电弧摆动对焊接接头疲劳性能的影响

利用FANUC焊接机器人,采用电弧摆动和电弧不摆动2种方式对Q345钢X形坡口对接接头进行焊接,并进行疲劳试验,通过对接头进行残余应力、应力集中分析来研究电弧摆动对焊接接头疲劳性能的影响。结果表明,电弧的横向运动对熔池起搅拌作用,与不摆动焊接相比,焊趾区过渡角减小36%,而焊趾区过渡半径增加150%;在应力比R=0.1的条件下,电弧不摆动焊接接头疲劳强度为130.6 MPa,而电弧摆动焊接接头疲劳强度为176.3 MPa,较电弧不摆动疲劳性能提升35%。

模拟焊接过程电弧摆动的热源模型

针对焊接过程数值模拟中电弧摆动难以模拟的问题,通过分析摆动电弧的能量输入,利用能量守恒原理,在经典双椭球热源模型的基础上,推导出模拟摆动电弧的带状热源模型。用该模型模拟的有限元分析结果和试验测得结果比较吻合。

AVR单片机在电弧摆动器中的应用

本文介绍了一种基于AVR单片机的电弧摆动器数字化控制系统,分析了系统的硬件构成原理和软件流程。试验结果表明,该控制系统达到了设计的目标,实现了摆动器的摆动速度调节、摆幅大小、左中右停留时间等的数字化控制。

窄间隙电弧摆动焊接方法研究现状

窄间隙焊接是一种高效节能的焊接技术,在工业上有着广泛的应用前景。但其侧壁熔合不良问题一直未有效解决,目前主要通过摆动电弧来改善侧壁熔合。介绍了现今研究的几种摆动电弧窄间隙焊方法,并对其优缺点进行了分析。

电弧摆动对窄间隙GMAW横焊打底焊道成形的影响

采用一款新型摆动电弧窄间隙熔化极气体保护焊焊枪,对FH40厚板进行窄间隙横焊试验,探究不同工艺参数对打底焊道成形、熔滴过渡及缺陷的影响规律。结果表明,摆动幅度对焊道的熔宽和表面凹凸度影响最大,焊接速度对熔深和焊道成形的不对称性影响最大;电弧不摆动时,熔池铺展范围小,焊道凸而窄,坡口两侧无法熔合;电弧摆动过程中熔滴过渡形式和熔池流动状态会发生变化,合适的电弧摆动幅度有助于熔池均匀填满坡口,获得侧壁熔合良好、成形对称的打底焊焊道,但过大的摆动幅度会加快熔池下淌,甚至造成焊道外凸、咬边等焊接缺陷。

电弧摆动式机器人中厚板NG-GMAW焊接系统

中厚板的传统焊接方法是多层多道焊,随着工件厚度增加导致焊接效率低、接头性能差。为了提高焊接效率,改善接头质量,本文设计了一种新型机器人中厚板焊接系统。利用摆动机构使焊丝在接头间隙内往复摆动,从而实现中厚板的焊接。焊接试验结果表明,设计的系统可以减小焊缝表面高度变化,改善窄间隙侧壁的熔合,避免缺陷的产生。通过设计的焊接系统可以显著的提高中厚板焊接质量和效率,对于其在我国中厚板的应用具有一定的促进作用。

基于高频变极性电流源的交叉耦合电弧焊摆动行为抑制

交叉耦合电弧焊工艺理论上可以实现焊接过程中传热、传质解耦和独立控制,具有很大的发展潜力,然而,传统的交叉耦合电弧工艺中旁路电弧电流一般由低频交流焊接热源提供,工作过程中会出现主电弧随着旁路电弧的极性改变而发生电弧摆动现象,使各个电弧之间的热力分配不平衡,传热、传质解耦不彻底.在增材制造应用中,会面临熔滴落点位置不可控、成型精度低等问题,为了解决主电弧的摆动问题,设计开发了旁路电弧为高频变极性电弧的交叉耦合电弧焊接热源.试验结果表明,这种焊接热源可以通过提高旁路电弧的变极性频率,有效地抑制主电弧的摆动行为,进一步实现交叉电弧中填充焊丝熔化速率与工件热输入之间的传热解耦,同时,抑制主电弧摆动后的现象表现为主电弧高频小幅度振动,理论上可以实现对熔池的搅拌作用,利于枝晶破碎、促进焊缝晶粒细化.

