缆式焊丝GMAW焊缝截面侧偏行为机理分析

缆式焊丝熔化极气体保护电弧焊(gas metal arc welding,GMAW)中存在的焊缝截面侧偏现象会导致焊接接头熔合不良,基于熔滴受力分析和最小电压理论对焊缝截面侧偏现象的变化规律进行机理分析.结果表明,电流是影响截面侧偏的关键因素,由于缆式焊丝独特的绞合结构引起电弧旋转,进而导致出现熔滴受力不均的现象,熔滴过渡方向与焊丝轴线存在夹角,在熔滴冲击力的作用下导致焊缝截面出现侧偏现象,随着电流的增加,电弧对熔滴的拘束增强,熔滴过渡方向逐渐趋于轴线,因而焊缝截面侧偏的趋势随着电流增加而减小.

Inverter power supply system for high-power twin-wire pulsed GMAW

A type of novel inverter power supply system for high-power twin-wire pulsed gas metal arc welding （GMAW） is presented mainly for dealing with the disadvantages of the conventional power supply for twin-wire pulsed GMA W of which the output power is generally difficult to increase due to limitations of the power of semiconductors and the power density of magnetic devices. In the power supplies for the master and slave arcs, the digital signal processor （DSP） TMS320F28335 is used to form the DSP- based synergic control system for parallel high-power pulsed GMA W, which achieves high-power output of two parallel inverters controlled by a single DSP ; master-slave communication is achieved by using e controller area network （eCAN）module of DSP, thas realizing anti-phase pulse output of high-power twin-wire pulsed GMA W and reducing the interference between twin arcs. The experiment results demonstrate that the designed inverter power supply system for high-power twin-wire pulsed GMAW can bring about high-power efficiency of welding, stable welding process and proper formation of welds.

高效多丝熔化极气体保护焊(GMAW)工艺的研究现状及进展

随着全球制造业竞争的日益激烈,我国提出了“中国制造2025”制造强国战略,其重点发展的十大领域中,与焊接技术密切相关的就高达八个,不仅极大地推动了焊接技术的革新发展,而且对焊接效率和质量均提出了更高的要求。由于熔化极气体保护焊(Gas metal arc welding,GMAW)易于实现自动化焊接,具有生产效率高、焊接质量好及位置适应性好等优点,所以广泛应用于机械制造业中。实现高效GMAW的主要途径有提高焊接速度以及焊接熔敷率。针对以上两种途径,国内外焊接工作者在双丝GMAW的基础上,引入了第三根甚至多根焊丝,研发了各种多丝GMAW工艺。本文针对国内外研发的各类多丝GMAW工艺进行了分析,重点介绍了多丝GMAW工艺的焊接原理、工艺特点及其应用,通过上述分析对各类多丝GMAW工艺进行归纳总结,并进一步展望了多丝焊接的发展方向,即多丝GMAW工艺亟需在电弧物理理论、设备开发和新焊材研发等方面展开深入的研究工作。

双丝GMAW焊接的电弧干扰和中断分析

为了进一步了解双丝焊接过程中电弧干扰的规律以及有规律的断弧现象,设计了不同焊接电流参数值的匹配系列试验,同步拍摄了电弧形态并采集了两电弧的电流、电压波形.通过理论推导出的双丝电弧的偏移量公式分析了上述试验结果并得到了基本符合的结论:增大另一电弧与该电弧的电流比例,该电弧中断频率增加.最后将高速摄影拍摄到的电弧图片与采集到的电流、电压波形图相结合,分析电弧中断现象的循环过程.结果表明,通过合理的参数匹配可以避免断弧的产生.

