P-GMAW起弧过程特征分析及稳定性判别方法

脉冲熔化极气体保护焊(pulsed gas metal arc welding,P-GMAW)起弧过程易产生不稳定现象,会严重影响电弧传感焊缝跟踪精度.针对这一问题,对摆动电弧窄间隙P-GMAW不稳定起弧过程的成因进行了研究,发现送丝速度对起弧过程稳定性具有重要影响.通过对电弧图像与电信号特征进行对比分析,提取了表征电弧稳定性的电信号特征变量;为减小变量冗余性和过拟合,采用最大似然估计法筛选并提取了8个变量,并通过主成分分析法(principal component analysis,PCA)对变量进行融合,提取了方差贡献率最高的前两个主成分;根据因子载荷发现,相比熔滴过渡阶段和基值阶段,脉冲峰值阶段是电弧更易发生不稳定现象的阶段.结合提取的主成分变量与二分类Logistic回归模型建立了起弧过程电弧稳定性判别模型.通过受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线得到了模型的最佳阈值.结果表明,该模型对脉冲稳定性判别准确率达到了80%以上,表明模型具有良好的判别性能.该模型对提高窄间隙高低跟踪精度、保证焊接质量具有一定应用价值.

新能源汽车动力电池铝壳体弧焊起弧失效原因分析

由于铝型材在空气中易氧化,且氧化层熔点非常高,铝型材的焊接性缺陷导致厚板铝型材弧焊工艺会遇到很多的棘手问题,例如气泡、飞溅以及起弧失效等。文章介绍了在新能源汽车领域铝电池壳体弧焊工艺中遇到的起弧问题,全面分析总结了铝型材弧焊起弧失效的因素,如接地、送丝系统、焊接参数等以及问题解决过程。文章提出的针对性优化措施对解决铝弧焊工艺中的铝型材弧焊问题解决有较好的指导意义。

能量输出模式对镁合金微弧氧化起弧能耗的影响

对微弧氧化起弧前不同能量输出模式下的AZ31镁合金试样进行了电性能测试、能谱和扫描电镜分析,测定了不同能量输出模式下微弧氧化起弧的能耗及最小能耗模式下起弧临界条件。结果表明:固定脉数时,起弧时间随脉宽的增大而缩短,起弧能量在脉宽为30μs时最小;固定脉宽时,起弧时间随脉数的增加而缩短,起弧能量在脉数为1 650时最小。当脉宽为30μs,脉数为1 650,峰值电流密度为50A/dm2时,起弧能耗最小,为2.4kJ。

基于抑制起弧原理的中压无弧直流断路器

直流断路器是多端直流输电和直流配电网的关键设备。机械式和混合式直流断路器面临的困难是开断过程中触头间存在燃弧问题。文中讨论了产生电弧的电场强度和电压条件,并通过大量实验统计分析,总结出了抑制起弧所需满足的电场强度和电压条件。设计了抑制起弧的辅助缓冲电路,用以限制开断过程中触头间电压的上升,使其低于由机械开关速度决定的触头间介质绝缘电压,从而实现了直流断路器的无弧开断。通过仿真和低压模拟实验验证了抑制起弧原理和缓冲电路设计的正确性和有效性,并分析了中压无弧直流断路器的可行性。

影响铝合金微弧氧化起弧电压的因素

针对目前微弧氧化技术中存在的电能消耗高的问题,对影响铝合金微弧氧化起弧电压的因素进行了研究,分析溶液成分和含量、工艺条件等因素对起弧电压的影响。试验结果表明,低能耗微弧氧化工艺中,温度最佳控制范围在30～60℃,溶液中的NaOH和Na2SiO3最佳浓度应分别控制在2g/L和5～8g/L,脉宽应控制在40～80μs。

硅酸钠浓度对铝合金微弧氧化起弧过程能量消耗的影响

利用脉冲微弧氧化电源研究1015铝合金于不同浓度硅酸钠水溶液中的起弧过程,借助扫描电子显微镜和电化学测试方法分析硅酸钠浓度对起弧瞬间膜层微观结构和表面阻值的影响,并根据电压变化曲线计算起弧过程的能量消耗。结果表明:当溶液中硅酸钠浓度为0时,即使极间电压升至1 500 V,铝合金表面仍无微弧放电现象出现,并发生电解腐蚀;随着硅酸钠浓度由0.25 g/L增加至10 g/L时,铝合金表面发生微弧放电现象所需的电压由1 217 V降低至351 V,通电至起弧的等待时间由270 s缩短至40 s,起弧瞬间膜层表面放电微孔数量增多;铝合金表面形成阻值达105数量级的高阻抗膜是发生微弧放电现象的前提,硅酸钠浓度的增大有利于形成高阻抗膜;铝合金微弧氧化起弧过程的能量消耗随着电解液中硅酸钠浓度的增大而减小,并在硅酸钠浓度为10 g/L时达到最小值,仅为16 kJ/dm2。