6061铝合金激光摆动-电弧复合焊组织与力学性能分析

对高铁6 mm的6061铝合金进行激光摆动-电弧锁底对接焊,以焊缝熔深与气孔率为指标,借助扫描电子显微镜(scanning election microscope,SEM),电子背散射衍射(electron backscatter diffraction,EBSD)等表征手段分析了摆动频率对焊缝微观组织与力学性能的影响规律.结果表明,当摆动频率升高为250 Hz时,焊缝气孔率降至1%以下,靠近熔合线附近的焊缝区域主要由柱状枝晶组成,而焊缝中心电弧区域主要由等轴枝晶组成,激光摆动频率变化会影响单位周期内光束前进距离,进而影响光束对熔池后方的搅拌能力强弱,随着激光摆动频率的增大,熔池的搅拌作用效果增强,焊缝中心等轴枝晶细化程度明显,晶粒尺寸由68μm降至44μm.当摆动频率为250Hz时,接头的抗拉强度达到最大为229 MPa,约为母材强度的73%,焊缝气孔率的降低和焊缝中心细化的枝晶组织为接头强度提高提供了有利条件.

六向钢节点摆动电弧增材制造及其承载性能

根据六向钢节点结构特点,采用分区成形、平面切片以及摆动与偏置填充的策略制造。为了避免钢节点已成形部分与弧焊枪的相互干涉,将六向钢节点分为直壁圆筒区、两管相贯区和三管相贯区。直壁圆筒区采用摆动填充,两管相贯与三管相贯区分别采用轮廓偏置填充与混合路径填充。合理的成形策略与摆动电弧增材制造工艺,使成形的六向钢节点有良好力学性能与高的成形精度,摆动电弧增材制造六向钢节点整体尺寸偏差为(±1.30)mm。有限元分析和台架测试电弧增材制造六向钢节点在实际工况条件下相贯区的最大应力为36.7MPa,远小于堆积金属屈服强度,始终处于弹性状态,具有高的承载性能。

中部槽构件摆动电弧窄间隙GMAW焊接接头组织及性能研究

采用摆动电弧窄间隙GMAW对中部槽所用50 mm厚ZG/NM异种钢组合进行了非对称填充式双面焊接。焊后在垂直于焊缝方向切取金相试样进行微观组织观察,同时取样进行力学性能测试,包括硬度测试和拉伸试验。试验结果表明:摆动电弧GMAW有效抑制了侧壁未熔合缺陷,未出现裂纹;不同填充层由于焊接规范差异,导致组织有所不同;所表征各填充层拉伸性能表现良好,与填充金属性能相当,其中深U型一侧底层强度最高,单道V型填充层强度介于U型顶部与底部之间;接头填充金属的硬度随位置发生变化,从U型一侧到V型一侧,硬度值逐渐降低。不同填充层,母材硬度值最高,填充金属硬度值最低,接头强度与硬度的差异主要归因于焊缝金属中铁素体的含量与形态。

中部槽构件摆动电弧窄间隙GMAW不同打底衬垫焊接成形及组织性能

【目的】进行I形坡口窄间隙焊接时通常涉及到使用衬垫,不同材料的衬垫会对窄间隙焊接打底焊缝的显微组织及力学性能产生影响。为了研究不同打底衬垫对焊接过程的影响规律,该文采用窄间隙摆动电弧GMAW并配合使用陶瓷、铜及钢3种不同材料衬垫对中部槽所用的50 mm厚的ZG30SiMn/NM450(简称ZG/NM)组合进行了焊接。【方法】焊接完成后,对打底焊道进行了显微组织观察、硬度及拉伸等力学性能测试。【结果】试验结果表明,在摆动电弧的作用下,成功抑制了焊缝的侧壁未熔合缺陷,体现出窄间隙摆动电弧GMAW对ZG/NM构建具有良好的适应性。由于衬垫材料的不同,接头打底焊道过热区宽度与组织及焊缝组织存在差异。过热区随衬垫导热系数的升高逐渐变窄,晶粒尺寸逐渐减小,焊缝中块状铁素体含量也逐渐变少。焊缝中心硬度最低,由于冷却速率的差异,导致陶瓷衬垫焊缝中心的硬度最低,而水冷铜的硬度最高。水冷铜打底焊道的高强度归因于较低的块状铁素体含量。【结论】该研究通过窄间隙摆动电弧GMAW技术和不同衬垫材料的应用,为ZG/NM组合的焊接提供了有益的试验结果,对焊接接头的性能和微观结构进行了深入分析,为相关领域的进一步研究提供了参考依据。

摆动电弧传感器及其信号处理

介绍了一种适用于窄坡口管道焊接的摆动电弧传感器,利用这种传感器在短路过渡模式下进行焊接试验,通过使用低通滤波和不同小波对实验中的焊接信号进行降噪,并利用区域积分均差值法提取焊枪左右偏差电流,分析不同滤波方法的效果.试验结果表明,采用coif5小波能够有效滤除信号中的高频噪声,同时保留信号原有的特征,为焊枪偏差信息的提取提供了依据.

