快变换超音频直流脉冲GTAW电弧行为

基于超音频直流脉冲钨极氩弧焊(GTAW,Gas Tungsten Arc Welding)电源输出脉冲电流沿变化率di/dt≥50A/μs的超音频直流脉冲方波电流,将其用于0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢GTAW焊接过程,研究分析了焊接电弧特性、电弧力及焊缝熔透特性.结果表明:超音频直流脉冲方波电流参数对电弧电学特性、形态及电弧力产生显著影响,与常规直流GTAW相比,快变换超音频直流脉冲GTAW电弧表现出明显的收缩效应,焊缝熔深在一定范围增大,熔宽减小,平均电弧力大幅增长,焊接效率提高.     

高压脉冲电子束的控制及其对焊缝形貌影响

研制出一台150 kV/30 kW高压脉冲电子束焊机,介绍了控制脉冲束流产生的偏压脉冲电源拓扑电路结构及脉冲束流频率、占空比、束流基值、束流峰值的调节控制技术.在0~1 kHz频率范围内,该电源可输出最大幅值200 mA的脉冲电子束束流,且工艺参数调节方便.分别采用脉冲束流与连续束流电子束工艺焊接了1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢,对不同工艺的焊缝形貌进行了对比分析.与连续束流电子束焊接工艺相比,采用脉冲电子束焊接工艺的焊缝熔深增加,深宽比增大;对于脉冲电子束焊接工艺,占空比给定时,随着束流频率增加,焊接缺陷减少.试验结果表明:脉冲束流频率、占空比是影响焊缝成形的关键工艺参数;脉冲调制方式控制偏压是获得高压脉冲电子束的理想控制技术之一.      

304不锈钢旋转双焦点激光-TIG复合焊接

为了提高激光-电弧复合焊接质量,提出了一种新的焊接方法——旋转双焦点激光-TIG(Tungsten Inert Gas)复合焊接.运用自行研制的旋转双焦点激光-TIG复合焊接头对304不锈钢进行了不同焊接参数下的工艺试验,并分析了焊接参数对焊缝成形的影响.结果表明在旋转双焦点激光-TIG复合焊接过程中,焊接电流和激光功率的大小和相互配合是2个热源能否有效耦合的关键因素,而旋转频率的大小对焊缝的熔深、熔宽影响不大,通过旋转双焦点激光和电弧的耦合作用可以有效地提高焊接热源的利用率.      

2219-T87高强铝合金HPVP-GTAW焊缝成形参数

采用复合超高频脉冲方波变极性钨极氩弧焊技术（HPVP-GTAW,Hybrid ultrahigh frequency Pulse Variable Polarity Gas Tungsten Arc Welding）完成了2219-T87高强铝合金平板堆焊试验,研究了HPVP-GTAW工艺脉冲电流参数对焊缝成形参数的影响规律.结果表明,与常规变极性钨极氩弧焊（VP-GTAW）工艺相比,HPVP-GTAW工艺有利于增加焊缝熔深,提高焊缝深宽比;调节脉冲电流参数,将对焊缝成形行为产生显著影响.在正极性期间平均电流恒定的条件下,随着脉冲电流频率的增加,焊缝熔深、深宽比整体提高,60 kHz条件下深宽比增加了60%;适当增大脉冲峰值电流与基值电流的比值,焊缝深宽比有所增大;与占空比50%和80%条件相比,20%条件下焊缝深宽比最高,且随着峰值电流与基值电流比值的提高,其焊缝深宽比增幅最为明显.      

焊接电弧形态和电弧温度场

本文采用了新的光路,成功地摄制了Tig焊接电弧的形态图和激光全息干涉图,并附有一系列的电弧形态典型图象。在图象处理、运算的基础上,提出了电弧形态的数学模型表达式,给出了实测和计算的对比曲线。并能由相应的全息干涉图,求解电弧离子流场和温度场。研究表明,焊接规范参数—电弧形态—电弧温度场三者之间有着紧密联系。而且,可以用数学、物理方法相互转换。这些结果,对揭示电弧行为的本质;简化焊接工艺试验;提高焊接电—热效率,具有明显的理论和实际意义。     

