复合焊接过程中,熔滴的过渡形式由射滴过渡转变为颗粒过渡,在YAG激光—MAG电弧复合焊接过程中,熔滴过渡形式主要为射滴过渡。

激光-电弧复合焊熔滴过渡的受力行为研究

以6.0mm厚超高强度钢板为试验材料,进行了CO_2激光-熔化极活性气体保护焊(Metal active gas,MAG)电弧复合焊接试验。采用高速摄像系统观测熔滴形态的变化,并采集焊接过程中的电弧和熔滴图像,通过试验深入研究激光功率对复合焊接过程中熔滴形态及受力状态的影响。研究表明,激光的加入,改变了熔滴形态尺寸和受力状态。随着激光功率的改变,熔滴受力状态发生变化,导致熔滴的半径随时间的上升而增加,而熔滴脱落时的半径随激光功率的增加而先增加后减小;激光功率对电磁收缩力影响显著,在熔滴长大的初始时电磁收缩力方向为负,当熔滴长大到一定程度之后,电磁收缩力方向为正;熔滴的过渡频率随激光功率的增加而先减小后增加。