基于弧压反馈的叶片微束等离子焊接修复弧长跟踪控制

在损伤航空发动机涡轮叶片微束等离子增材修复过程中,多层堆焊后熔覆层面不平整导致凸起形貌产生,使得待修复表面与熔覆层上表面一致性差。提出一种基于弧压反馈的弧长跟踪控制方法,提高弧长稳定性,以解决上述问题。利用电弧电压信号间接表征电弧弧长,并提出变分模态分解与中位值平均滤波融合算法以去除噪声信号。在此基础上,设计一种变论域模糊PID与PID并联的控制器,调节焊枪的高度以实现弧压稳定,并进行仿真优化。最后搭建弧压采集与弧长控制平台,进行弧压信号去噪实验和表面凸起试片焊接实验。结果表明,此方法能显著提高弧长稳定性,且凸起表面与熔覆层上表面一致性好。

Inconel 713LC铸造高温合金微束等离子弧焊接裂纹形成机理及抑制

针对Inconel 713LC铸造高温合金焊接增材时热影响区易产生裂纹这一问题,采用微束等离子弧焊接技术,运用扫描电镜和能谱仪对裂纹的微观形貌、合金元素分布进行分析,探究合金热影响区焊接裂纹的形成机理,研究裂纹抑制技术.结果表明,热影响区焊接裂纹的出现主要是受焊接热输入作用晶间碳化物发生部分溶解和液化形成液相,同时晶粒受热长大推动原始晶界发生移动后与液相交汇形成更大面积的液相,晶粒及晶界中的Nb元素、Mo元素和Ti元素等合金元素向液相偏聚,液相冷却凝固后形成尺寸超过10μm的碳化物,在焊接热应力作用下裂纹萌生于碳化物周围并沿晶界扩展,焊接裂纹数量和尺寸均随着热输入的增大而增大.通过脉冲焊接降低焊接热输入,热影响区的高温停留时间变短,降低焊接过程中热影响区合金元素的偏聚,减少合金中有害碳化物的长大,抑制裂纹生成;对铸态母材进行固溶处理后,合金元素偏聚得到均匀化处理,母材硬度下降,塑性得以改善,减弱了合金元素的富集倾向,降低了焊接时的裂纹敏感性.

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.

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。

航空发动机叶片微束等离子堆焊转角焊缝模型研究

航空发动机叶片修复时,将受损部位切除后在新平面上进行多层多道焊接,在焊缝转角区域特别是转角点,因焊接工艺难以匹配导致过多熔滴进入熔池增加了焊缝熔高与熔宽,造成焊缝凸起,影响焊接质量。针对微束等离子焊接叶片转角区域焊缝的这种特征,建立了转角区域焊缝模型。首先利用抛物线曲线拟合建立了单道焊缝模型,并通过实验验证该模型能准确地表征单缝外形轮廓。然后提出了一种双焊缝转角重叠的焊缝成型模型。实验表明,采用该转角焊缝模型能够极大地降低转角区域焊缝的凸起,能满足航空发动机叶片修复精度的要求。

超薄板脉冲微束等离子弧焊温度场动态分布特征及成形控制

在模拟计算100μm超薄不锈钢板脉冲微束等离子弧焊过程的基础上,研究了实际热源动态脉冲加载下的熔池温度场动态过程及脉冲参数对该动态过程的影响机制;研究了脉冲参数对焊缝成形的影响,对模拟计算的结果进行验证,并探讨了脉冲参数和焊接速度的匹配与焊缝成形特征的关系.结果表明,超薄板脉冲微束等离子弧焊接的温度场变化具有周期性的波动特征和惯性特征,脉冲频率越高或基值电流/峰值电流之比较小,温度场变化的波动幅度也越大,其相对于脉冲电流变化的惯性也越大;脉冲电流下的焊缝成形有连续和不连续两种形式,这与焊接速度、峰值电流作用时的焊缝长度、脉冲频率三者之间的匹配有关;模拟计算的熔池最高温度超过熔点的持续时间与脉冲周期的比值结果较好地解释了试验得到的焊缝成形的连续程度.

Inconel625合金波纹管的微束等离子焊接

为了解决Inconel625合金波纹管的原材料问题,采用微束等离子焊接方法,研究了Inconel625合金带材焊接Φ25×0.2管坯的焊接工艺,通过焊管胀形试验,验证了不同工艺参数焊接的管坯焊缝的力学性能;通过金相分析了不同工艺参数焊接的管坯焊缝的组织状态;通过波纹管成形试验,验证了采用最佳工艺参数焊接的Inconel625合金管坯,焊缝力学性能指标与母材相当,满足波纹管成形要求。

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。

微束等离子焊接电弧光学特征的试验研究

在大量试验的基础上,给出了超小电流微束等离子焊接电弧形态特征及光谱的频域测试结果.根据试验结果可以看出,焊接电弧形态变化取决于焊接参数的变化,谱线的波长范围在750~850 nm;微束等离子焊接电弧光谱分布并不随焊接规范的变化而变化.但是,随着焊接电流强度的增加,电弧中出现近紫外线谱线.