超快变换复合脉冲方波变极性TIG电弧行为

基于一种新型超快变换复合脉冲变极性电路变换拓扑,在正极性电流持续期间,叠加超音频直流脉冲方波电流,获得了过零无死区时间且具有快速电流上升沿和下降沿变化速率的复合超音频脉冲变极性方波电流,将其应用于铝合金的变极性TIG焊接过程,试验研究复合超音频脉冲方波变极性TIG电弧电学特性及其对铝合金焊缝成形等行为的变化规律.研究结果表明:超音频脉冲方波电流对变极性TIG电弧具有显著的收缩效应,电弧径向尺寸明显减小,在一定范围内提高脉冲电流频率,减小脉冲占空比,增加脉冲电流幅值,可提高铝合金焊缝熔透率,有利于改善和提高铝合金的焊接质量.     

超音频脉冲TIG焊电源拓扑及电弧焊适用性

研制出一台超音频直流脉冲TIG(Tungsten Inert Gas)焊电源,对该电源的拓扑结构及工作原理进行了介绍.与常规直流TIG焊电源相比,该电源可输出不同频率、均具有陡峭的上升、下降沿的脉冲电流,电流变化率大于50A/μs.该电源的基值电流、峰值电流、脉冲电流频率、占空比等焊接工艺参数调节方便,使该电源不仅能够焊接薄板,而且能够适用于中厚板的焊接.通过对比常规直流TIG焊和超音频直流脉冲TIG焊焊接的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢焊缝的微观组织,发现采用超音频直流脉冲TIG焊工艺的焊缝粗晶区变窄,晶粒细化现象显著.试验结果表明:所研制的超音频脉冲TIG焊电源具有良好的弧焊适用性.     

回转体倾斜入水空泡及弹道特性实验

针对回转体低速倾斜入水过程空泡的生成机理和演化特性开展研究。通过不同入水速度和入水角度回转体倾斜入水对比实验,研究了入水速度和入水角度对入水空泡、回转体速度、俯仰角及阻力系数的影响规律。研究结果表明:空泡深闭合时刻的空泡长度、最大空泡直径和空泡闭合点深度随着回转体入水速度的增加而增大;空泡深闭合发生时间随着入水速度的增加而小幅增大;同一入水时刻回转体俯仰角和俯仰角速度均随入水速度的增加而减小;随着回转体入水角度的增加,同一时刻入水空泡直径和回转体速度逐渐减小,阻力系数逐渐增大。      

超高频脉冲电弧焊接熔池金属流动行为

熔池金属流动一方面受电弧行为影响,另一方面与凝固组织形核、结晶过程联系紧密,是电弧焊接基础研究的关键,针对电弧力作用研究了超高频脉冲电弧焊接(UHFP-AW,Ultra High Frequency Pulsed Arc Welding)熔池金属流动特点,采用理论研究与试验分析相结合的方式对熔池流动方式、强度、温度分布等要素进行了分析,并完成了液态金属表面运动特征监测.结果表明,超高频脉冲电弧对熔池液态金属的热、力作用显著,表面流体流速大于30cm/s,UHFP-AW电弧力造成熔池表面沉降变形,引起双环流,熔池温度扩散范围相应减小,有效降低了电弧热量对母材金属的影响,尤其在钛合金焊接中对控制焊缝晶粒尺寸具有重要意义.      

肼电弧喷射推力器工作方式可替换性数值研究

在正确理解电弧喷射推力器工作过程物理机理的基础上建立了其简化的物理模型,并基于此物理模型利用耦合电磁源项的N-S方程组来表达其数学模型,对相同结构尺寸的低功率肼电弧喷射推力器加电弧和不加电弧时的工作性能进行了比较计算.采用二阶精度无波动、无自由参数的耗散差分格式(NND格式)和显式时间推进法求出数值解.计算结果给出了有电弧和无电弧时推力器的流场结构,预计了不同工作方式及不同工作条件下推力器的推力和比冲,证实了推力器工作方式的可替换性.      