GMAW焊送丝机PWM可逆调速系统

目前普遍使用的晶闸管送丝机系统,存在动作噪声大、寿命低、系统响应速度慢、功率因数低等缺点,难以满足高质量GMAW焊的需要。采用特制的高频可逆调速电机驱动电路配合低惯量的印刷电机,研制了一种适用于GMAW(熔化极气体保护焊)焊接电源的新型可逆调速送丝系统。试验证明,该送丝系统送丝平稳可靠,送丝速度的线性度好,可调节范围宽,电枢电压惯性小,完全可以满足高质量GMAW焊工艺对送丝系统性能的要求。

大厚度钢板双丝GMAW横焊焊接技术研究

研究了大厚度板双丝GMAW横焊焊接技术。针对横焊易出现熔池下淌缺陷,理论分析了焊枪角度对熔池下淌缺陷的影响,阐述了熔池下淌缺陷抑制的机理。采用双丝GMAW焊接技术,分析了焊枪间距对电弧间干扰的影响规律,设计了深度60 mm大厚度板横焊坡口形式,试验获得了单丝和双丝GMAW混合使用的最佳工艺规范参数及合格焊缝,满足了使用要求,提高了焊接效率。

焊接电流影响GMAW双丝焊电弧等离子体的数值模拟研究

基于电磁学理论和流体力学理论,建立熔化极气体保护焊(Gas metal arc welding,GMAW)双丝焊焊接电弧等离子体三维数学模型,利用流体力学软件Fluent对其进行求解。重点研究焊接电流对GMAW双丝焊电弧等离子体行为的影响规律,获得了电弧温度、电流密度、热通量、磁场分布等结果。研究发现,随着焊接电流的变化,电弧等离子体形状变化显著。随着焊接电流的增大,电弧最高温度和电弧偏转角随之增大,电流密度和工件表面热通量由双峰分布转变为单峰分布,并且热通量峰值随焊接电流的增大而增大。此外,随着焊接电流的增大,磁感应强度和磁场力随之最大,磁场分布由独立两个磁场向耦合磁场转变。为有效、定量地证明模拟结果准确性,开展焊接试验,利用高速摄像监测电弧行为,利用光谱测温测量电弧温度。结果表明模拟结果同试验结果吻合良好,研究结果为合理选择GMAW双丝焊焊接电流参数提供理论依据。

三丝GMAW不同电流配比对焊缝成形的影响机理研究

三丝GMAW是一种有效提高焊接速度的焊接方法,但电流配比对最后的焊缝成形具有重要的影响,焊接工艺实验表明适当提高引导弧的电流有利于形成形态良好的焊缝。本文针对三丝电流配比对焊缝成形的影响,采用数值模拟方法,研究了不同电流配比对焊缝成形的影响机理,揭示了三丝GMAW不同电流配比下的熔池形态及流动场的不同分布规律。研究结果表明:适当提高引导弧的电流可形成互相连通、熔宽分布均匀的三丝GMAW共熔池,有利于形成明显的"推-拉"流动方式,减缓熔池的后退效应,降低凝固速度,增强焊接过程的稳定性,有利于形成均匀一致的焊缝。

双丝窄间隙全位置GMAW焊缝成形研究

文中在研究双丝窄间隙全位置GMAW焊接工艺的基础上对焊缝成形尺寸进行了预测。首先利用响应曲面法(RSM)建立了侧壁熔深、母材熔深、熔敷厚度、侧壁表观接触角与焊接参数之间的统计数学模型;并分析了送丝速度、焊接速度和焊接位置等参数对焊缝成形的影响规律;然后利用该统计模型的对焊缝成形尺寸进行了预测。

低频相位对双丝双脉冲GMAW熔滴过渡和焊缝成形的影响

为了提高双丝双脉冲熔化极气体保护焊(gas metal arc welding, GMAW)的焊缝成形质量,探究低频相位对熔滴过渡和焊缝成形的影响,在高频同步的前提下分别对低频同步和交替模式进行了试验.通过高速摄影拍摄了低频同步和交替模式的熔滴过渡过程,再结合焊接过程中电流变化,分析了熔滴过渡对熔池的影响机制.结果表明,交替模式可以减少熔滴的碰撞融合,进而减少大体积熔滴对熔池的冲击,减少了飞溅.交替模式比同步模式的焊缝平整性更好,余高方差更小,鱼鳞纹规则,焊缝成形美观.

