等离子-MIG复合焊接熔滴过渡及电弧耦合特性研究

通过电信号采集系统和高速摄像采集系统对等离子-MIG复合焊接的电流信号、电压信号和熔滴过渡过程进行了同步采集,研究了等离子-MIG复合焊在不同焊接规范下最佳的熔滴过渡方式,对等离子电流对熔滴过渡的影响及复合焊接电弧耦合关系进行了分析。结果表明,等离子-MIG在不同焊接规范下均能实现良好的射滴过渡。在等离子-MIG复合焊接过程中,等离子电流对MIG焊的焊丝伸出长度和熔滴过渡有影响,随着等离子电流增加,MIG焊焊丝伸出长度逐渐缩短,直至由一脉一滴转化为一脉多滴;等离子弧与MIG弧相互耦合,MIG弧的加入使得等离子弧的电压升高,而等离子弧对MIG弧几乎没有影响。

脉冲等离子-MIG复合焊熔滴过渡行为研究

将脉冲等离子电弧与MIG电弧同轴复合,期望利用等离子弧脉冲峰值电流产生的高速等离子射流冲击熔滴和熔池,促进熔滴过渡,同时增加焊缝熔深。开发了一套高速视觉与电信号精确同步的焊接数据采集系统,对脉冲等离子-MIG复合焊熔滴过渡行为进行研究。研究发现将等离子电流调制成脉冲波形,等离子弧对工件总体热输入下降,等离子峰值电流产生的等离子流力可以有效促进熔滴过渡。在此基础上深入分析了等离子脉冲峰值电流、脉冲宽度及熔滴在等离子弧过渡位置等参数对熔滴过渡的影响,获得了脉冲等离子-MIG复合焊一脉一滴过渡的工艺参数窗口。

等离子-MIG焊熔滴过渡的研究

为了分析等离子-MIG焊熔滴过渡过程中等离子弧和MIG弧对熔滴过渡形态的影响,利用示波器研究了等离子-MIG焊接铝合金时不同熔滴过渡形式的特征,包括电弧电压波形的变化及熔滴过渡临界电流的研究。研究结果表明:等离子-MIG焊的熔滴过渡形式以滴状过渡和射流过渡为主;滴状过渡到射流过渡的临界总电流约为280～300A;等离子-MIG焊中,MIG电流对熔滴过渡产生决定性影响;等离子-MIG焊与MIG焊比较,显著的降低了熔滴过渡向射流过渡转变的临界点。

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。

超声-MIG焊接铝合金熔滴过渡行为

对铝合金超声-MIG焊接熔滴过渡行为做了系统研究.试验主要关注在超声作用下,铝合金焊接中熔滴过渡行为的变化.通过对熔滴过渡过程的观测和分析,结果表明,对于短路过渡形式,熔滴受到超声辐射力的阻碍作用,熔滴的体积增大,过渡频率降低,焊接电弧收缩,弧长缩短,挺度增加,亮度增大;在大滴过渡和射滴过渡时,熔滴过渡频率大幅增加,熔滴尺寸减小,这也是超声辐射力作用在熔滴上的影响造成的;而且超声作用后的熔滴形态发生复杂变化,焊接过程的不稳定性增大.

高频脉冲耦合铝合金激光-MIG复合焊接熔滴过渡及其熔覆特性

采用高频脉冲电源与单脉冲MIG焊电源并联叠加的方式与激光热源复合,形成高频脉冲耦合激光-MIG复合焊接方法.在A7N01铝合金板材上进行堆焊试验,用高速摄像研究高频脉冲耦合后电弧及熔滴过渡行为的变化,并通过金相观察研究高频脉冲耦合对熔覆层成形及组织的影响.结果表明,高频脉冲耦合后弧长增大,电弧电压增大、基值电流减小,峰值电流变化不大;熔滴由部分亚射流过渡转变成完全射流过渡;熔覆金属表面光滑,"鱼鳞纹"特征消失,无"指状"熔深问题;熔覆层晶粒大小变化不明显,但晶粒内部强化相颗粒变小,分布更加均匀.

