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三维静态锥体热源穿孔等离子弧焊接熔池的数值模拟

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焊接学报 2006年第6期27卷 33-36页

作者：刘望兰胡绳荪马立天津大学材料科学与工程学院天津300072

采用三维静态锥体热源对穿孔等离子弧焊接过程进行数值模拟。研究了三维锥体热源作用下焊接熔池流体流场、熔池内金属的流动方式以及熔池流体运动速度的变化。并与高斯热源条件下的模拟结果做比较。最后进行PAW焊接工艺试验,通过测量尾... 详细信息

采用三维静态锥体热源对穿孔等离子弧焊接过程进行数值模拟。研究了三维锥体热源作用下焊接熔池流体流场、熔池内金属的流动方式以及熔池流体运动速度的变化。并与高斯热源条件下的模拟结果做比较。最后进行PAW焊接工艺试验,通过测量尾焰信号及焊缝尺寸等判断焊接熔池特征,将理论计算结果与试验测量值进行比较。

关键词：穿孔等离子弧焊接三维锥体热源熔池数值模拟

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穿孔等离子弧焊接热效率的选取及应用

江苏科技大学学报（自然科学版） 2011年第6期25卷 549-552页

作者：胡庆贤王晓丽王艳辉江苏科技大学先进焊接技术省级重点实验室江苏镇江212003

对穿孔等离子弧焊接过程中的热量传递进行了分析,利用电弧物理法计算了焊接热源传递到工件上的有效热量,计算的焊接热效率与实验结果基本一致.应用选取的焊接热效率,分别对板厚为6 mm和8 mm的SUS304不锈钢的穿孔等离子弧焊接进行了焊接... 详细信息

对穿孔等离子弧焊接过程中的热量传递进行了分析,利用电弧物理法计算了焊接热源传递到工件上的有效热量,计算的焊接热效率与实验结果基本一致.应用选取的焊接热效率,分别对板厚为6 mm和8 mm的SUS304不锈钢的穿孔等离子弧焊接进行了焊接温度场的数值模拟,模拟结果与实验结果吻合良好.因此在进行焊接热过程模拟时,利用电弧物理法选取焊接热效率有助于加快模拟进程,获得更为精确的数值计算结果.

关键词：穿孔等离子弧焊接焊接热效率电弧物理法

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等离子弧焊接小孔形状和穿孔过程的数值分析

金属学报 2011年第6期47卷 706-712页

作者：霍玉双武传松陈茂爱山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室济南250061 山东建筑大学材料科学与工程学院济南250101

根据小孔壁面上的力学平衡条件,建立了穿孔等离子弧焊(PAW)的小孔模型.利用该模型,对6mm厚不锈钢板PAW准稳态小孔的形成过程进行了数值计算,得到了不同工艺参数下准稳态小孔的形状和尺寸.根据达到准稳态时小孔壁面的受力状态,对PAW过程... 详细信息

根据小孔壁面上的力学平衡条件,建立了穿孔等离子弧焊(PAW)的小孔模型.利用该模型,对6mm厚不锈钢板PAW准稳态小孔的形成过程进行了数值计算,得到了不同工艺参数下准稳态小孔的形状和尺寸.根据达到准稳态时小孔壁面的受力状态,对PAW过程中小孔从盲孔到穿孔的转变机制进行了探讨,分析计算了小孔壁面上各区域的作用力大小.随着焊接电流的升高,小孔的深度呈现非线性增大;存在一个小孔在熔池内由盲孔突然转变为穿孔状态的焊接电流临界值;等离子弧力在小孔底部急剧集中是导致小孔深度突变的主要原因.通过穿孔PAW焊接工艺实验,对数值计算结果进行了实验验证.

关键词：穿孔等离子弧焊接小孔形状力学平衡方程数值分析

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穿孔等离子弧焊接过程的检测与控制

航空制造技术 2011年第3期54卷 32-36页

作者：武传松贾传宝刘祖明山东大学材料科学与工程学院

等离子弧焊接(PAW)技术是在钨极氩弧焊(TIG)的基础上诞生的一种压缩电弧焊接工艺。焊枪对电弧产生"机械压缩作用"、"热收缩作用"和"电磁收缩作用",弧柱直径缩小、温度升高、能量密度增大,形成稳定的等离子弧。

关键词：穿孔等离子弧焊接焊接过程受控焊接电流尾焰小孔电压信号等离子云等离子弧

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穿孔等离子弧焊接温度场的数值模拟与分析

内蒙古工业大学学报（自然科学版） 2012年第1期31卷 29-33页

作者：姚金难韩永全吴永军赵鹏郭文霞内蒙古工业大学材料成型重点实验室内蒙古工业大学科技处内蒙古工业大学训练中心呼和浩特010051

依据传热学及有限元理论,采用高斯+双椭球组合热源模型对铝合金穿孔等离子弧焊接温度场进行了数值模拟,并用APDL编程语言通过循环嵌套方式完成了焊接过程中正反极性期间不同形态的热源载荷的加载。计算出了5mm厚的铝合金在规定焊接参数... 详细信息