三丝GMAW焊接过程电弧中断现象分析

为揭示三丝GMAW焊接过程电弧干扰、电弧中断的原因及影响因素,基于信号采集系统和高速摄像系统同步采集焊接电流、焊接电压波形和电弧形态,理论分析三丝焊电弧偏移量的影响因素.结果表明:焊丝间距越大,电弧长度越短,焊接电流和电弧中断频率越小.针对三丝焊电弧中断现象,分析了电弧偏移量增大引起电弧长度增加从而造成电弧中断的原因.以三丝焊理论分析结果指导三丝GMAW焊工艺参数的选择,通过三丝GMAW焊接工艺参数的合理选择可获得无电弧中断的稳定焊接过程.

单缆式焊丝GMAW电弧物理行为的数值模拟

采用Gambit软件建立了单缆式焊丝熔化极气体保护焊(GMAW)电弧三维数值模型,研究了焊接电流对单缆式焊丝GMAW电弧的电流密度、电磁场、温度场、速度场和压力场分布特征的影响。结果表明:缆式焊丝GMAW电弧的电流密度、电磁场、温度场、速度场和电弧压力最大值均随着焊接电流的增大而显著增加。缆式焊丝GMAW电弧电流密度和温度最大值位于焊丝阳极端部。电弧等离子流速最大值位于弧柱区。随着焊接电流的增加,电弧最大压力位置由速度入口向阳极区转变。在相同的焊接工艺参数条件下,三维数值模拟所得电弧形态与高速摄像系统拍摄的电弧形态吻合,验证了模拟所选三维模型的准确性。

高强度奥氏体焊丝脉冲GMAW熔滴爆炸现象分析

针对镍铬系高强度奥氏体焊丝脉冲GMAW工艺熔滴爆炸现象,利用高速摄影技术对不同碳、氮含量焊丝的熔滴过渡行为进行了细致观察.结果表明,熔滴在脉冲峰值电流期间容易发生爆炸,熔滴爆炸程度与焊丝中氮含量密切相关,而与碳含量没有对应关系,焊丝中氮含量越高熔滴爆炸越严重.同时发现,熔敷金属中氮的过渡系数随着焊丝中氮含量的增加而降低,氮的损失程度与熔滴爆炸程度一致.计算结果显示,试验焊丝中氮的溶解度随着温度升高而降低.综合分析表明,脉冲峰值电流期间,在电弧剧烈高温作用下熔滴中固溶氮因溶解度的降低而瞬间达到过饱和,进而形成气体快速逸出导致熔滴发生爆炸.该合金系奥氏体焊丝熔滴发生爆炸的临界氮含量为0.22%,为避免熔滴爆炸发生,应限制焊丝中的氮含量在0.22%以下.

GMAW焊接过程动态模型的建立与参数控制

通过对GMAW焊接过程电路的整体分析,提出了"电源—电缆—净伸出长—熔滴—电弧"系统模型,以净伸出长为变量,根据伸出长温度分布函数推导出净伸出长压降函数的同时,采用短路过渡熔滴时间权重长度系数φ及金属固液态体积转换的方法,建立了连续多周期过渡的液态熔滴压降子模型,而后得到电弧电压与焊接电流、净伸出长及焊枪高度的数学函数模型,并对焊接参数控制进行了模拟分析;最后,与实际焊接过程进行了有效比较与分析。

药芯焊丝GMAW电弧光谱的研究

通过对药芯焊丝DW-100,K-71TLF,不锈钢焊丝SQ A309L和实芯焊丝W H-50-6计4种焊丝M IG焊电弧的光谱信息进行采集,基于电弧光谱分布的分析,通过对试验采集得到GM AW焊电弧光谱信息,进行了特征谱段的选取和标定,得到了DW-100、K-71TLF、W H-50-6、SQ A309L焊丝的谱线成分,分析了4种焊丝谱线成分元素的作用。并对比了实芯焊丝W H-50-6和不锈钢焊丝SQ A309L与钛型药芯焊丝K-71TLF和DW-100焊丝光谱谱线的差异。