超声能对铝合金搅拌摩擦焊焊缝成型的影响

为了探究超声能对铝合金搅拌摩擦焊（FSW）焊缝成型及焊缝缺陷的影响机理，采用数值模拟和试验验证相结合的方法，设计了同等工艺条件下的超声辅助搅拌摩擦焊（UAFSW）与搅拌摩擦焊的流场仿真和试验对比。通过分析2种焊缝横截面上热塑性金属的流动矢量和金相组织，研究了超声能导入后焊缝热塑性金属的流动变化情况。分析结果表明:超声能导入，使铝合金搅拌摩擦焊焊缝内金属的水平绕流方式演变成倾斜绕流方式，并使上下2个独立流场实现交汇统一，而且使焊缝金属最低流速提升近一个数量级，焊缝成型完整度明显增强，焊缝缺陷率大幅降低。      

高强铝合金复合脉冲VPTIG焊缝组织和性能

采用超快速变换复合超音频脉冲方波变极性TIG电弧焊接工艺进行2219-T87高强铝合金焊接,研究分析了焊缝显微组织和接头拉伸性能变化.结果表明,2219-T87铝合金复合超音频脉冲电流变极性焊接接头的组织和性能均发生显著变化,焊缝区显微组织明显细化,由粗大柱状晶向细小等轴晶转变,接头抗拉强度和断后伸长率显著提高.接头断口由脆性断裂主要特征转变为"韧性+脆性"的混合型断裂模式.在一定范围内,脉冲电流频率越高,脉冲占空比越小,作用效果越明显.复合超音频脉冲电流频率为40 kHz,脉冲电流占空比为20%时,接头抗拉强度和断后伸长率分别达到母材金属的70%和58%.     

飞机蒙皮铝合金超声辅助搅拌摩擦焊试验分析

针对飞机蒙皮对接时,因搅拌摩擦焊(FSW)工艺窗口狭窄易致底部虚焊、弱连接等缺陷问题,为了探索更适合大飞机蒙皮长程稳定焊接的新方法,设计了超声辅助搅拌摩擦焊(UAFSW)与FSW的蒙皮连接对比试验,采用1.8 mm厚度的2524-T3铝合金进行了同种工艺条件下的UAFSW与FSW焊接,对表面成形良好、内部无缺陷的FSW与UAFSW焊缝,进行了拉伸、金相、扫描电镜观察等对比分析试验。结果表明,与FSW焊缝相比,UAFSW焊缝缺陷率明显降低,工艺窗口扩大;UAFSW焊缝表面纹理更细密,层叠现象消失;UAFSW焊缝的平均抗拉强度略高于FSW焊缝,达到母材强度的90.7%;UAFSW焊缝的平均延伸率则比FSW焊缝高20%左右。研究发现,超声的加入使UAFSW焊缝微观组织更细更均匀,晶粒尺寸变细小,且晶粒沿轧制方向的规律性被打乱,呈现无明显方向的杂序排列。     

超音频复合脉冲GMAW电源设计

提出了一种全新的脉冲熔化极气体保护焊(GMAW)方法,并研制出新型超音频复合脉冲GMAW电源,即在传统脉冲GMAW电流基础上复合叠加频率为20~80 k Hz、电流幅值为0~100 A、占空比为0%~100%的连续可调的超音频脉冲电流。设计了并联结构的主电路拓扑及MCU+DSP双处理器数字化控制系统,通过软件编程实现了电流给定信号与PWM信号的同步输出及不同逻辑组合,可实现不同工作模式的焊接电流波形输出。对电源输出电流波形的测试结果表明:本文所设计的超音频复合脉冲GMAW电源输出电流波形满足不同工作模式的设计目标,超音频脉冲电流频率在80 k Hz时,仍保持较快的电流上升沿与下降沿变化速率。初步进行了铝合金平板堆焊试验,焊缝成形良好。     

OCrl8Ni9Ti超音频脉冲TIG焊接头组织与性能

采用研制的基于新型IGBT拓扑电路的超音频直流脉冲TIG焊电源焊接0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢,并与常规直流TIG焊获得的接头进行对比.分别对各接头进行X-射线探伤检测,接头的抗拉强度测试,焊缝金相显微组织与拉伸断口SEM照片观察对比.试验结果分析表明:采用超音频脉冲TIG焊工艺的焊接接头,随着脉冲电流频率提高,焊缝的粗晶区变窄,晶粒逐渐细化,且焊缝中心细小等轴晶所占区域扩大;与常规直流TIG焊相比,30kHz的超音频直流脉冲TIG焊焊缝中心晶粒更细小,接头的抗拉强度与延伸率分别得到提高.