铝合金微弧氧化起弧临界条件及膜层生长特点

为了给研究微弧氧化起弧的能量临界条件奠定基础,以达到制备高产能、低能耗微弧氧化装备的目的,对微弧氧化起弧前后不同氧化时间的铝合金6061试样进行了电性能测试、能谱成分分析和扫描电镜表面形貌分析,测定了微弧氧化起弧的表面临界条件,揭示了起弧前试样表面变化过程和起弧后陶瓷层的生长特点。实验结果表明:铝合金起弧的表面临界条件是试样的整个表面覆盖一层电阻为0 4Ω的AlxOy膜;起弧前,非晶态AlxOy氧化物以点面方式生长;起弧后,起弧面呈树枝状生长,膜层电阻快速增大。

磁收缩效应型液态金属限流器起弧特性研究

基于磁收缩效应的液态金属限流器具有体积小、结构简单、自检测故障和自恢复的优点,在未来中低压系统中具有良好的应用前景。采用高速摄影技术对液态金属收缩动态过程进行观测,并对其弧前时间进行测量,通过所建立的仿真模型对该物理过程进行分析研究。采用以上方法对不同因素下的液态金属起弧特性进行了全面研究,包括初始自由液面高度、隔板通孔孔壁粗糙程度及预期电流上升率等关键因素。研究结果表明:液态金属磁收缩过程往往同时包括源于液面凹陷的收缩及通孔液柱直接收缩两个过程。通过研究获得了两个过程的规律及影响,为未来限流器结构设计与性能优化提供依据。

弓网电弧起弧和熄弧距离及电弧烧蚀磨损的试验研究

利用自行研制的弓网电弧试验系统,研究弓网电弧起弧和熄弧距离。提出一种弓网电弧起弧和熄弧距离在线测量方法,通过试验研究电压、电流对弓网电弧起弧和熄弧距离的影响以及滑板电弧烧蚀磨耗的影响。试验结果显示,弓网离线起弧和熄弧距离随着电压的增大近似呈线性地增大;滑板电弧烧蚀磨损量随着电压和电流的增大而显著增大;电弧烧蚀磨损量与电弧能量密切相关,随着电弧能量增大,滑板磨损量也随之增大。

真空触发开关的起弧稳定性分析

真空触发开关(triggered vacuum switch,TVS)是大功率脉冲技术领域的重要开关器件之一,它具有结构紧凑、介质恢复迅速、操作无噪声、工作可靠性高、环境适应性强等优点,在中压领域具有广泛的应用前景。TVS的开通过程本质上是电弧燃烧过程。针对TVS的起弧稳定性,搭建了一套场击穿型TVS的触发和实验系统,从电气特性和图像特性两个方面记录其起弧过程。实验和理论分析表明,触发系统的稳定延时大约40μs,起弧过程持续297μs左右;初始等离子体的不同发展决定着TVS的开通。只有充足的初始等离子体,才能产生一定的鞘层电压,从而不断产生新的阴极斑点,保障起弧的稳定性。

电弧风洞真空氩气起弧技术研究

为解决传统金属丝熔融法起动电弧风洞准备时间长、可靠性差、熔渣影响设备安全和参数测试等问题,研究分析了电弧风洞采用真空氩气起弧技术起动的可行性。通过试验对比分析了起弧间距、进气方式以及控制时序等参数对电弧风洞起动特性的影响,利用一级触发、逐级拉弧的方式实现数米长电弧加热器的安全起动。结果表明,真空氩气起弧技术可以稳定、可靠、快速起动电弧风洞;起弧间距为25mm时,起动时间短,平均电流低,设备烧损小,起动最可靠;采用阴极尾部通氩气的进气方式,起动稳定、操作方便、维护简单;该起弧技术具有最佳的控制时序,确保了起动稳定可靠。