依据传热学及有限元理论,采用高斯+双椭球组合热源模型对铝合金穿孔等离子弧焊接温度场进行了数值模拟,并用APDL编程语言通过循环嵌套方式完成了焊接过程中正反极性期间不同形态的热源载荷的加载。计算出了5mm厚的铝合金在规定焊接参数条件下穿孔熔池的形成时间和合适的焊接速度。通过数值计算证实了等离子弧由于压缩效应,能量集中,焊接效率高的特点,为实际焊接过程中合理选择焊接参数提供了理论指导。

关键词：穿孔等离子弧焊接温度场熔池

大熔深穿孔等离子弧焊接闭环控制系统及不锈钢焊接工艺研究

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大熔深穿孔等离子弧焊接闭环控制系统及不锈钢焊接工艺研究

作者：张金衡山东大学

学位级别：硕士

穿孔等离子弧焊接（K-PAW）过程中,高能量密度的电弧在焊接中厚度钢板时能实现一次熔透,具有高效率、焊接变形小、成本低等显著优点。然而,较窄的合理工艺参数窗口以及小孔稳定性差等问题,限制了该技术的推广应用。特别是,工件厚度的不... 详细信息

穿孔等离子弧焊接（K-PAW）过程中,高能量密度的电弧在焊接中厚度钢板时能实现一次熔透,具有高效率、焊接变形小、成本低等显著优点。然而,较窄的合理工艺参数窗口以及小孔稳定性差等问题,限制了该技术的推广应用。特别是,工件厚度的不断增加,电弧与液态熔池的相互作用更加剧烈,造成熔池振荡,小孔会变得愈加不稳定,导致焊接接头出现缺陷。本文为了拓宽穿孔等离子弧焊的可焊接厚度范围、提高焊接熔深和焊接稳定性,开发了一套快速响应的K-PAW闭环控制系统,对于K-PAW工业应用具有重要意义和推动作用。新型的闭环控制系统以可编程逻辑控制器（PLC）为控制单元,使用尾焰电压作为小孔状态的实时反馈信号,实现了 4Hz以上的脉冲调整频率,10ms以内的响应时间,满足了控制要求。针对6～10mm厚度的各种板材设计了“脉冲穿孔”电流控制策略,其核心思路是以尾焰电压为被控制量,以最小穿孔电流为基准对焊接电流进行实时动态调整,达到了“一脉一孔”的实际控制目的。结果表明,自适应的脉冲电流,不仅使小孔的开闭过程迅速而稳定,还降低了焊接热输入并提高了系统对热输入的调控能力。通过分析大熔深焊接过程中熔池的动态行为和受力特征,设计了针对12 mm厚度以上304不锈钢的“受控准稳穿孔”电流控制策略,其核心思想是使小孔全程保持准稳状态,通过峰值和基值电流的相互配合使小孔仅发生微小的可控变化,该策略克服了即将穿孔阶段的调控难题。此时的脉冲电流不再调控小孔的开闭状态,而是通过保持小孔的稳定开启,来最大程度保持了熔池的稳定状态。在“受控准稳穿孔”控制策略下,实现了最大厚度为14 mm的304不锈钢的对接焊,焊缝无气孔、不连续穿孔及烧穿现象,表明了该控制策略可以有效减少焊接缺陷,改善焊缝成形。开展了预留间隙和带有错边量的对接焊试验,焊接过程稳定,熔池无烧穿,表现了控制系统良好的适应性;针对正面焊缝常见的咬边缺陷,使用填丝焊接以及TIG盖面焊接两种方式进行了优化工艺试验。结果表明,两种焊接方式均可以去除K-PAW焊缝的正面咬边缺陷。对焊接接头进行了各项力学性能测试,获得了良好的性能指标。其中,焊接接头的抗拉强度为母材的94%,在室温和较低温度下的冲击韧性与母材基本相同,并且接头弯曲角度可达180°,且无微裂纹产生,体现了良好的塑韧性。采用双环动电位再活化法和不锈钢65%硝酸腐蚀试验测试了母材、焊缝以及熔合线附近区域金属的耐腐蚀性能,焊缝与母材及熔合线附近区域金属相比耐蚀性更强。

关键词：穿孔等离子弧焊接闭环控制系统大熔深焊接力学性能耐腐蚀性能

反极性电流对铝合金穿孔等离子弧焊接工艺的影响

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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反极性电流对铝合金穿孔等离子弧焊接工艺的影响

