铝及铝合金脉冲熔化极气体保护焊的工艺特点

铝及铝合金具有良好的耐蚀性、较高的比强度、易加工成形、无磁性、无低温转变、导电及导热性好等众多优点，在航空、航天、汽车、机车、机械制造、船舶及化学工业中大量应用。铝比钢的比热大两倍，导热性能约大3倍，即升高同样的温度需要的热量较多，而热量散失较快。铝工件表面极易氧化生成难熔的Al2O3薄膜，在焊缝中容易产生夹杂物和气孔等缺陷，从而破坏金属的连续性和均匀性，降低力学性能和耐蚀性。

双脉冲熔化极惰性气体保护焊在铝合金中的应用

通过对铝合金双脉冲熔化极惰性气体保护焊(MIG)焊接试验,确定双脉冲MIG焊各项工艺参数,提高了产品焊接质量。

焊丝成分对5454-H32铝合金焊缝组织与性能的影响

以使用脉冲弧熔化极气体保护焊焊接的3.2 mm厚5454-H32铝合金对接接头为研究对象,使用光学显微镜、SEM、EDS和显微硬度计,分析2种接头的显微组织、析出相形态、分布和成分及显微硬度,测试接头的力学性能。分析结果表明,使用ER5356焊丝焊接的接头各项性能均优于使用ER4043焊丝焊接的接头性能。

铝合金CO_2激光电弧复合焊保护气体影响研究

为了研究保护气体对铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护电弧复合焊的焊缝成形和熔深等的影响,采用不同流量的He和Ar混合保护气体在5052铝合金板上进行激光-熔化极电弧复合焊工艺试验的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了焊缝成形、熔深、焊接电压等数据。结果表明,复合焊时采用单He气会造成熔化极惰性气体保护焊的电弧电压增大,电弧稳定性变差,从而影响铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护焊复合焊的熔深,少量的Ar气加入有利于改善焊缝表面质量和稳定电弧,提高焊缝熔深的效果,当V(Ar)∶V(He)=5∶25时,熔深最大,但He气中加入大量的Ar气会降低焊缝熔深,甚至抑制激光深熔焊接;当采用纯Ar气作为保护气体时,虽然焊缝成形美观,但焊缝熔深很小。这一结果对铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护电弧复合焊焊缝成形质量分析具有较好的理论和工艺指导意义。

6061-T6铝合金DP-MIG焊轧复合成形接头组织与力学性能

为解决6061-T6铝合金焊后热影响区软化导致力学性能下降的问题,基于焊接接头余高大变形强化过时效软化区的思想,采用双轧辊系统对6061-T6薄板铝合金直流双脉冲熔化极气体保护焊(DC double pulse metal inert gas welding,DP-MIG焊)接头进行同步双面轧制,并分析了焊轧复合成形接头组织与力学性能.结果表明,焊缝晶粒受到竖直方向的轧制力发生大塑性变形,内部气孔消失,焊缝区域变宽,邻近焊缝的热影响区受到来自焊缝的挤压力发生协同宏观变形,远离焊缝的过时效软化区组织受到来自焊缝处的压应力,从沿垂直焊缝方向产生部分协同形变强化;接头的硬度明显提升,过时效软化区的硬度由60~70 HV提升至80~90 HV,过时效软化区的拉伸性能也有所提升,当焊接速度为800 mm/min时,抗拉强度最佳可达到母材的83.6%,相较于焊接接头提升19.4%,进而实现了对过时效软化区的强化效果.

铝合金脉冲MIG焊过程双变量解耦控制

针对铝合金脉冲熔化极惰性气体保护焊(Metal inert-gas welding,MIG)过程中,焊接参数匹配范围窄、参数间耦合作用强、焊接过程不稳定、焊缝成形差等关键问题,提出双变量解耦的控制方案。利用视觉传感同时反馈熔宽和干伸长信号,一方面调整双脉冲占空因数进行可变双脉冲熔宽控制;另一方面,在熔宽控制的同时,改变送丝速度同步控制干伸长,在控制焊缝成形的同时保证焊接过程的稳定。设计模糊PID控制器,采用基于xPC的实时目标环境,建立铝合金脉冲MIG焊快速原型控制平台,在此基础上,利用图像视觉传感和相应的图像处理算法,采用补偿解耦的方法进行双变量解耦控制试验,获得了良好的解耦控制效果,得到熔宽均匀的焊缝。结果表明,采用双变量解耦的控制方案能够实现铝合金脉冲MIG焊过程的控制,在保证焊接过程稳定的基础上,实现了良好的焊缝成形。