摆动电弧传感的窄坡口GMAW过程系统建模和仿真

为了研究窄坡口对焊接过程的影响规律,根据焊接的能量平衡和熔滴平衡等原理对基于摆动电弧传感的GMAW系统进行数值仿真.针对焊炬高度的大小随着焊炬在坡口中的摆动不断变化,建立了包括焊炬摆动、电弧长度、电弧非线性负载及弧焊电源-电弧四个子系统的数学模型.并将此数学模型转换为Matlab/simulink环境下,涵盖整个焊接回路的GMAW系统动态特征仿真模型.结果表明,当焊接工艺参数相同时,运行系统仿真模型,可以获得和实际焊接试验基本相同的电流、电压波形数据.

摆动电弧埋弧焊的数学建模与仿真

针对变速送丝调节系统埋弧焊的特点,利用MATLAB软件建立了V型坡口扫描单元的仿真模型、焊接电源单元的仿真模型、焊接电弧单元的仿真模型,并在此基础上形成了系统的整体仿真模型,全面研究了坡口形状、焊接电源和熔滴过渡形式对输出焊接电流的影响机理;分析了电弧传感器的主要参数对焊缝偏差信息、焊接工艺参数的影响规律;探讨了常见干扰因素的影响,为建立摆动电弧埋弧焊焊缝自动跟踪系统提供理论依据。

基于高速摆动电弧传感器的GMAW焊缝跟踪技术研究

针对现有的摆动电弧传感器普遍存在的频率较低问题,研制了特种电机直接驱动的高速摆动电弧传感器,焊枪结构简单,摆动频率高。建立了以工控机为核心的、基于摆动电弧传感器的GMAW焊接焊缝跟踪系统.编制了人机接口界面,通过对焊接电流信号采集和处理,进行焊缝偏差提取,采用PID控制有效地实现了焊缝跟踪。

基于摆动电弧传感的管道焊接焊缝跟踪技术研究现状

基于电弧传感器的焊缝跟踪技术是目前焊接领域的一个重要研究方向,精确的焊缝跟踪可以快速实现焊缝的精确定位,是保证焊接质量的关键。介绍了摆动频率影响跟踪精度的工作原理,综述了电弧传感器的发展与研究现状,分析了各类电弧传感器的应用特点,论述了摆动电弧传感器的在管道焊接机器人系统中集成应用情况。

一种基于弧长控制的摆动电弧焊缝跟踪偏差信号处理方法

针对目前常用提取偏差信息的左右积分比较法对V型不对称坡口不适用的情况,结合摆动电弧传感器低频率的特点,提出一种半周期单边积分比较法判断焊枪位置,并采用弧长控制的算法来提取偏差。经实验证明,半周期单边积分比较法用于低频率的摆动电弧传感器,解决左右积分比较法对V型不对称坡口存在的误判是可行的,跟踪效果良好。

基于摆动旋转电弧的焊枪空间姿态识别

通过对现有电弧传感器的扫描信号进行深入研究,提出了一种摆动旋转电弧传感器,在分析其信号特点的基础上,推导出焊枪空间姿态与弧长变化之间的数学关系,建立了该电弧传感器的弧长数学模型.考虑到焊接电弧信号的特点与复杂性,采用了Gabor小波滤波器来消除信号中的噪声干扰,并对滤波后的采样数据进行了特征向量提取,降低了数据的维度,根据欧式距离的原理设计了焊枪姿态分类器,采用模型参数的最速下降法对焊枪的空间姿态进行了实时识别.结果表明,摆动旋转电弧传感器的焊枪空间姿态识别算法简单、获取信息量大,为提高焊缝跟踪的精度提供了理论依据.

基于双周期积分差值法的摆动电弧焊缝跟踪方法

在摆动电弧传感器V型坡口焊接过程中,焊枪工作角的变化会影响焊缝跟踪精度,引入焊枪工作角是提高跟踪精度和成型质量的重要手段。通过建立工作角、水平偏差和高度偏差三种变量的焊枪高度模型,提出一种双周期积分差值的方法,将当前周期的左右两侧半周期积分值与前一个周期的对应积分值进行比较,将高度偏差成功分离。然后使用二分法逼近焊枪工作角,完成焊枪水平偏差与工作角的解耦工作,同时求解焊枪工作角和焊枪水平偏差。最后使用弧焊机器人针对角焊缝进行了焊接试验,试验结果证明了该方法的正确性和有效性。

摆动频率对短路过渡电弧传感信号的影响

为了研究短路过渡条件下摆动电弧传感信号的特征,在短路过渡数值模型的基础上引入窄坡口焊炬摆动模型,建立了一种窄坡口焊接的数值仿真模型,并对摆动电弧传感的电流信号进行模拟;同时,进行了0~10Hz摆动频率范围内的窄坡口熔化极气体保护焊焊接实验,以采集焊接电压和焊接电流信号.结果表明：实际的焊接电流波形与其数值仿真结果吻合;短路过渡的发生与摆动位置没有明显的对应关系,不宜通过焊接电压来计算焊缝偏差;摆动频率越大,随机发生的短路过渡噪声越容易掩盖摆动位置变化引起的电流特征,在保证跟踪精度的条件下,应尽量选择较小的摆动频率.