脉冲MAG-TIG双电弧打底单面焊双面成形机制分析

基于中厚板打底焊接存在着自动化程度及效率低的问题,采用脉冲熔化极气体保护焊-钨极氩弧焊(MAGTIG)双电弧热源焊接对板厚为24 mm的Q235-B进行打底焊接单面焊双面成形工艺研究及机制分析.结果表明,脉冲MAG-TIG双电弧热源打底焊接时,利用TIG电弧与MAG电弧间的电磁力来调节MAG电弧在熔池前端的加热位置,使得一部分电弧热量直接作用于钝边上;结合焊接电弧放电行为与熔池流动分析发现,打底成形稳定性最佳时,利用TIG电弧与熔池的剪切力使得液态金属向后方流动,熔池前端底部液态金属减少,易于平衡稳定,可获得熔透均匀、连续、稳定的打底焊缝背面成形.

双弧脉冲MIG焊耦合电弧特性的数值模拟研究

针对双弧脉冲MIG焊热源稳定性差的问题,本文对双弧脉冲MIG焊耦合电弧进行瞬态数值模拟,分析了不同脉冲电流参数下耦合电弧形态、温度和压力的分布及变化规律。研究表明:耦合电弧呈驼峰状,脉冲电流发生跳变时,耦合电弧伸展或收缩,并逐渐稳定,峰值电流越小,越快达到稳定;增大脉冲电流,耦合电弧温度和电弧压力随之升高;保持总电流不变,减小主弧电流,增大旁弧电流,主弧温度和电弧压力减小,旁弧温度和电弧压力增大,当旁弧电流足够大时,耦合电弧温度和电弧压力呈双峰分布。数值模拟结果与双弧脉冲MIG焊工艺实验结果吻合良好,模拟结果对调控双弧脉冲MIG焊脉冲电流参数,改善其耦合电弧稳定性及工艺性能具有重要意义。

双脉冲电弧增材制造数值模拟与晶粒细化机理

电弧增材制造具有成本低和效率高等优点,然而其晶粒细化的研究鲜有报道.使用自行研制的熔化极气体保护焊电源实施了双脉冲电弧增材制造试验,通过数值模拟预测了晶粒细化现象,试验结果验证了双脉冲电弧的晶粒细化作用.结果表明,由于熔池的膨胀,熔池尾部出现了重熔化现象.在与单脉冲电弧热输入相同时,重熔化现象导致双脉冲电弧能够产生更高的冷却速度,并且细化晶粒.因此,可以通过改变脉冲参数而不是传统地改变热输入来细化晶粒.

双电弧共熔池脉冲GMAW电源的复合外特性

利用自行研制的双电弧软开关脉冲GMAW装备,从弧长控制、熔滴过渡以及焊缝成形等角度对双电弧脉冲GMAW三种复合外特性进行了试验研究。结果表明,主机I-I,从机I-I复合外特性的熔滴过渡均匀,可控性好,但电弧自调节作用较差,适合薄板高速焊接;主机U-I,从机U-I复合外特性的熔滴过渡可控性欠佳,但电弧自调节作用较强,较适合大参数厚板焊接;主机I-I,从机U-I复合外特性中主机的熔滴过渡可控性好,电弧自调节能力有限,从机的电弧自调节作用较强,但熔滴过渡可控性欠佳。

双弧脉冲惰性气体保护焊耦合电弧稳定性控制

针对双弧脉冲惰性气体保护焊(MIG)的特点和控制要求,提出了视觉反馈并控制主弧弧长来稳定整个耦合电弧的控制策略.在此基础上,搭建了基于xPC的双弧脉冲MIG焊实时控制系统,设计了主弧弧长视觉提取方案,并进行了基于视觉反馈的耦合电弧稳定性控制实验.结果表明,通过视觉传感并控制主弧弧长的稳定来保证整个耦合电弧稳定的控制策略是可行的,能够满足双弧脉冲MIG焊的控制要求,保证焊接过程的稳定进行,焊接效果良好.

