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短路过渡焊波形预置+小桥状态反馈复合控制法研究

短路过渡焊波形预置+小桥状态反馈复合控制法研究

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作者：蒋元宁山东大学

学位级别：硕士

CO2气体保护焊是低碳钢和低合金钢结构件的主要焊接工艺,其成本低,生产率高,但与其短路过渡相伴随的大飞溅率,影响了焊缝成形质量。针对现有飞溅控制方法精度不高、适用工艺范围窄等问题,本文研究短路过渡CO2焊的“波形预置+小桥状态反... 详细信息

CO2气体保护焊是低碳钢和低合金钢结构件的主要焊接工艺,其成本低,生产率高,但与其短路过渡相伴随的大飞溅率,影响了焊缝成形质量。针对现有飞溅控制方法精度不高、适用工艺范围窄等问题,本文研究短路过渡CO2焊的“波形预置+小桥状态反馈”复合控制法。对于促进低飞溅率、高效率的短路过渡CO2焊工艺与设备的研发和应用,提升我国焊接钢结构的制造水平,具有十分重要的理论意义和工程实用价值。本文针对短路过渡CO2焊,利用虚拟仪器LabVIEW建立了一套短路过渡信息采集系统,利用软件延时法矫正了图像采集系统和电参数测量系统的延迟时间差,实现了电参数波形与熔滴过渡图像的同步采集。并设计了相应的分析软件,对原始电流电压信号进行离线分析。通过对短路过渡中各个电参数信号的分析比较,分别用电弧电压及其变化率来表征短路发生和小桥临界颈缩两个特征状态。并通过同步检测的熔滴过渡图像和电参数变化,计算得到了两临界状态下的特征值。利用测得的小桥状态表征参量特征值,实现了短路过渡CO2焊的反馈控制。通过改变不同的电流波形形状,分析了短路过渡过程各时间参数在不同电流波形参数下的变化规律。并从短路过渡能量分配角度,分析了不同电流波形参数焊缝成形的影响规律。利用焊接工艺正交试验,对不同送丝速度下的电流波形参数进行优化,得到了峰值电流、基值电流和电流尾拖的优化匹配关系。焊接过程中通过调用优化的电流波形参数,实现了短路过渡焊的“波形预置+小桥状态反馈”复合控制。

关键词：短路过渡焊同步采集小桥状态反馈波形预置电流波形优化

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波形参数对高速CMT焊接稳定性及焊缝成形影响的研究

波形参数对高速CMT焊接稳定性及焊缝成形影响的研究

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作者：张栋山东大学

学位级别：硕士

冷金属过渡焊（Cold metal transfer welding, CMT焊）是一种新型的焊接技术,为薄板高速焊提供了良好的解决方案。在其他学者工作的基础上,本文研究了CMT焊电流波形参数对焊接稳定性特别是高速CMT焊稳定性和焊缝成形的影响,对于认识CMT... 详细信息

冷金属过渡焊（Cold metal transfer welding, CMT焊）是一种新型的焊接技术,为薄板高速焊提供了良好的解决方案。在其他学者工作的基础上,本文研究了CMT焊电流波形参数对焊接稳定性特别是高速CMT焊稳定性和焊缝成形的影响,对于认识CMT焊的物理过程、扩大焊接工艺窗口、提高焊接生产效率具有重要意义。本实验采用背光阴影法对焊接过程熔滴过渡、电弧、熔池进行拍摄并同步采集了焊接电参数,针对CMT焊电流波形,特别是峰值电流Ib和峰值持续时间tb展开了一系列实验,实验结果表明峰值持续时间tb能够显著影响熔滴重量（熔滴尺寸）、过渡频率、电弧能量分布和焊缝成形,而电流峰值大小Ib对上述参量的影响较小。采用概率统计的方法,分析了上述两个波形参数对CMT焊接过程中各个阶段持续时间概率分布的影响规律,发现当tn设定为1.6-3.6ms时能够获得稳定的焊接过程;低于或高于这个范围,焊接过程不稳定,出现异常长或异常短的短路过程。结合熔滴过渡图像和相应的电参数,分析了异常的CMT短路过程,指出tb较小时,液态金属温度低,粘度大,液态金属粘连在焊丝上,使液态小桥拉断困难,导致异常长的短路过程;tb较大时,熔滴尺寸大,需要过渡到熔池中的金属量增多,使短路过程过长,而此时的瞬态短路现象使短路过程异常短。设计了焊接工艺正交实验,对不同平均送丝速度下高速CMT焊波形参数进行了优化;采用综合分析法,对正交实验结果进行了评价,结果表明峰值送丝速度对焊缝成形的影响最大,Ib的影响最小。优化了工艺参数,最高焊速可达2.1m-min-1。结合焊接过程各个阶段持续时间的概率分布和U-I相图分析了波形参数对焊接稳定性的影响,通过焊接过程熔滴过渡图像,分析了高速CMT焊过程特有的“粘丝”现象,峰值送丝速度过快、熔池稳定低,高速焊下熔滴后拖是“粘丝”产生的原因。提高熔池温度、加快焊丝熔化能够抑制甚至消除CMT高速焊“粘丝”现象,因而提出了外加热源辅助的CMT复合焊的策略,初步探讨了CMT+STT、CMT+GMAW-S复合焊的可能性。分析了两种复合焊策略下的焊缝成形、熔滴过渡特点和辅助热源下CMT焊接过程的稳定性。在复合焊情况下,最高焊速可提高到2.4 m·min-1,焊速提高明显,显著提高焊接效率。

关键词： CMT焊高速焊波形参数熔滴过渡电流波形优化焊接稳定性

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