超薄板脉冲微束等离子弧焊熔池振荡特征

由于熔池的振荡行为,熔池轮廓的动态变化具有一定的波动性.基于视觉传感检测方法,研究0.1 mm厚超薄板不锈钢脉冲微束等离子弧焊接的熔池振荡行为,讨论焊接电流的不同脉冲参数对熔池振荡频率和振幅的影响.结果表明,在基值电流和峰值电流作用期间,熔池的大小是小幅度波动的,这是由熔池振荡引起的;熔池的振荡频率在一定范围内随着脉冲电流的频率增加而增加,而熔池振荡幅度随脉冲电流频率的加大而减小.熔池的振荡频率可以反映焊缝成形质量的好坏.

100μm超薄不锈钢板脉冲微束等离子弧焊成形机理

针对100μm超薄不锈钢板的脉冲微束等离子弧焊接,研究焊缝中心不同位置焊接热循环的动态变化机理以及脉冲参数对该动态变化的影响,结合试验获得的不同脉冲参数下的焊缝形貌,探讨焊缝成形与焊接热循环动态变化之间的关系.结果表明,在4个脉冲参数的不同组合下,可形成5种不同的焊缝形貌;频率的增加或基值电流/峰值电流之比的增加,均使得一个脉冲周期行程中的焊缝中心线上各点的焊接热循环趋于一致;低频时随着基值电流/峰值电流之比的增大,这些点的加热最高温度(T_(m))和加热时间t_(8/13)(温度从800 K上升到1300 K所经历的时间)的最大值减小,而最小值增大,t_(8/5)的最大和最小值均增大;随着频率的增大,t_(8/5)和t_(8/13)的平均值均减小;大多脉冲参数(频率不小于5 Hz时或1和2 Hz下分别为0.5和0.9 A基值电流时的脉冲参数)下,试验得到的焊缝成形百分比σ2和理论计算得到的焊接热循环最高温度百分比σ1相等,表明理论计算和试验的结果一致.

基于脉冲微束等离子弧焊的快速成形系统中实时自适应送丝方式

对基于脉冲微束等离子弧焊的直接金属快速成形系统中,填充金属丝的熔滴过渡方式和送丝方向对成形轨迹质量的影响进行了研究。研究结果表明:“搭桥过渡”方式形成的轨迹形态连续、光滑;送丝方向固定的方式在成形与送丝方向间夹角过大的轨迹时,会发生熔滴未完全熔于熔池、金属丝与已凝固成形轨迹发生干涉等缺陷。根据研究结果研制了一个基于成形件断面轮廓实时调整送丝方向的自适应送丝子系统。论述了转角、合成速度、加速度等控制参数的确定算法。对自适应送丝方式和方向固定的送丝方式进行了对比试验。结果显示:自适应送丝方式避免了熔滴未完全熔于熔池、金属丝与已凝固成形轨迹发生干涉等缺陷,对保证成形轨迹的质量有显著作用。

不锈钢超薄板脉冲微束等离子弧焊熔池尺寸和焊缝成形质量

利用基于背光光源的熔池视觉传感检测系统采集超薄板脉冲微束等离子弧焊焊接过程中熔池轮廓的变化,在平均电流为1.8 A条件下研究基值电流与峰值电流之比(0.29~0.71)、占空比(30%~70%)、脉冲频率(25~100 Hz)对304不锈钢超薄板焊接熔池尺寸和焊缝成形质量的影响。结果表明:在试验条件下采集到的熔池宽度均小于2.5 mm,熔池面积均小于3.5 mm^(2);在平均电流为1.8 A时,随着基值电流与峰值电流之比、占空比、脉冲频率的增加,熔池的最大宽度和面积均逐渐减小;在不同工艺参数下获得了间断焊缝、连续不等宽焊缝、连续等宽焊缝等3种类型的焊缝,占空比为50%、基值电流与峰值电流之比为0.50,脉冲频率为25,100,500 Hz时所获得的焊缝成形质量最好,为连续等宽焊缝。

脉冲参数对超薄板脉冲微束等离子弧焊焊缝成形及焊接热输入的影响

通过实验和数值模拟方法研究基/峰值电流、脉冲频率和占空比对不锈钢超薄板脉冲微束等离子弧焊缝成形及焊接热输入的影响。结果显示,不同超薄板脉冲微束等离子弧焊脉冲参数下共会得到5种焊缝成形,分别为焊缝不连续型、焊缝连续但宽度不一致型、熔池重熔型、鱼鳞纹型和光滑连续型。通过减小基/峰值电流差值、增大占空比及增大脉冲频率,可以使得焊接热循环动态变化趋于平稳均匀,从而获得光滑连续的焊缝。

超薄板脉冲微束等离子弧焊熔池振荡频率特征

脉冲微束等离子弧焊熔池振荡特征频率与焊件成形质量具有重要联系。传统的检测方法用于超薄板P-MPAW焊接熔池振荡频率实时检测时存在较大误差,因此课题组应用了一种基于激光反射的熔池振荡特征频率检测方法。课题组搭建的熔池振荡实时检测平台实现了超薄板P-MPAW熔池振荡特征信息的采集,并成功提取出熔池振荡特征频率,探讨了脉冲参数对于熔池振荡的影响机制。结果表明:熔池振荡频率随脉冲频率增大呈对数增长,随基值电流和峰值电流差异减小而减小,使用对数增长模型可对熔池振荡特征频率进行合理预测。