脉冲MIG焊对7N01铝合金焊接接头组织及力学性能的影响

采用金相、硬度、拉伸和微型剪切试验研究了7N01S-T5铝合金单脉冲MIG焊、双脉冲MIG焊和超微弧焊三种焊接工艺条件下焊接接头的组织及力学性能。结果表明,焊接热影响区晶粒长大,且析出强化相出现在晶界处;双脉冲MIG焊焊接接头系数高于单脉冲焊和超微弧焊,超微弧焊接接头韧性优于单脉冲和双脉冲焊接接头。

铝合金脉冲MIG焊动态特性自适应控制

铝合金因其独特的物理性质 ,在引弧短路与熔滴过渡短路、脉冲峰值阶段与脉冲基值阶段对脉冲熔化极惰性气体保护 ( MIG)焊有不同的动特性要求 .据此提出了焊接过程中根据不同的焊接状态输出不同的动特性 ,满足铝合金 MIG焊对动特性要求 .采用短路电流控制器和动态电子电抗器 ,实现了脉冲 MIG焊动态特性的自适应控制 .具有动态特性自适应控制的脉冲 MIG焊机引弧成功率高、电弧挺度好。

7N01铝合金脉冲MIG焊与直流CMT焊多次补焊试验

高速列车用7N01铝合金有较大热裂纹倾向,而补焊时该问题更突出.分别采用脉冲MIG焊和低热输入直流CMT焊对4 mm厚7N01铝合金对接接头进行1次、2次、3次补焊,分析了补焊焊接接头的宏观成形、微观组织和硬度.结果表明,脉冲MIG补焊时下塌量和熔宽均大于直流CMT补焊,脉冲MIG补焊焊道与先焊焊缝微观组织界面明显,先焊焊缝晶粒粗大且晶界发生重熔,熔合区变宽,而直流CMT补焊焊道界面不明显,焊缝微观组织晶粒细小,熔合区无明显变化;脉冲MIG焊3次补焊后软化现象较直流CMT补焊严重.采用直流CMT焊进行7N01铝合金补焊,可有效降低热裂纹倾向并缓解接头性能下降.

铝合金双丝脉冲MIG焊双向熔池同步视觉传感及图像处理

铝合金双丝脉冲焊接时,强烈的双弧光强和铝合金的强反射作用造成熔池视觉传感比较困难。建立一套双丝脉冲焊熔池双向同步视觉传感软硬件系统,通过近红外滤光技术和控制电荷耦合器(Charge-coupled device,CCD)快门曝光时间,获得清晰的尾部和侧面同步铝合金熔池图像。针对铝合金双丝脉冲焊熔池图像存在的高频横纹干扰,提出利用巴特沃斯低通加强滤波的方法进行去除,并通过灰度拉伸、阈值分割和边缘提取等图像处理方法,获得双向熔池轮廓。通过熔池几何形态分析,得到双丝脉冲焊前中部熔池形状为椭圆形,尾部形状为抛物线。在获得抛物线和椭圆曲线方程的基础上定义并计算熔池宽度、全长、面积、周长、尾部系数等熔池几何特征参数。

视觉传感铝合金脉冲MIG焊熔宽控制系统

针对铝合金在焊接过程中热积累作用强、恒参数焊接时容易产生各种缺陷的问题,设计了基于视觉传感的熔宽闭环智能控制系统。分析了各个脉冲参数对熔宽的影响规律。结果表明,理想的铝合金脉冲MIG焊接过程不仅要控制焊接热输入,同时要保持焊接过程的稳定性,单变量控制器很难满足以上要求。为此设计了模糊专家控制系统,模糊控制器控制焊接热输入,专家系统负责脉冲参数匹配从而保证稳定的焊接过程。焊接试验表明,控制效果良好。

铝合金脉冲MIG焊参数对熔池视觉传感效果的影响

利用建立的铝合金脉冲MIG焊熔池CCD视觉传感系统,通过焊接工艺试验研究了脉冲电流模式、熔滴过渡形式、焊丝伸出长度、焊枪位置和焊接电压等焊接参数对熔池视觉传感效果的影响规律。结果表明,熔滴过渡形式对视觉传感效果影响最大,在合适的脉冲电流模式下,通过调整焊接工艺参数使熔滴过渡为小颗粒自由过渡,配合短弧焊接既可得到良好的焊缝质量和成形,又可保证视觉传感效果。

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。

铝合金薄板高斯脉冲MIG焊

提出了GAUSS-MIG焊模型,成功在2 mm和3 mm厚度的铝合金薄板进行了焊接试验.通过分析试验采集的信号,发现焊接电流电压波形规整、分布有规律,重复性好,能量输入集中,弧长稳定,证明了GAUSS-MIG焊的焊接过程平稳.GAUSS-MIG焊焊缝的力学性能比传统的铝合金双脉冲焊有一定的提高,并且焊缝外观鱼鳞纹清晰工整,表面光亮,熔高和熔深合适,焊接过程几乎无飞溅发生,电弧声柔和,焊接质量好.