载流摩擦参数对铜基复合材料起弧率及载流摩擦学性能的影响

采用压制烧结方法制备了石墨质量分数为10%的铜基复合材料,并将其与QCr0.5铜合金组成摩擦副,在自制的销盘摩擦磨损试验机上进行了载流摩擦磨损试验,研究了摩擦速度和电流密度对复合材料起弧率、载流效率以及摩擦学性能的影响,并对复合材料的磨损形貌进了观察。结果表明:随着电流密度的增大,复合材料的起弧率和磨损率逐渐增大,摩擦因数和载流效率逐渐降低;随着摩擦速度的增大,复合材料的起弧率、摩擦因数和磨损率均逐渐增大,而载流效率则逐渐减小;随着电流密度和摩擦速度的增大,复合材料在摩擦过程中的烧蚀变得越发严重,表面变得更加粗糙。

等离子—MIG焊接起弧过程

采用Paschen定律对电弧空间内不同起弧路径上的击穿电压进行了计算,分析等离子—MIG双电弧焊接时的起弧过程,研究了击穿长度和温度对起弧过程的共同作用;成功地解释了等离子电弧借助MIG电弧提供的导电通道引燃的过程。结果表明,在分析电弧空间各不同路径上最小击穿电压时,除了要考虑击穿间隙的大小外,还必须考虑到温度的分布和保护气氛的种类。Paschen定律可以对这几个因素的共同影响进行分析,从而有效地预测了后引燃电弧的起弧路径,这种方法也可以推广到其它双电弧焊接方法。通过高速摄像拍摄,对实际的起弧过程进行了分析,验证了计算的结果。

载流摩擦参数对C/C复合材料/QCr0.5摩擦副起弧率的影响

以C/C复合材料/QCr0.5为摩擦副,在HST-100销盘式高速载流摩擦磨损试验机上进行载流摩擦磨损试验,采用单因素试验法,研究了电流、速度、载荷对C/C复合材料/QCr0.5摩擦副起弧率的影响,借助扫描电子显微镜和能谱仪观察摩擦表面形貌和元素分布。试验结果表明:随着电流和速度的增加,C/C复合材料/QCr0.5摩擦副的起弧率增加;载荷为70 N时起弧率最小;磨损形貌观察发现:起弧率较高情况下,磨损表面有大量的电弧侵蚀坑和转移铜。

机器人焊接系统中起弧收弧问题的研究

在大量实验的基础上提出了一种适合机器人ＣＯ２焊接场合的起弧和收弧控制方法．

在真空等离子沉积中起弧和电弧稳定性问题研究

在真空系统中,电弧的触发和稳定性受到很多因素的影响,如:阴极的材料、电极的结构、阴阳两电极之间的间隙、电极的表面状态、触发方式等。本文对于低真空状态下的电弧触发和稳定性问题作了探讨并提出了适合于本装置的较合理的参数。

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.

诊断中性束装置离子源起弧实验的多元非线性回归分析

通过调节影响诊断中性束离子源弧流的进气量、灯丝电流和弧压三个参量,进行了三组离子源起弧实验。建立了多元非线性回归模型,得到了三个参量对弧流的回归方程。回归分析表明,弧流对进气量和灯丝电流相当敏感,且有趋于饱和的特征,这与实验结果相吻合。在进气针阀开度492、灯丝总电流469A、弧压190V时重复起弧,均得到弧流170A以上、脉宽150ms的稳态放电,满足了诊断中性束流对弧流的要求。

铝合金脉冲MIG焊起弧与收弧优化控制

针对铝合金焊接存在的起弧和收弧困难的问题,分析了起弧和收弧的特点,分别提出了"热脉冲起弧"和"数字化收弧"的控制方案。采用实验空自行研制的多功能数字化焊机和焊接电弧动态小波分析仪,进行了起弧和收弧对比试验,试验结果表明:"热脉冲起弧"焊缝熔深好,起弧成功率高,起弧过程电弧相对稳定,并不扰乱焊接气氛,焊缝气体保护状况较好;"数字化收弧"焊缝填充饱满,焊丝削球更为理想。验证了"热脉冲起弧"和"数字化收弧"设计效果较普通起弧收弧效果优越的特点。

层间冷却时间及起弧方式对堆焊成型质量的影响

针对金属熔焊环形堆焊件,利用数值模拟与试验相结合的方式研究了焊道间冷却时间对环形堆焊件成型质量的影响,并通过试验研究了不同起弧方式对堆焊成形质量的影响。结果表明,随着堆焊层数的增多,热量逐层积累,逐层增加焊道间的冷却时间,焊件成型质量较好;采用旋转起弧点的焊接方式可以大大减少堆焊件在弧根和弧稍处的焊接缺陷。