软开关双电弧共熔池脉冲GMAW焊装备关键技术

双电弧共熔池脉冲GMAW焊集高速高效、优质和自动化于一体,近来备受重视,但国内对此研究不多。本文在系统分析双丝脉冲GMAW焊电弧形态、熔滴过渡以及熔池行为的基础上,对双电弧共熔池脉冲GMAW焊系统实现的关键问题如电源类型、动特性、外特性、控制模式、协同控制方式、双丝焊枪设计以及送丝系统等进行了较深入的探讨。

铝/钢双脉冲MIG熔-钎焊中电弧作用方式对焊缝成形与力学性能的影响

进行了6061铝合金/304不锈钢异种金属板材双脉冲MIG熔-钎焊搭接试验,利用高速摄像和电信号同步采集系统对焊接过程中的电弧形态和电信号进行了采集,研究了电弧作用方式(焊枪倾角与电弧作用位置)对焊缝成形和接头力学性能的影响.结果表明,电弧作用方式的不同对电弧形态、焊缝成形和接头力学性能有显著影响,焊枪前倾角为20°,侧倾角为0°时,焊缝成形对电弧位置的变化敏感;焊枪前倾角为20°,侧倾角为20°时,焊缝成形对电弧位置变化不敏感.前者电弧作用方式下,焊丝末端距铝钢搭接处距离为L.L=-1,0,1 mm时,接头具有较高抗剪强度;后者电弧作用方式下,L=0,1 mm时,接头具有较高抗剪强度.电弧作用位置是影响接头抗剪强度的关键因素,它也会影响金属间化合物层的厚度.对双脉冲MIG焊焊接过程中电弧作用方式对焊缝成形影响的研究有助于对铝钢异种金属焊接过程中的热量分配进行有效控制.

ER5356铝合金双脉冲电弧增材制造成型工艺及组织研究

采用双脉冲MIG电弧增材制造工艺制备了ER5356铝合金直壁和斜壁试件。通过多组单道单层试验,探索了双脉冲铝合金电弧增材的最佳工艺。结果表明,采用130 A电流,20 V电弧电压,7 mm/s焊接速度,4 Hz低频频率进行ER5356铝合金直壁件增材制造,成型质量良好,其晶粒在高度方向呈现等轴晶与柱状晶交替分布,硬度也呈周期性变化;当以15°的焊枪角度,1 mm的横向偏移量进行斜壁件增材制造时,可以获得倾斜角度为45°的斜壁试件,其晶粒在高度及厚度方向的分布都不均匀。通过EDS能谱分析发现成型试样晶粒内Mg、Si元素有明显偏析。

YAG激光+脉冲双电弧复合焊接等离子体物理特性研究

探究焊接热源等离子体物理特征有助于其工艺优化。在YAG激光+脉冲双GMAW复合焊接过程中,激光束与两个电弧共同作用于同一熔池中,3个热源之间的相互作用导致复合等离子体状态存在很大的随机性,难以精确测量复合后的等离子体的物理状态。基于光谱分析方法,结合高速摄像技术,对激光复合前后等离子体光谱辐射强度、电子温度、电子密度等物理特征进行研究。结果表明:与脉冲双GMAW焊接相比,YAG激光+脉冲双GMAW复合焊接的光谱辐射强度明显增强,但是没有新的谱线生成;两个电弧的弧根部位受激光的“吸引牵制”作用靠近激光作用点,金属粒子受到强烈的热作用而大量电离并聚集在工件表面和激光束附近,该局部区域的电子温度、电子密度升高,为电弧提供了一个额外的电离通道,电弧因此更为稳定。

送丝方式对步进填丝双脉冲TIG电弧增材成形精度的影响

针对电弧增材制造热质传输强耦合、成形尺寸精度低等共性关键问题,提出一种步进填丝双脉冲钨极氩弧(tungsten inert gas,TIG)电弧增材制造方法.基于此方法建立增材成形试验系统,开展系列变化参数的直壁墙增材工艺试验.利用同步采集的熔滴、熔池动态变化图像数据重点研究分析了送丝方式对焊丝熔化、熔滴过渡、熔池行为和成形尺寸精度的影响规律.结果表明,前、后送丝方式下熔滴均以液桥过渡方式熔入到熔池;相比前送丝增材过程,后送丝方式下焊丝熔化效率和熔滴过渡频率明显增加,熔滴尺寸变小,熔池表面高度和宽度尺寸波动均减小;高频脉冲电弧使熔池体积略微增加,热稳定性明显增强,直壁墙沉积件成形精度明显提高.

