960高强钢脉冲TIG电弧增材制造热过程及组织与力学性能研究

采用直流和脉冲直流钨极惰性气体保护焊(Tungsten Inert Gas Welding,TIG焊)电弧沉积工艺来制造960高强钢薄壁构件。通过对比分析两种沉积方法,系统研究了不同工艺因素对沉积热过程中熔滴过渡和熔池稳定性的影响,探讨了沉积与结合层微观组织和力学性能的演化规律,为脉冲TIG(Pulsed-TIG)技术的工程应用提供有益参考。结果表明,直流TIG-WAAM(Wire arc additive manufacturing)和脉冲直流TIG-WAAM(Pulsed-TIG-WAAM)工艺下,构件整体成形过程相对稳定,脉冲直流沉积构件的焊道高宽比相对较低,加入脉冲后沉积层变得更为扁平,有利于沉积过程中熔池保持稳定,提高成形精度。沉积层自下而上的微观组织分布较不均匀,底层为细小奥氏体晶粒,中层为粗大等轴晶,顶层为奥氏体组织。脉冲的引入有效改善了组织均匀性,回火马氏体组织的形成提高了材料的塑性和韧性。直流TIG-WAAM和脉冲直流TIG-WAAM熔滴过渡模式分别为大滴过渡和细滴过渡,过渡频率分别为5.24 Hz和9.17 Hz。脉冲条件下的细滴过渡模式更有利于保证整个沉积过程的热稳定性、构件成形精度和工艺稳定性。

304不锈钢快频脉冲TIG焊的熔透识别与闭环控制

焊缝熔透的识别与控制对提高快频脉冲TIG焊(Fast-frequency Pulsed Tungsten Inert Gas welding,FFP-TIG welding)的焊接质量和自动化水平具有重要意义。熔池图像可以作为卷积神经网络(Convolution Neural Network,CNN)的输入来识别熔透状态,但模型往往较为复杂,难以部署于工业边缘设备中,同时缺乏基于识别结果的熔透状态控制方法。针对该问题,搭建视觉传感系统来构建304不锈钢FFP-TIG焊熔池图像数据集,包括未熔透、适度熔透和过度熔透三种标签;开发基于知识蒸馏(Knowledge Distillation,KD)的熔透识别模型,利用MobileNetV2作为教师模型,用于训练自定义的学生模型ResNet-KD;基于ResNet-KD的softmax层输出向量设计模糊控制器,实时调整快频基值电流,实现熔透状态的闭环控制。结果表明,ResNet-KD在验证集上的准确率达到了97.60%,在预设电流、变散热及热量积累的工况下,模糊控制器均有良好的性能。

小口径钢管全位置脉冲TIG多层焊的组织分析

采用全位置脉冲TIG焊技术对小口径钢管环缝进行焊接,焊接采用TIG焊打底+TIG填丝的多层焊工艺,分析了打底焊及每层填丝焊接完成后的打底层焊缝组织。结果表明,采用多层焊工艺可以很好地避免焊缝及热影响区的扩大,并且后焊层对前焊层的再加热作用,可细化晶粒,改善组织。

基于视觉图像传感的精密脉冲TIG焊焊缝跟踪

针对某复杂曲面薄壁不锈钢工件精密脉冲TIG焊中的焊缝跟踪问题 ,本文研究了一种基于视觉传感的高精度、高实时性焊缝跟踪技术。根据脉冲TIG焊的工艺特点 ,该技术通过选择特定波长的滤光片及合理的曝光时刻 ,采用工业CCD摄像机获取可直接分辨出焊缝、熔池和钨极的清晰、放大的焊接区图像。采用VC语言设计的图像处理算法 ,可以快速准确地识别出焊缝中心线 ,提取钨极偏离焊缝中心线的方向和距离 ,驱动步进电机调节焊炬位置 ,实现高精度、高实时性的焊缝跟踪。试验结果表明 ,该技术的单幅图像处理周期小于 12 0ms,能实现焊炬运动方向与焊缝偏差角小于 3 0°的焊缝跟踪 ,满足了复杂曲面的薄壁不锈钢工件的精密焊接要求。

热丝脉冲TIG工艺参数对焊缝成型质量影响研究

基于中心复合实验设计方法,用热丝脉冲TIG(HPTIG)在AISI 4130平板上堆焊Inconel 625合金,并结合响应面法建立工艺参数与焊缝高度、宽度和稀释率的多元回归模型。模型的显著性、失拟性和验证试验表明,所建立的模型能够准确预测焊缝成型质量。同时,详细分析工艺参数对焊缝成型质量的影响规律。单因素主效应分析结果表明:对焊缝高度影响最大的主效应是焊接速度;对焊缝宽度和稀释率影响最大的主效应是占空比。峰值电流、基值电流和占空比3个因素的交互效应分析结果表明,对焊缝高度和稀释率影响最大的交互效应是峰值电流和占空比。

