鋁合金分體等離子弧穿孔焊接全位置熔池穩定性控制

《鋁合金分體等離子弧穿孔焊接全位置熔池穩定性控制》是依託北京工業大學，由陳樹君擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：鋁合金分體等離子弧穿孔焊接全位置熔池穩定性控制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳樹君
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

針對鋁合金大型殼體結構現場裝配焊接的全位置焊縫,本課題從電弧分離現象出發，提出分體式變極性等離子弧穿孔焊接工藝，採用導引電極分離等離子弧，使電弧熱中心和力中心發生偏離，實現對熔池熱、力輸入大小和相對位置的分別可控及不均衡溫度場載入，更加精確的控制穿孔熔池熔體流動；針對任意位置穩定狀態的穿孔熔池進行建模分析，得到目標函式，解決拘束電弧空間和物理區域分布、穿孔熔池穩定狀態描述等難點問題；通過對導引電極空間位置進行調整、力脈衝和熱脈衝協調配合，實現對穿孔熔池的力脈衝輸入和熱脈衝輸入的分別控制；通過調控傳質的位置和速度對熔池流體初始流動速度和方向的控制，實現分體電弧和穿孔熔池的熱力匹配；建立溫度及溫度梯度與溫寬偏離度的對應關係，以溫度梯度作為控制系統的前饋信號，突破任意位置的穿孔熔池穩定性控制、熔池失穩預判和主動調節等關鍵技術，實現全位置鋁合金變極性等離子弧穿孔焊接及對焊縫的精確控形控性。

結題摘要

自2014年項目啟動以來，圍繞“分體等離子弧熱力傳輸機制及工藝特性”開展研究，解決的關鍵問題和創新性研究成果概述如下：電弧的電特性是其力熱行為的本源，針對電弧這一載流等離子的特殊性，自主研製了“旋轉式有源探針測試系統”，揭示了等離子弧電特性分布規律並發現了陰極效應；分體等離子弧的突出優勢是可實現能量分配，分別以工件端和絲材端為研究基點，採用定量測量與定性表征相結合的方式，標定了等離子弧能量分布，建立了能量分布解析模型，研究了各工藝參數對分體等離子弧能量分配的影響規律，探明了分體等離子弧的傳熱機制，建立了分體等離子弧傳熱模型；以熔滴飛行試驗為基礎，結合熔滴不同階段的受力狀態，研究了各工藝參數對熔滴過渡行為及運動行為的影響，探明了分體等離子弧中熔滴過渡機制；綜合上述的理論與試驗研究結果，分體等離子弧可實現焊接製造過程中傳熱、傳質、傳力的靈活設定，使其能滿足不同焊接位置對熱源熱質力傳輸的不同需求，並以此熱源完成了多位置焊接製造工藝的研究工作，同時也利用該熱源開展了金屬增材製造初步研究。總結研究結果，已發表論文17篇，其中國際期刊論文（SCI）7篇、EI論文3篇、國核心心期刊5篇、國際會議論文3篇。申請國家發明專利8項，其中授權4項。獲得省部級及以上獎勵3項，其中國家級獎勵1項。在課題研究過程中培養研究生14人，其中博士生3人；博士後2人；獲得職稱晉升1人；評為“長江學者特聘教授”1人。