脉冲微束等离子弧焊参数对丝网焊点组织与性能的影响

为了获得具有良好性能的不锈钢丝网焊点,课题组采用脉冲微束等离子弧焊(P-MPAW)的方法,对丝径为0.35mm,孔隙为1.25 mm的方孔状丝网进行脉冲电流对接焊。利用超景深显微镜、显微硬度计和微拉伸机研究不同脉冲频率、占空比和基值电流对丝网焊点显微组织和力学性能的影响,以获得最佳的工艺参数组合。结果表明:在脉冲频率为100 Hz、占空比为50%、基值电流为1.2 A时,焊点处形成的晶粒最为细致且具有802 MPa的最高抗拉强度;当基值电流和占空比不变时,焊点晶粒随脉冲频率的增大而逐渐细化;当频率超过100 Hz时,焊点由细小等轴晶向粗大骨骼状晶转变。当脉冲频率和基值电流不变时,焊点晶粒随占空比的增大先细化后粗大,焊点力学性能先升高后下降;当脉冲频率和占空比不变时,焊点晶粒随基值电流的增大逐渐粗化,力学性能逐渐下降。

TA1丝网脉冲微束等离子弧焊工艺

针对TA1丝网开展了脉冲微束等离子弧焊试验,并从焊接接头的宏观形貌、显微组织和力学性能等方面进行研究,分析了焊接参数对TA1丝网焊接质量的影响。结果表明:采用脉冲微束等离子弧焊可以取得较好的连接效果;随着热输入的增加,焊接接头的宏观形貌由椭球状转变为圆球状;焊接接头母材区的显微组织为等轴α相,焊缝区以针状α相和片状α相为主,热影响区为片状α相,且焊缝区的显微硬度最高;焊接接头的抗拉强度达到了母材的90%,拉伸断口以韧性断裂为主。

不锈钢薄壁管的微束脉冲等离子弧焊接工艺

分析了不锈钢薄壁管的焊接特点,选用了合适的焊接方法,制定了焊接工艺规程。通过对现有设备的改造和组合,实现了适合直径20 mm、壁厚0．8 mm不锈钢管的微束等离子弧焊接过程,取得了满意的焊接质量和外观成形。

超薄Inconel 718镍基合金板焊接凝固过程中微观组织变化的预测

以不同的占空比、基值电流、峰值电流和脉冲频率对0.1 mm厚Inconel 718合金板进行了脉冲微束等离子弧焊(pulse microplasma arc welding,P-MPAW)。对焊接凝固过程中超薄版的微观组织的变化进行了数值模拟。采用Fluent软件对焊接过程中超薄板的温度场变化进行了模拟,并与采用MATLAB软件建立的微观组织变化模型进行耦合,以预测超薄Inconel 718合金板在脉冲微束等离子弧焊接凝固过程的微观组织变化。结果表明:占空比对焊缝边缘柱状晶二次枝晶和焊缝中心等轴晶一次枝晶的生长均有明显影响;脉冲频率和基值电流均影响柱状晶和等轴晶晶粒的平均尺寸;模拟的和试验获得的柱状晶和等轴晶晶粒平均尺寸相接近,说明采用该模型分析P-MPAW焊接超薄Inconel 718合金板时在凝固过程中微观组织的变化是可行的。

超薄镍基合金P-MPAW焊缝成形特征及微观组织演变

为了获得成形良好的超薄镍基合金焊接接头及其细化的微观组织,课题组基于恒定的平均电流,设计不同脉冲电流参数,采用脉冲微束等离子弧焊(P-MPAW)对100μm厚的镍基高温合金板材进行焊接实验。然后借助超景深显微镜对焊缝的宏观形貌及微观组织进行观察,分析脉冲参数下焊缝成形特征,并采用直线截点法计算焊缝中心的平均晶粒尺寸。结果表明:不同脉冲参数匹配下形成5种焊缝形貌,随着基值电流和脉冲频率的增加,焊缝熔池趋于连续均匀变化趋势。当基值电流为0.8 A、占空比为30%以及脉冲频率为100 Hz时,焊缝中心的平均晶粒尺寸最小。因此,脉冲微束等离子弧焊下,较小的占空比和基值电流以及较大频率的脉冲参数匹配,可获得成形良好且晶粒细化的焊缝。

基于遗传算法的超薄板焊接接头检测识别

超薄板在切割过程中会产生毛刺和剪切不齐的现象,大大增加了焊接过程中出现烧穿、焊接变形等焊接缺陷的几率。因此,本文计划使用图像检测平台,通过检测识别实时调节焊接过程中的热量输入,以降低超薄板焊接缺陷出现的几率。优化后的算法可迅速、精细地检测和识别超薄板的剪切不齐和毛刺,将此检测平台应用于智能化焊接设备,可实时检测、识别与调节焊接参数,抑制超薄板焊接缺陷的产生,形成完整的超薄板缺陷抑制系统。

超薄N6镍板焊接焊缝成形质量研究

当镍及镍基合金板材厚度小于1 mm时,在焊接过程中容易出现烧穿、气孔和裂纹等缺陷,严重影响了焊接成形质量。针对超薄镍及镍基合金的特殊性以及在焊接过程中易出现的问题,采用脉冲微束等离子弧方法焊接0.1 mm厚薄镍板。文中分析了在一定占空比下,不同脉冲频率和不同基脉比对超薄N6镍板的焊缝成形质量的影响,得到合适的焊接工艺参数。研究结果表明当基脉比为0.4,脉冲频率为500 Hz时,超薄N6板焊缝成形质量最好。通过该研究成功实现了0.1 mm厚超薄N6的脉冲微束等离子弧焊接。