基于标准温度法的脉冲TIG焊电弧温度场计算与分析

脉冲TIG焊由于其优越的特性而广泛应用于工业中,准确测量电弧温度对分析焊接过程有重要意义。论文基于光谱学理论计算了氩元素的粒子数密度与温度之间的关系曲线,计算了794.8nm氩原子谱线的发射系数与温度之间的关系曲线,利用高速摄影获得了794.8nm特征谱的电弧图像,根据Abel变换和标准温度法计算了脉冲TIG焊峰值时刻和基值时刻的电弧温度场分布。

06Cr19Ni10不锈钢自动脉冲TIG焊接头组织与性能研究

采用自动脉冲TIG焊对06Cr19Ni10管状试件进行了焊接,通过拉伸试验、弯曲试验和显微组织分析对焊接接头的组织与性能进行了研究。结果表明:接头具有良好的拉伸性能和弯曲性能,平均抗拉强度为612 MPa,远高于母材580 MPa,平均伸长率为46.85%,达到母材伸长率的93.7%;焊缝上部微观组织主要以网状δ铁素体为主,焊缝中部以树枝状δ铁素体为主,焊缝下部和熔合区以蠕虫状和树枝状δ铁素体为主。热影响区的晶粒未见明显长大,组织未明显变化。

高压环境下全位置脉冲TIG焊弧长跟踪系统研究

在电弧电压与弧长对应关系基础上,对脉冲TIG焊中电弧电压进行了分析;通过实时采样峰值电流期间的电弧电压,并通过加装硬件进行进一步处理,提取表征弧长的稳态部分,设计出一种脉冲TIG焊弧长跟踪系统。该系统已成功应用于管道全位置打底焊。试验证明,工作性能稳定,跟踪精度较高,焊缝成形好。

精密脉冲TIG焊接中的弧长跟踪技术

在研究小电流脉冲TIG焊接弧压与弧长对应关系的基础上 ,提出了一种新的基于硬件电路的弧长传感与控制技术 ,并建立了相应的弧长跟踪系统。工艺试验表明 ,采用该技术可实现较宽电流范围内的脉冲TIG焊及直流TIG焊的弧长跟踪控制 ,在平均焊接电流 2 0A ,弧长给定为 1mm时的弧长跟踪静态误差为± 0 .1mm。整个系统控制精度高 ,动态响应快 ,运行可靠。该技术较好地解决了常规的弧长跟踪方法所无法解决的复杂曲面薄壁不锈钢试件焊接过程中的弧长跟踪问题 。

基于结构激光反射的脉冲TIG焊熔池三维表面演化观测

针对移动的脉冲TIG焊动态熔池表面复杂行为,提出基于结构激光反射视觉传感的方法对脉冲TIG焊动态熔池表面演化过程进行观测研究.通过所搭建的视觉系统采集网格激光在熔池表面反射的图像信息,在此基础上,对不同基值电流、峰值电流、占空比条件下的脉冲TIG焊的图像特征进行分析.研究发现:在峰值电流阶段,熔池的三维表面是向下凹的.在基值电流阶段,TIG焊熔池三维表面是向上凸的,并可明显观测到激光网格的形态随时间也在变化,表明在基值电流阶段,熔池三维表面仍在波动.

Ti-6Al-4V钛合金超音频脉冲TIG焊

进行了Ti-6Al-4V钛合金超音频脉冲氩弧焊(U-TIG)与传统TIG焊,利用X射线探伤检测接头质量,金相显微镜和SEM观察接头组织和断口,利用万能试验机测试接头拉伸性能.结果表明,U-TIG焊能减少焊缝气孔;随着加入脉冲频率的增加,U-TIG焊焊缝组织细化、等轴化,当脉冲频率为45kHz时,晶粒细化效果最好;随着脉冲频率的提高,接头抗拉强度、屈服强度和断后伸长率均有所提高;常规TIG与U-TIG焊接头断口均为准解理断裂机制,但U-TIG断口枝晶破坏痕迹已不明显.

机器人自动脉冲TIG焊J形坡口焊缝填充策略

核电压力容器封头由半球形封头和多个圆管相贯构成,连接的焊缝为J形坡口,轨迹是球管相贯的空间曲线,位于封头内部.由于该焊缝的特殊性,目前普遍采用手工焊接,质量与效率不佳.文中针对核电压力容器封头J形坡口的机器人自动焊接技术提出了一种多层多道焊填充策略.通过焊接结构分析,确定了J形坡口的焊接工艺分区,提出了设定焊接层数、道数的焊接轨迹规划方法,进而提出了焊接工艺参数的设定规则并据此对焊缝形状进行控制.结果表明,应用文中提出的焊缝填充策略及焊缝形状控制方法可获得良好的焊缝成形.