铝合金AC-P-MIG焊丝熔化速度与焊缝成形

铝合金AC-P-MIG焊丝熔化速度主要受焊接电流、BEN比率的影响,在相同BEN比率下,焊丝熔化速度随焊接电流的增大而增大;在相同电流下,焊丝熔化速度随着EN比率的增大而增大.由于阴阳极等效压降的不同及电弧形态特征的差异,随着BEN比率的增加,焊丝得到更有效、更多能量的加热,故熔化速度加快.在同样送丝速度与焊接速度下,随着BEN比率的增加,焊接电流减小,熔深、熔宽减小,余高显著增大.因此AC-P-MIG可以有效解决薄板焊接易烧穿问题,并且可以提高搭接间隙范围,实现薄板的高速、高质量焊接.

高速车辆用A6N01铝合金的脉冲MIG焊

采用脉冲熔化极惰性气体保护焊(MIG)方法进行了国产A6N01铝合金的焊接,研究了焊接接头的力学性能和微观组织等,结果表明:焊接接头成形良好,焊态抗拉强度为198MPa,断后伸长率为7.0%,断口位于焊缝。焊接接头的显微硬度以焊缝中心最低。焊缝熔敷金属为等轴晶状的铸态组织,靠近母材的熔合区形成了一层较薄的细小等轴状组织,焊接热影响区的部分强化相Mg2Si固溶到基体中。

A6N01铝合金脉冲MIG焊接接头的组织与性能研究

采用脉冲熔化极惰性气体保护焊(P-MIG)方法进行了国产A6N01铝合金的焊接,研究了焊接接头的力学性能和微观组织等,结果表明:焊缝熔敷金属为等轴晶状的铸态组织,靠近母材的熔合区形成了一层较薄的细小等轴状组织,焊接热影响区的部分强化相Mg2Si固溶到基体中。焊接接头的显微硬度以焊缝中心最低。焊接接头成形良好,焊态抗拉强度为198 MPa,断后伸长率为7.0%,断口位于焊缝。

铝合金双丝MIG焊焊接接头组织与耐腐蚀性能

采用扫描电镜、X射线衍射和电化学分析仪等测试方法研究了6082-T6铝合金双丝MIG焊焊接接头的组织及其耐腐蚀性能.结果表明,6082-T6铝合金双丝MIG焊接头组织主要由α-Al,少量的α-Al+Mg2Si共晶和Mg2Si组成,其中Mg2Si主要分布于晶界;对焊缝与母材的动电位极化曲线与盐雾腐蚀后的腐蚀形貌分析表明,6082-T6铝合金双丝MIG焊焊缝的耐腐蚀性低于母材,Mg2Si相的大量析出降低了焊缝的耐腐蚀性.

变极性脉冲MIG焊控制系统

以DSP(数字信号处理器)芯片TMS320F2812作为控制核心,采用IGBT二次逆变技术研制了变极性脉冲M IG焊的控制系统,一次逆变实现内环的恒流控制,二次逆变实现外环的恒压控制。系统由软件PI调节、I/O口和D/A转换器对输出焊接参数进行控制,控制精度高,明显降低了设备的复杂性,具有多焊接参数调节功能,实现了对变极性脉冲焊接电流输出波形的准确控制。

九点控制器对铝合金MIG焊熔宽控制的仿真

针对铝合金MIG焊过程的复杂性,采用近年来发展起来的一种新型智能控制器—九点控制器,设计了动态控制铝合金MIG焊熔池宽度的控制系统,并对其结构和原理进行了分析。为了对比九点控制器的性能,在已建立的脉冲电流占空比与正面熔宽的阶跃响应模型的基础上,分别利用PID、模糊控制器和九点控制器对铝合金MIG焊接过程中熔池宽度控制进行了仿真研究。结果表明,九点控制器在保证控制精度的同时,具有较好的稳定性和鲁棒性,为实现铝合金MIG焊熔宽的控制提供了基础。