交替过渡方式的低热输入GMAW实现及过程控制

【摘要】针对薄板、高强钢和异种金属的焊接要求精确控制母材热输入的难题,提出了基于研究GMAW自由过渡和短路过渡交替进行的一种新型脉冲旁路耦合电弧MIG焊(PulsedDE-GMAW)交替过渡方式,有利于精确控制焊接熔滴过渡和母材热输入,增强PulsedDE-GMAW搭桥能力,减小装配间隙要求,理论和实践上证明有利于低热输入焊接过程。首先,根据PulsedDE-GMAW交替过渡过程的特点和控制要求,利用快速控制原型技术,建立了基于快速原型的铝-钢PulsedDE-GMAW交替过渡过程软硬件试验系统。该系统能够实现主路脉冲电流波形和旁路脉冲电流波形的控制与协调,并能够完成在焊接过程对电信号和视觉信号的采集、显示、处理和存储,而且对采集到的焊接信号通过分析处理,经过一定的控制算法,可以实时的输出控制信号,优化铝-钢PulsedDE-GMAW交替过渡过程焊接工艺参数,得到稳定的焊接过程,完成对交替过渡过程的控制。然后,基于弹质模型理论建立了PulsedDE-GMAW交替过渡过程数学模型,提出了通过控制旁路双脉冲电流参数来实现交替过渡过程的控制方案。在开环状态下,利用旁路电弧对熔化焊丝的电流有分流和力的作用,通过调整旁路双脉冲电流参数,对PulsedDE-GMAW交替过渡过程进行了仿真分析,得到了理想的仿真效果。其次,通过铝-钢PulsedDE-GMAW交替过渡平板堆焊工艺试验,研究了主路脉冲电流和旁路脉冲电流同步匹配对焊接过程的影响。结果表明,在总电流交替过渡波形中,高频脉冲电流和低频脉冲电流的差值不能过大,否则会出现弧长波动较大,导致焊接过程不稳定,一般高低频脉冲电流的差值不能超过10A。通过高速摄像研究了高低频脉冲数量对PulsedDE-GMAW交替过渡方式的影响,在焊接过程中,一个周期内高低频脉冲数量的匹配将决定一个周期内自由过渡和短路过渡的搭配次数,随着高频脉冲数量的增加,自由过渡的次数随着增加,随着低频脉冲数量的增加,短路过渡的次数随着增加,但高低频脉冲数量的匹配方式对铝钢PulsedDE-GMAW交替过渡方式的焊缝成形影响较小最后,通过铝-钢PulsedDE-GMAW交替过渡搭接工艺试验试验表明,本课题设计的利用控制旁路双脉冲电流来实现铝钢PulsedDE-GMAW交替过渡方式在焊接搭接结构时能有效增强搭桥能力,减小对焊接装配间隙的要求,并得到良好的焊缝成形。
【作者】张正鹏；
【导师】石玗；黄健康；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】脉冲旁路耦合电弧焊；交替过渡方式；旁路双脉冲；建模仿真；

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