基于Matlab/Simulink的全数字控制双脉冲焊建模和仿真研究

应用Matlab/Simulink工具对数字控制逆变焊机进行了整体仿真研究,建立了同时带有功率逆变器、数字控制系统和动态电弧负载的系统仿真模型。从整体上对数字控制逆变焊机系统进行了仿真研究,提出用受控源的方法实现了动态电弧负载模型与系统的连接。仿真结果和实验波形吻合,证明了所建的系统仿真模型的正确性,该仿真研究可以应用于弧焊数字控制器的实现和系统的动态分析。双脉冲焊焊铝具有鱼鳞状焊缝表面美观、有效抑制气孔发生和降低裂纹敏感性等优点。基于所建系统仿真模型,在此对全数字控制的双脉冲焊进行了仿真研究。

双丝间距对激光-双电弧复合焊接过程稳定性的影响

采用多信息融合技术对激光-双电弧脉冲复合焊在不同双丝间距下的电流信号、电压信号、高速摄像信号进行同步采集,研究双丝间距对焊接过程的电弧行为、熔滴过渡过程及焊缝表面成形的影响,并依据混沌理论和算法,从非线性角度对激光-双丝脉冲MIG焊接过程的电流信号进行了最大Lyapunov指数(LE)计算.结果表明,激光-双丝脉冲MIG焊接过程是一个混沌过程,由于激光光致等离子体和电弧等离子体的相互作用改变电弧的形态和熔滴受力状态,进而影响焊缝成形,在一定的焊接工艺参数下存在最佳双丝间距,在最佳双丝间距下,电弧稳定,焊缝成形良好,且此时最大LE值及其标准方差最小.

直流叠加高压脉冲的真空灭弧室老炼技术

提高真空灭弧室的老炼均匀度,并有效调控老炼电弧作用区域的能量注入方式和程度,是真空灭弧室老炼技术所要解决的两个核心问题。然而,在单一电源模式下,真空灭弧室触头间隙的击穿条件和放电能量相互制约,其老炼的时间和空间约束条件难以独立调节,所以难以同时满足对老炼均匀度和作用区域能量调控两方面的要求。为此提出了一种直流叠加高压脉冲的真空灭弧室双电源老炼技术方案,通过小能量的高压脉冲实现对触头间隙绝缘弱点的击穿和精确定位,引入大电流对该弱点区域进行老炼处理。与传统老炼方式的实验结果对比表明:该老炼方法可显著提升灭弧室雷电冲击耐压水平,提升幅度在40%左右,为真空灭弧室老炼技术的进一步发展提供了新的思路。

基于U-I图的铝/钢双脉冲MIG熔-钎焊稳定性评价及其MATLAB实现

针对铝/钢双脉冲MIG熔-钎焊过程稳定性差的问题,提出一种基于U-I动态工作点轨迹集中性的焊接过程稳定性评价方法.该方法通过MATLAB定量计算U-I图面积来表示U-I动态工作点轨迹集中性,U-I图面积越小,表明U-I动态工作点轨迹越集中,焊接过程越稳定;反之,U-I图面积越大,U-I动态工作点轨迹越分散,焊接过程越不稳定.结果表明,利用该方法得到的不同电弧作用位置下焊接过程稳定性与其对应的焊接电压方差、电压概率密度分布和电弧形态稳定性分析结果具有一致性,故该方法是可靠的,且为铝/钢双脉冲MIG熔-钎焊稳定性评定提供了定量指导.

不同脉冲模式下熔滴过渡对铝合金增材微观组织及力学性能的影响

采用单、双脉冲MIG电弧增材制造工艺制备了铝合金成型件,建立高速摄像以及电信号同步采集系统对增材过程进行实时监测,结合堆垛过程中实时电压、电流信号,对比分析了单、双脉冲MIG工艺的熔滴过渡行为及其对增材件微观组织和力学性能的影响。结果表明,单脉冲与双脉冲熔滴过渡均为一脉一滴,相比于单脉冲大滴模式,双脉冲MIG工艺熔滴过渡频率更高,熔滴尺寸更小,获得的铝合金成型件的精度更高。单脉冲与双脉冲模式下所获得的微观组织存在明显差异,双脉冲MIG工艺中,两层熔合处可获得细化的晶粒,有效地改善了堆垛层的微观组织。对比两种电弧波形的增材件的力学性能,双脉冲MIG增材件的最大抗拉强度可以达到245.57 MPa。