激光-MIG双丝复合焊电弧特性与熔滴过渡研究

利用搭建的激光-熔化极惰性气体保护(Metal inert-gas,MIG)双丝复合焊接系统进行焊接试验。在试验中,主要研究激光功率、送丝速度、光丝间距和离焦量等几个主要变量对复合焊接稳定性、电弧特性和熔滴过渡的影响规律。分别选取电弧电压变异系数、电弧偏转角、熔滴过渡方式及过渡频率作为评价参量对稳定性、电弧特性和熔滴过渡进行分析。研究发现,随着激光功率增加,电弧偏转角先减小后增加,在1 000 W附近偏转角最小,焊接过程最稳定。引导丝熔滴始终为粗滴过渡,而跟随丝熔滴为粗滴过渡+少量短路过渡,熔滴过渡频率呈现先增加后下降的趋势。在送丝速度为4 m/min时引导丝和跟随丝的电弧稳定性最好,电弧偏转角先减小后增加最终趋于稳定。在离焦量为–1 mm时,引导丝和跟随丝熔滴过渡频率均达到最大值,分别为8.6Hz和6.3Hz。

激光的加入对激光-MIG复合焊熔滴过渡的影响研究

对比研究3 kW激光的加入对铝合金MIG焊熔滴过渡和过程稳定性的影响,结果表明,激光的加入使焊接过程更稳定。小电弧参数时,在等离子流力、电磁收缩力和激光匙孔金属蒸汽反冲力的共同作用下,激光-MIG复合焊熔滴落点更靠近焊丝;大电弧参数时,等离子流力和电磁收缩力起主要作用,激光匙孔金属蒸汽反冲力的作用可以忽略不计,激光加入前后熔滴均沿焊丝延长线落入熔池。

超声-MIG焊熔滴过渡的数值模拟

基于流体力学和电磁学理论,通过添加超声振动和声辐射力条件,建立超声辅助的熔化极惰性气体保护焊(超声-MIG)熔滴过渡行为的数学模型。利用FLUNET软件模拟在不同焊接电流和超声振幅下熔滴长大、变形和脱落的过程。模拟结果显示,熔滴的轮廓变化和脱落时间与相关试验结果吻合较好;与常规MIG焊相比,在小电流条件下超声-MIG焊熔滴的脱落尺寸相对更小且过渡频率更快,而在大电流的条件下超声-MIG焊熔滴脱落时间和尺寸变化不太明显;超声-MIG焊熔滴脱落时间受超声振幅的影响,超声振幅的增大会在一定程度上使熔滴过渡周期缩短。

激光与电弧间距对激光复合焊熔滴过渡的影响

采用高速摄影设备研究了在两种焊接电流工艺参数下激光与电弧的间距变化对CO2激光-MIG电弧复合焊接熔滴过渡过程的影响.试验发现,在高速MIG焊接时熔滴过渡不稳定,在激光-MIG复合焊接时,由于激光光致等离子体对熔滴的热辐射作用和对电弧的吸引作用而改变了电弧的形态及相应的熔滴的受力状态,使得熔滴的过渡过程发生了改变,对于不同的焊接电流工艺参数,存在不同的最佳激光与电弧间距.结果表明,在最佳间距下,即两个等离子体的耦合作用良好时,熔滴过渡形式为单一的稳定射流过渡,电流电压恒定,焊缝成形良好.