脉冲TIG焊熔宽动态过程的自学习模糊神经网络控制

对脉冲ＴＩＧ焊工艺中熄接电流一正面熔宽动态过程提出了一种自学习模糊神经网络控制方法，模糊控制器采用误差、误差变化及误差加速度的加权和的解析描述形式，利用人工神经网络直接对过程的建模，实现对模糊加权因子的自学习优化调整。将上述方法用于控制仿真和实际脉冲ＴＩＧ焊过程控制试验，结果表明提出的自学习模糊神经网络控制方案有效。

基于视觉传感的脉冲TIG焊熔池一次图像获取的研究

依据弧光光谱理论 ,采用辅助光源及复合滤光技术 ,有效地解决了焊接区熔池成像的干扰和清晰度差等问题。研究了滤光片与辅助光源对成像质量的影响和作用 ,试验结果表明 ,同普通图像采集方法相比 ,该系统获得图像的清晰度得到明显的提高 。

中厚板低频脉冲TIG打底焊的电弧形态及熔池行为

针对中厚钢板传统背衬板手工打底焊接工艺存在的效率低、工序复杂、过程稳定性差等问题,采用低频率、大占空比的脉冲TIG方法来实现无衬板5mm大钝边16MnR钢的单面焊双面成形.利用高速摄像详细观察了焊接电弧穿过熔孔的被压缩过程,统计分析了一定焊接速度下电弧尾焰偏转角度和长度与焊缝熔透的相关性.实验结果表明:在一定焊接规范下,电弧熔化钝边形成孔状熔池,穿过熔孔的电弧尾焰偏转角度和长度均与焊接速度呈负相关,且与焊缝熔透程度约呈现正相关,通过观测电弧尾焰尺寸,可对打底焊时焊缝的熔透程度做出预判;电弧周期性变化的热力耦合作用增强了熔池液态金属的搅拌及对流作用,在表面张力、重力、电弧力以及气体吹力的共同作用下,熔孔侧壁上的液态金属向熔池边缘及底部流动,增强了熔池中的热传导,能有效增加焊缝熔深.

一种基于Buck软换流型DC-DC电路脉冲TIG焊机

针对传统逆变式脉冲TIG焊机在冷修补焊接时修复精度低、热输入量大、零部件的热变形量大等缺点,设计了一种基于Buck软换流型DC-DC主电路的脉冲TIG焊机,控制电路可以实现焊接脉冲电流、脉冲频率、脉冲时间的调节,并输出连续脉冲群。实验结果表明,软换相电路有效降低了开关损耗和电压电流尖峰;控制特性较好,脉冲电流上升和下降时间小,输出电流平稳。该焊机实现了脉冲电流、脉冲时间、脉冲频率控制精确,适合于低热输入量时的冷修补焊接场合。

脉冲TIG焊接熔池几何参数的视觉检测

介绍了作者自行研制的脉冲 TIG(Tungsten Inert Gas)焊接熔池几何参数计算机视觉检测系统 .该系统从硬件上将特殊采样时序与复合滤光措施相结合 ,减小电弧光的干扰 ,从软件上针对熔池区图像的特点 ,利用快速有效的处理算法 ,能够从正面实时检测出熔池重要几何参数 ,如熔池的最大宽度、半长、后部面积、后拖角等 ,为下一步焊接过程实时控制打下了良好基础 .

堆焊层数对热丝脉冲TIG堆焊Inconel 625的腐蚀性能研究

为了研究热丝脉冲TIG(惰性气体钨极保护焊)堆焊不同层数Inconel 625后堆焊层的腐蚀性能差异,在20钢基体表面分别堆焊单层和双层Inconel 625,通过电化学试验、晶间腐蚀试验和EDS成分分析,对不同层数堆焊层的腐蚀性能进行了对比分析。结果表明:其bode谱中双层堆焊的相位角为80°,单层堆焊和基材的相位角分别下降5°和20°,双层堆焊的阻抗模量与频率的斜率最大,其次是单层堆焊的,基材的最小;基材的容抗弧最小且存在Warbug扩散,双层堆焊的容抗弧最大,单层和双层堆焊较基材的自腐蚀电位分别提高了374.0 mV和392.0 mV,腐蚀电流密度分别下降约99.3%和99.8%,双层堆焊的点蚀电位较单层的提高了430 mV。晶间腐蚀试验后,堆焊层均未出现明显晶间腐蚀而表现为点蚀,双层堆焊的腐蚀失重约为单层的1/5,腐蚀沿柱状晶间贯穿。堆焊层间融合区以及与基体交界处的合金元素变化显著,层内分布均匀,双层堆焊的Fe元素含量低于单层堆焊的,具有更好的耐腐蚀性能。

交直流脉冲TIG焊在薄壁紫铜管焊接中的应用

研究了交直流脉冲TIG焊在船舶薄壁紫铜管中的焊接应用。通过对交直流脉冲焊接电流的分析,提出了采用直流脉冲TIG焊焊接打底层,交流脉冲TIG焊焊接盖面层的方法。采用该方法,既保证了薄壁紫铜管打底层焊缝的单面焊双面成形,又保证了盖面层焊缝焊接时,不会因为温度过高而使打底层产生焊瘤。焊后对薄壁紫铜管的焊缝进行检验,射线底片显示该方法焊接的焊缝质量等级为Ⅰ级,力学性能和金相检测也均合格,为提高船舶产品中薄壁紫铜管的焊接质量提供了参考。

换热器管板程控全位置脉冲TIG自动焊

1 前言炼油厂热交换器中的管板与管子间的接头,长期承受压差对管子产生的负荷及需经多次反复加热、冷却、高压、腐蚀介质的侵蚀。因此,保证接头的焊接质量是至关重要的。目前在国内。