大熔深K-PAW熔池及电弧视觉行为特征分析研究

2002年中国机械工程学会年会

作者：吕耀辉陈树君殷树言北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院

在铝合金变极性穿孔等离子弧焊接过程中,选择合理的反极性电流时间和幅值既能够满足阴极清理的需要又能够维持电弧的稳定。较高的反极性电流幅值可以用极少的反极性时间完成阴极清理,但是反极性时间太小会使缝成形变差。当反极性时间太... 详细信息

在铝合金变极性穿孔等离子弧焊接过程中,选择合理的反极性电流时间和幅值既能够满足阴极清理的需要又能够维持电弧的稳定。较高的反极性电流幅值可以用极少的反极性时间完成阴极清理,但是反极性时间太小会使缝成形变差。当反极性时间太大,这一方面会使主、维弧相互干涉,另一方面会增加钨极的烧损,影响焊接电弧的稳定。选择一个合适的反极性时间是获得良好焊接工艺的关键因素。

关键词：变极性穿孔等离子弧焊接反极性时间

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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电焊机 2024年第2期54卷 1-7页

作者：贾传宝李佳鹏陈崇龙张珂谨周卫鲁山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室山东济南250061 中核检修有限公司北方分公司山东青岛266400 上海交通大学智能化焊接与材料精密制造研究所上海200240

穿孔等离子弧焊接(K-PAW)以其独特的优势,在中厚板的焊接制造中应用广泛,并逐渐向更大厚度的方向发展。然而,随工件厚度增加熔池穿孔出现不稳定等问题,制约了其在实际生产中的应用。分析了14 mm厚304不锈钢在“受控恒定穿孔”控制策略... 详细信息

穿孔等离子弧焊接(K-PAW)以其独特的优势,在中厚板的焊接制造中应用广泛,并逐渐向更大厚度的方向发展。然而,随工件厚度增加熔池穿孔出现不稳定等问题,制约了其在实际生产中的应用。分析了14 mm厚304不锈钢在“受控恒定穿孔”控制策略下的大熔深K-PAW熔池特征尺寸变化规律和焊接过程中的熔池行为。通过视觉检测与电信号同步采集系统,对大熔深K-PAW过程中熔池的形貌特征进行定量分析,探究在受控脉冲条件下的熔池特征参数变化情况,以及熔池特征与电信号的同步动态行为规律。以初始电流270 A进行焊接,在起弧的前14 s的盲孔阶段,随着电弧热量积累,熔池不稳定,尺寸出现震荡,最大震荡幅度超过10 mm,同时熔池长宽比也在1.0~1.6范围内变化;随着穿孔于第15 s发生,熔池达到平衡,且长宽比在19 s时达到峰值;维孔阶段,熔池保持稳定,形状未发生大变化。综上,可以通过熔池形状变化趋势来区分焊接阶段。比较了不同焊接电流(280 A、275 A、270 A)的盲孔阶段,发现采用较大的初始电流有利于缩短盲孔时间,由270 A时的22.9 s减小到了280 A时的19.8 s,并降低焊接气孔出现的可能性。最后,发现电弧中心与熔池前边缘的距离可以反映穿孔状态。结果验证了“受控恒定穿孔”控制策略的可行性,并验证了通过视觉特征判断焊接阶段及是否穿孔的可行性。

关键词：穿孔等离子弧焊接深熔焊熔池视觉特征参数视电信号同步

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考虑小孔后向偏移的等离子弧焊接热过程模型

机械工程学报 2015年第14期51卷 66-71页

作者：张晓宇武传松山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室济南250061

在穿孔等离子弧焊接过程中,背面小孔中心相对于焊枪轴线存在一定的偏移。深入研究小孔孔道后向偏移时所涉及的熔池与小孔瞬态演变行为和传热过程,对于优化以背面小孔中心偏移量为控制参数的控制方法,保证焊缝成形质量具有重要意义和实... 详细信息

在穿孔等离子弧焊接过程中,背面小孔中心相对于焊枪轴线存在一定的偏移。深入研究小孔孔道后向偏移时所涉及的熔池与小孔瞬态演变行为和传热过程,对于优化以背面小孔中心偏移量为控制参数的控制方法,保证焊缝成形质量具有重要意义和实用价值。针对穿孔等离子弧焊接中小孔的形成特点,建立随小孔形状动态调整的组合式体积热源模型,并在热源模型中引入热源中心向后偏移的参量,间接反映背面小孔后向偏移对穿孔等离子弧焊接热过程的影响。在小孔形状方程中,增加等离子流后推力,间接描述等离子流对熔池流体的后推作用。利用建立的三维瞬态熔池与小孔的数学模型,分析等离子弧焊接过程中温度场和小孔形状的瞬时演变过程。将工件背面小孔形状尺寸和穿孔时间等模拟结果与试验结果进行对比,两者基本吻合,对所建立的数学模型进行验证。

关键词：穿孔等离子弧焊接熔池小孔数值模拟