脉冲激光与电弧布置方式对铝合金焊接熔滴过渡与焊缝形貌的影响

以2219铝合金为基板,研究了不同脉冲激光-电弧布置方式下的熔滴过渡与焊缝形貌特征,分析了熔深增加的机理.结果表明,当脉冲激光照射母材时,脉冲激光主要提供对母材的热输入,母材温度的增加有助于促进熔滴铺展,稳定熔滴过渡过程;当脉冲激光照射熔滴缩颈时,主要提供对熔滴的力输入,蒸发反力的作用下形成“一脉一滴”,显著提高熔滴过渡频率与熔滴飞行速度,增加了熔滴对熔池的冲击力,熔深增加;当脉冲激光交替的照射熔池和熔滴时,一方面能够对母材进行加热,有助于熔滴的铺展,另一方面能够提高熔滴过渡频率,提高焊缝的均匀性.

等离子—熔化极气体保护焊电弧特性研究现状

等离子—熔化极气体保护焊的电弧形态和熔滴过渡方式直接关系到焊缝质量,采用不同的电极连接形式,如直流正接、直流反接,电弧形态及熔滴过渡方式均不同;主要介绍了目前等离子—熔化极气体保护焊在采用不同的电极连接形式下,不同的电弧形态和熔滴过渡方式,以及电弧成分组成和温度分布;通过对熔化极等离子弧静特性等方面的研究发现,熔化极电流的大小不是由焊丝与工件间的电压决定的,而是由导电嘴与焊丝端部处的等离子弧电位差决定的,并决定电流的方向。

铝合金激光-MIG复合焊熔滴对匙孔作用的模拟

将复合焊接过程中的反冲压力、表面张力等驱动力及熔滴过渡行为考虑在内,建立5A06铝合金激光-MIG复合焊接数值模拟热流耦合模型,由于熔池内的流动及匙孔稳定性对焊接性能有重要影响,因此针对熔滴与匙孔及熔池稳定性的影响进行了系统讨论,并且通过采用不同的熔滴落入位置进行计算.结果表明,当熔滴落入位置距激光中心较近时,熔滴对匙孔的冲击作用较大,匙孔壁的平均流速和波动频率有所增加,匙孔更易由于周期性的熔滴过渡而产生液桥发生闭合,熔滴落入位置还会影响匙孔深宽比,进而影响激光能量的菲涅尔吸收.

耦合状态下激光对MIG焊熔滴过渡及焊缝成形的影响

采用高速摄影设备研究了CO_2激光-MIG电弧复合焊接熔滴过渡的特点,试验结果显示在高速焊接时采用MIG焊的熔滴过渡特性比较复杂,是一种不稳定的混合过渡形式,当加入激光后由于激光光致等离子体对熔滴的热辐射作用和两个等离子体的耦合作用,熔滴过渡频率增加,熔滴过渡形式转变为一种单一稳定的射流过渡形式,电流电压恒定,焊缝成形良好,飞溅大大减少,熔宽熔深显著增加。因此采用激光一MIG复合焊接是一种高效率的新焊接工艺,具有广泛的应用前景。

电弧中金属蒸气与GMAW熔滴过渡形态的关系

综述了电弧中金属蒸气与GMAW熔滴过渡形态的关系。结果表明,在大电流和相应焊接参数及不同保护气体中焊接时,电弧等离子体中心蒸气的电导率不同,致使电导通路部位各异,最终促成了不同的(射流、射滴和滴状)熔滴过渡形态。金属蒸气降低了电弧等离子体中心的电导率,使电弧中电导通路扩展,作用在熔滴上的主导力方向有利熔滴过渡,完全满足了熔滴喷射过渡形成条件。保护气体类型、电弧温度以及焊丝成分对金属蒸气的影响,主要取决于其对电弧等离子体电导率变化的影响。通过控制金属蒸气的电导率来调节熔滴过渡,实现纯CO;保护气体时的喷射过渡现象,尚需进一步研究其中的关键技术。