微束等离子弧焊焊接不锈钢筛网的研究

不锈钢筛网是由不锈钢丝线编制而成,由于材料丝径细且界面多,焊接工艺上有一定的难度。TIG焊、激光焊、钎焊等焊接方法由于工艺、成本等原因都不是筛网焊接的最佳选择,而微束等离子弧焊具有拘束度高、能量密度高等特点,特别适合不锈钢筛网的焊接。实验中采用自主研制的微束等离子弧焊接系统,在主弧电流小于3A下,进行了不同焊炬高度和不同焊接速度的对接试验,最终取得了良好的不锈钢筛网焊接效果。在此基础上,分析了焊接速度和焊炬高度等因素对焊接质量的影响。

基于微束等离子弧三维焊接的直接金属成形系统设计

基于分层制造概念的金属模型的制造是当今快速成形领域的热门研究课题。基于微束等离子弧三维焊接的直接金属成形系统是一种可以实现金属零件及模具快速制造的方法。本文在分析了直接金属成形原理的基础上 ,结合直接金属成形系统的研制工作 ,介绍了该系统的总体结构和特点 ,并具体描述了该系统的软、硬件实施。

微束等离子氩弧焊及激光焊焊接牙科纯钛机械性能比较

目的:比较微束等离子氩弧焊及激光焊接牙科纯钛的机械性能,为微束等离子氩弧焊接纯钛在临床应用提供依据。方法:采用万能试验机测试焊接区的拉伸强度,金相显微镜观察焊接区的金相变化,并测量焊接区的显微硬度。X射线能谱仪测定焊缝区元素组成。结果:等离子氩弧焊接纯钛拉伸强度高于激光焊接,且焊缝显微硬度值与母材接近。两类焊缝均不改变元素的化学组成。结论:微束等离子氩弧焊接纯钛的机械性能优于激光焊接,用于牙科焊接,符合临床需要。

高频脉冲微束等离子电弧温度场的测试及分析

本文首次采用单波长激光干涉技术，对恒定直流和高频脉冲电流微束等离子电弧温度场进行了测试，并做了分析比较．以电弧温度分布为基础分析了高频脉冲电流微束等离子电孤收缩、稳定的原因。

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.

激光-微束等离子弧复合焊接过程的结构负载声发射信号表征

采用脉冲YAG激光焊、微束等离子弧焊和激光-微束等离子弧复合焊对304不锈钢进行焊接试验,实时采集焊接过程中的结构负载声发射信号,研究声发射信号对焊接过程的表征.结果表明,激光离焦量为-2 mm的激光-微束等离子弧复合焊接,热源复合效果更好,焊缝表现出更显著的复合热源焊接特征.焊缝获得了更好的表面成形和熔深、熔宽.热源复合效果更好的焊接过程,其声发射信号波形表现出更大振幅,且更为均匀,并与激光热源的周期性相符,呈现出明显的复合热源焊接周期性.因此可以利用焊接过程检测到的结构负载声发射信号表征激光和微束等离子弧两种热源复合效果特征.

飞机发动机滤油网组件的高频脉冲微束等离子弧焊

采用高频脉冲微束等离子弧焊接飞机发动机滤油网组件的端接接头,提高端接接头焊接质量和产品合格率,得到了满意的结果.文中介绍了焊接夹具、焊枪、行走机构及焊接工艺.

新型微束等离子弧焊接电源的研制

鉴于高频电弧具有较强的自收缩作用及较好的电弧稳定性的特点 ,研制了调制型脉冲微束等离子弧电源 .本电源可通过对高频电流的低频脉冲调制调节电弧对焊缝的热输入 ,同时具有电弧能量密度大、主弧空载电压低及起始电流递增和熄弧电流递减等功能 ,适用于铜、钛、不锈钢等金属薄件、微细件的焊接 .

高频脉冲微束等离子弧焊电源的研制

设计了比较理想的高频脉冲微束等离子弧焊电源控制电路,分析了该电路的组成和工作原理。试验结果表明,该电源具有良好的动特性和静特性,电弧稳定,操作简单,能很好地满足微束等离子弧焊的要求。

TC4钛合金微束等离子弧焊接接头疲劳性能研究

运用微束等离子弧焊接方法对TC4钛合金薄板进行堆焊,通过测试母材及焊接接头在振动载荷下的疲劳裂纹扩展速率发现,焊接接头的抗裂纹扩展能力比母材强。观察并分析母材及焊接接头的金相组织及疲劳断口可知,焊缝区的网篮组织中存在许多细长α′针状马氏体,会阻碍裂纹的扩展,提高焊缝抗裂纹扩展能力;热影响区组织中的α′针状马氏体比焊缝区数量更多,形态更加短小,是其拥有比焊缝区更好的抗裂纹扩展性能的原因。

TC4钛合金微束等离子弧堆焊接头成形研究

分析研究了TC4钛合金薄板微束等离子弧堆焊工艺参数对接头成形的影响。试验结果表明,随焊接电流的增加,堆焊高度明显减小,堆焊宽度明显增加;随焊枪与焊件距离的增大,堆焊高度略微增加,堆焊宽度略微减小;随送丝速度的增大,堆焊高度和堆焊宽度均显著增加。热输入和稀释率是导致上述试验结果的主要原因。