脉冲TCGMAW电流频率对熔滴过渡与焊缝成形的影响

基于所建立的高速摄像与电信号检测系统,对高速脉冲双电弧共熔池MAG焊在不同脉冲电流频率下的熔滴过渡过程进行了观察,并就频率变化对熔滴过渡方式以及焊缝成形质量的影响进行了研究.结果表明:在实验所采用的焊接规范下,脉冲电流频率较高(140Hz)时,前丝熔滴过渡方式为射滴过渡,而后丝熔滴过渡方式为射流过渡;脉冲电流频率较低(低于50Hz)时,前丝、后丝熔滴过渡方式均为射滴过渡;而当脉冲电流频率在50～140Hz间变化时,前丝、后丝熔滴过渡方式均为射流过渡;脉冲电流频率在50～100 Hz间变化时,焊缝成形质量较好.

电弧离子镀阴极靶材起弧控制电路的设计及仿真

为了清除电弧离子镀接触式引弧容易造成引弧针与靶材粘连的问题,文中采用新式的引弧针非接触式高压脉冲引弧方式优化了阴极靶材的起弧结构.论述了控制电路的实现方案,进行了绝缘栅双极型晶体管的驱动电路、多谐振荡器、电压比较电路的设计,对控制电路环节的性能进行了仿真测试,制作了电路PCB板并对其进行了检测.仿真与实验结果表明:在初次引弧和靶材熄弧时能够生成高压脉冲,而在引弧稳定后可以关闭脉冲信号,符合设计需要,镀膜工作时能够保持靶源电弧的持续稳定,稳定性较高,达到预期效果.

长输油气管道X100管线钢Tandem双丝焊接技术

高效焊接技术一直是管道施工追求的目标,在经历了单/双焊炬气保护实心焊丝自动焊、海洋多焊炬气保护实心焊丝自动焊、自保护(或气保护)药芯焊丝自动焊等重大的自动焊接技术革新应用后,具有前景的"一站式"锻焊和激光-电弧复合焊接技术目前还停留在实验室研究阶段,目前已发展成熟、可大力推广应用的当属Tandem双丝焊接技术。介绍了Tandem双丝焊接技术的原理和设备开发情况,针对X100管线钢进行了焊接工艺试验,通过焊缝金属组织和全焊缝金属拉伸、矩形拉伸、硬度、夏比冲击等试验测试表明,该技术满足X100管线钢焊接技术指标要求,并进一步介绍了现场试验应用情况。

MAG-TIG双电弧共熔池热源打底焊接自由成形研究

打底焊接是中厚板多层多道焊接中的关键环节,对接头性能有着至关重要的影响。基于船舶制造、海洋工程、重型机械等行业中厚板结构件打底焊接时存在的自动化程度低,生产效率低等问题,本试验采用熔化极活性气体保护焊-钨极氩弧焊(Metal active gas-tungsten inert gas,MAG-TIG)双电弧共熔池热源焊接技术对厚度为20 mm的Q235-B板材进行打底焊接自由成形工艺研究及机制分析,采用高速摄像系统对TIG电弧作用前后电弧等离子体行为和熔池流动形态进行观察。试验结果表明:MAG-TIG双电弧共熔池热源打底焊接时,TIG电弧对MAG电弧有电磁排斥作用的同时还对熔池流动及热量传递有调控作用;结合焊接电弧等离子体行为与熔池流动形态分析发现,打底成形稳定性最佳时,TIG电弧加速焊接熔池中液态金属向后上方流动,促进热量向后传递,使得熔池前端底部及板材钝边处液态金属减少,受力易于平衡及稳定,可获得熔透均匀、连续、稳定的打底背面成形。

变极性TIG焊电源稳弧特性的研究

介绍了微机控制的变极性TIG焊电源的稳弧特点,该电源采用双逆变结构,电路简单,通过在前极恒流源和二次逆变桥之间串联一个小电感L的方法,获得了良好的稳弧效果,即使在小电流范围内施焊,焊接性能仍然优良.试验结果表明这种稳弧方法是切实可行的,完全可以满足铝、镁及其合金焊接的需要.