旁路电源工作模式对Arcing-wire PAW电特性与熔滴过渡的影响

基于电弧可分离性,以焊丝为导引电极建立分体等离子弧,研究不同旁路工作模式下焊接参数对熔滴过渡行为的影响.结果表明,旁路为恒流模式时,随着旁路电流的增加熔滴稳定快速过渡,随着送丝速度的增加过渡频率增加,但其达到8.2 m/min时会使焊丝来不及熔化;在熔滴过渡瞬间,旁路及等离子弧电压均发生明显波动但两者趋势相反,而旁路及等离子弧电流均无波动.旁路为恒压模式时,随着旁路电压及送丝速度的增加,熔滴稳定而快速地过渡,但旁路电压过大时会出现失稳现象;在熔滴过渡瞬间,旁路及等离子弧电压、旁路电流、甚至等离子电流都出现明显波动.

基于视觉传感的超声-MIG焊熔滴行为分析

针对镀锌钢在焊接时对焊接参数难以精确控制,导致焊接接头质量较差,从而对镀锌钢超声-MIG焊接过程中的熔滴过渡机制进行深度研究。实验基于视觉传感器在不同的焊接电参数下,对比了超声-MIG与MIG焊接过程,通过图像处理技术提取熔滴的特征参数。结果表明:在焊接小功率参数下,熔滴过渡方式主要是短路过渡,超声此时会阻碍熔滴过渡,熔滴轮廓面积减少,距离熔池高度增加。当焊接功率增大时,在超声辅助作用下熔滴过渡方式主要是大滴过渡和射流过渡,熔滴的几何尺寸均减少,距离熔池高度减少,向熔池过渡频率增加。最后提出一种焊接过程中的熔滴计数算法,实验验证在1000帧熔滴图像时间内,熔滴过渡周期最高可达37次,保证焊接过程中质量的稳定性,加速了焊接智能化发展。

旁路耦合微束等离子弧增材制造

在分析旁路耦合电弧焊的基础上,提出了旁路耦合微束等离子弧焊(DE-MPAW)方法.该方法以微束等离子弧焊炬为主路,填充焊丝为旁路,通过可调电阻调节旁路电流大小.在不降低成形效率的基础上,减小成形件的热输入,从而有利于电弧增材制造.在此基础上开展了DE-MPAW焊接方法的初步研究.在DE-MPAW焊实验系统及测控的基础上,对比研究了不同旁路电流下DE-MPAW焊熔滴过渡情况;分析了母材热输入随旁路电流的变化规律,研究了焊缝成形的变化情况;初步开展了DE-MPAW增材制造单道多层的堆垛研究.结果表明:随着旁路电流的增大,其熔滴过渡频率、母材热输入、熔深都相应地减小,且DE-MPAW方法能够较好适用于增材制造.

超声对等离子电弧的影响及焊接试验研究

随着现代工业生产技术的发展,超声波在材料加工领域应用越来越广泛,相继出现了多种超声波与焊接相结合的方式,在一定程度上提高了焊接质量和生产效率,增强了焊接的适应性。详细介绍了一种超声电弧技术,即利用外加超声源调控等离子电弧作为相应热源进行焊接的技术。电弧试验研究显示,受超声调制的等离子电弧呈规则的圆锥形,压缩明显,电弧中心区压力增大。在焊接试验中,发现施加超声后,焊接熔滴尺寸更小,过渡频率明显增加,焊缝的熔宽和熔深都不同程度增加。利用该方法可以克服普通电弧焊接熔深浅、电弧能量不集中、焊接效率低等缺点。

光纤激光与GMAW-P复合焊接等离子体及熔滴过渡动态特征研究

研究了高功率光纤激光与脉冲气体保护焊(GMAW-P)复合焊接中的等离子体动态行为、熔滴过渡模式以及电信号特征。结果表明,光纤激光焊接可以采用纯Ar气作为保护气体,GMAW-P电弧与光纤激光复合后会导致激光等离子体膨胀增大,电弧的弧长变短。比较电压概率密度可以看出,激光引导模式相较于电弧引导模式时的负载动态波动更为剧烈。