脉冲双丝GMAW熔滴过渡过程中熔池波动行为数值分析

研究了脉冲双丝GMAW过程中熔池自由表面受周期性熔滴冲击引起的动态波动行为.根据二维波动理论建立了熔池液面受迫振动以及由此产生的二维波动行为的瞬态数学模型,推导出控制微分方程,给出了相应的初始条件和边界条件并编制程序进行了数值分析.得到了熔池自由表面的位移和振动速度分布规律、不同熔滴过渡条件下熔池自由表面的瞬时波动规律及焊接过程中表面波动所引起的干涉现象.结果表明,表面波主要起源于前丝、后丝中心附近,导致熔池表面有较强的凹陷.选用直径1.0 mm的焊丝可以减小熔池表面波动,防止出现较粗的焊缝波纹;当熔滴过渡频率为1000 Hz时,容易出现焊接波纹粗大、咬边等缺陷,波动干涉随熔滴过渡频率减小而减小.文中的工作能够为脉冲双丝GMAW的工业化生产和焊接工艺参数的优化提供基础数据和理论指导.

GMAW无镀铜实心焊丝及其应用

详细分析了GMAW镀铜焊丝在生产中的环保问题、污染问题、焊丝本身的质量问题(铜层易剥落、焊接飞溅大、焊缝成型差、防锈不佳)等。为适应我国建筑钢结构技术的发展和节能减排的绿色制造理念,GMAW无镀铜焊丝应运而生。GMAW无镀铜焊丝生产工艺解决了镀铜焊丝生产和使用过程中的铜污染问题,无镀铜实心焊丝具有表面光洁、焊丝的送丝性能更加稳定、在使用过程中不会出现因铜层脱落等问题造成的送丝不稳的现象、焊丝表面更加光滑、并减少送丝阻力等优点。无镀铜焊丝在实际中得到了一定范围的推广应用,获得了好评。

GMAW-G粗丝焊接设备及工艺研究

建筑焊接结构朝大型化、重型化、高参数精密化方向发展,手工焊接操作时效率低,质量不稳定,为此,研制了GMAW-G粗丝焊工艺。从焊接电源、焊接材料、焊接工艺试验三方面阐述了GMAW-G粗丝焊的全过程,并进行了工艺性试验评定。试验结果表明,GMAW-G粗丝焊能得到合格的焊缝,具有效率高、节能、焊缝变形小、操作简单、易于控制等优点。在建筑钢结构焊接中应推广应用。

涂层316L不锈钢焊丝GMAW焊接稳定性研究

为了改善熔化极气体保护焊的工艺性,采用拉拔涂敷工艺开发涂层316L不锈钢焊丝,涂层成分为Ca元素的化合物以及Na、Ti、Si元素的氧化物,制备的两种涂层焊丝分别含有CaF_(2)和CaC0_(3)。通过电参数信号采集系统和高速摄影机对未涂层焊丝与涂层焊丝的堆焊过程稳定性进行研究。结果表明:未涂层焊丝的焊接电流波动较大,电弧形态不稳定,焊接稳定性差;含CaF_(2)涂层焊丝的电弧不稳定,焊接工艺性恶化;含CaC0_(3)涂层焊丝的焊接稳定性相比未涂层焊丝显著改善,电流电压波形十分稳定,焊接电弧呈“圆锥状”。

900 MPa级超高强气保焊丝的研制

确定了焊丝合适的化学成分,主要合金元素为Ni、Mo、Cr,碳当量CE=0.70％～0.90％.试制了900 MPa级气体保护焊丝,其冶炼及拉拔工艺可行.以（ψ）（Ar）80％＋（ψ）（CO2）20％作保护气体,焊接熔敷金属抗拉强度典型值960 MPa,-20℃冲击韧性67J,马氏体＋贝氏体组织.降低C、Cr及Mo含量、增加Ni含量,焊缝韧性增加.焊丝适用于900 MPa及以上级别超高强钢的焊接.