弧焊短路過渡混沌動力學模型及其機理的研究

《弧焊短路過渡混沌動力學模型及其機理的研究》是依託天津大學，由呂小青擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：弧焊短路過渡混沌動力學模型及其機理的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：呂小青
• 依託單位：天津大學

項目摘要

針對目前短路過渡機理模型只能分析熔滴平衡態下的一個過渡周期行為，只能預測一個尺寸，課題提出建立可描述熔滴一系列過渡周期動態過程的混沌動力學模型。它不僅蘊含著單個過渡周期內的行為特徵，還包含著過渡周期之間的關聯特徵，且可預測熔滴尺寸的長程分布。具體研究內容如下：(1)建立短路過渡焊接電流變化率方程、乾伸長貢獻熔化熱方程和乾伸長變化率方程，以及結合探索出熔滴過渡的脫離機制，在此基礎上獲得短路過渡的混沌動力學模型；(2) 依據建立的模型，研究工藝、電源等參數對周期軌道特徵（即過渡周期之間的關聯特徵）的影響，掌握參數對熔滴尺寸長程分布的影響規律，獲悉周期軌道特徵與穩定性的關係。課題的研究旨在為制定出基於過渡周期軌道特徵的混沌控制策略奠定堅實理論基礎，進而期望解決短路過渡電弧焊的生產實際問題，如提高電弧穩定性，控制熔深，提高焊接速率等。

結題摘要

針對短路過渡只能分析熔滴平衡條件下的一個過渡周期行為，只能預測一個尺寸，項目提出了建立可描述熔滴一系列過渡周期動態過程的混沌動力學模型。它可預測熔滴尺寸的長程分布。開展的工作主要分為四個方面：首先，通過數據替代法理論探討了短路過渡在不同參數條件下的過渡過程隨機性和確定性，以及討論了短路過渡的能量平衡過程。基於此，深入考慮了電弧的變化，熔滴在短路時的變化過程等，建立了可描述短路過渡的長程行為動力學模型，並與實際焊接結果進行了對比分析，驗證了該模型有效性，並通過此模型分析短路過渡工藝，表明在最優工藝時，熔滴的質心位移最小，過渡尺寸最小。第二，從焊機的輸入端研究了短路過渡的穩定性，表明焊接時輸入功率脈動峰值、脈動能量同短路過渡電流具有較好的一致性，並從時域和頻域進行了初步的證明。就可以為研究不同工藝參數下諧波、進行相關功率因數校正研究奠定基礎，同時因輸入電流變化比輸出端要小得多，那么從輸入端就可能集成感測器，為以後的通過電力載波進行現場監控提供可能。第三，因在建立動力學模型時，發現以前的弧壓取值於靜態平衡的結果，實際短路過渡過程中電流卻是動態變化，故而對電弧模型開展了初步研究。為了剔除熔化極的影響，針對直流脈衝鎢極氬弧焊，基於電弧過渡的機理以及mayr和cassie模型，初步建立了電弧模型，並從靜特性和動特性進行了參數驗證。第四，對熔滴的過渡過程機理進行了探討，並把熔滴滴落過程分為近陰極區，弧柱區以及近陽極區，且發現在每個區熔滴有不同的速度行為，即在弧柱區為勻加速，而在近陰極區是較大的減速，近陽極區卻是輕微的減速或者勻速。