下载文档原格式
等离子弧焊小孔行为的反翘电压检测作者：天津大学宋东风胡绳荪孔祥芬摘要：在穿孔等离子弧焊接过程中，小孔稳定性对焊接过程的稳定和优质的焊缝成形是非常关键的。
文中采用无源探针对由等离子弧梯度电压和等离子鞘层电压构成的等离子反翘(等离子云)电压进行检测。
根据等离子鞘层理论，随等离子反翘长度和角度变化的反翘电压可以反映小孔的状态信息及其形成、坍塌过程。
文中讨论了检测信号的特征，以及材料、探针位置、焊接电流，等离子气流等因素对检测信号的影响。
试验证明，该方法可以有效的预测小孔信息和焊缝熔透情况。
关键词：等离子弧焊；小孔；反翘电压；检测0 序言穿孔等离子弧焊具有等离子弧能量密度高、等离子流力大的特点，可以实现中厚度材料的单面焊双面成形。
然而，焊接小孔的不稳定性直接影响着小孔型等离子弧焊接过程稳定性及接头质量，是影响该焊接方法应用的瓶颈[ 1 ] 。
因而小孔行为的检测和实时控制的研究具有重要意义。
目前国内外对小孔行为的检测主要采用尾焰导电法、尾焰光电法、正面弧光检测法[ 2 ] 、正面图象检测法[ 3 ] 、声音传感法[ 4 ]等，但这些检测方法或是由于应用条件苛刻或是由于成本过于昂贵而难以应用于实际生产。
文中提出并研究了从等离子电弧反翘电压信号中提取熔透穿孔信息，并设计了一套无源探针检测系统。
该系统直接利用电弧反翘进行传感，不必附加复杂的仪器设备，具有可达性，可靠性好和实用廉价的特点。
1 反翘电压检测原理和方法采用穿孔等离子弧焊进行焊接，在焊接小孔形成过程中，在工件的上方(与焊接方向相反)会出现一个自熔池射出的小弧，称它为等离子弧反翘(亦称等离子云[ 5 ] )。
随着焊接熔深的增加，反翘的大小和倾角都会相应的增大，在小孔即将形成的瞬间反翘达到最大。
在小孔形成、稳定存在过程中，焊接条件的微小变化和周围干扰的存在，都会使焊接小孔尺寸发生变化。
此时，等离子反翘也随着小孔的尺寸发生相应的变化。
当小孔直径增大时，电弧尾焰增大，反翘变小；反之，则等离子反翘增大(如图1所示)。
等离子焊接工艺技术应用研究摘要本项目是我司引进纵、环缝等离子自动焊接系统，针对压力容器不锈钢产品液化气车、低温车（罐），实现了纵、环焊缝一次成形，减少了焊前坡口加工和层间清理，保证了产品质量，提高了生产效率。
经过二年多对等离子焊接技术的实践、消化理解，通过焊接产品试板及大量产品焊缝焊接，取得了成熟稳定的工艺参数，焊缝合格率由60%提高至95%以上。
使得焊缝质量符合国家、行业相关标准。
最终在公司不锈钢产品：标准运输储运罐箱低、温深冷容器和低温车、化工容器等全面应用。
期间，开发了《建成产品标识号生成器软件》，应用于筒体、封头等的焊接组对和焊接工艺的信息化管理。
采用等离子焊减少手工操作，减少对焊工操作技术的依赖，改善焊缝的外观质量，提高生产效率，降低生产成本及减轻劳动强度。
可为公司创收利润80～100万元/年。
关键词：压力容器等离子弧焊PAW 小孔效应高新技术自动焊接系统1项目用途、意义、技术原理本项目是我司2007年对国内外市场进行调查及分析，提出增设等离子焊接设备的可行性报告，于2008年底购置纵、环缝等离子自动焊接系统各一套并投入使用。
经过二年多对等离子焊接技术的消化理解、反复试验和论证并同时应用于产品的实践中，除了满足了生产之外还由此造就了一批等离子焊接技术骨干（包括技师和高级技师等）为企业培养了人才。
等离子自动焊接系统使用至今仍工作稳定，焊接工艺参数成熟。
我司是省内首家单位采用先进的PAW自动等离子焊焊接压力容器纵、环缝的企业。
利用其能量集中，10mm以下不锈钢不开坡口，单面焊双面成形小孔技术，实现了纵、环焊缝一次成形，减少了焊前坡口加工和层间清理，保证了产品质量，提高了生产效率。
该项目实施成为公司主要经济增长点之一。
等离子是指在标准大气压下温度超过3000℃的气体，在温度谱上可以把其看作为继固态、液态、气态之后的第四种物质状态。
等离子是由被激活的带电离子、电子、原子或分子组成。
等离子弧是离子气被电弧加热产生离解形成的高温离子化气体，在高速通过水冷喷嘴时受到机械压缩，增大能量密度和离解度，从喷嘴中心小孔穿出而形成等离子电弧，能量密度达105-106W/cm2，比自由电弧(约105W/cm2以下)高，其温度可达18000-24000K，也高于自由电弧(5000-8000K)很多。
小孔型等离子弧焊特点引言小孔型等离子弧焊是一种常见的焊接技术，它具有许多独特的特点和优势。
本文将详细探讨小孔型等离子弧焊的特点，包括焊接过程、焊接效果、适用范围等方面。
小孔型等离子弧焊的定义小孔型等离子弧焊，顾名思义，是通过小孔喷嘴将等离子弧焊接的能量聚焦到一个小区域，从而实现高能量密度的焊接过程。
它是一种高效、精确的焊接方法，适用于多种材料和工件。
小孔型等离子弧焊的特点小孔型等离子弧焊具有以下几个特点：1. 高能量密度小孔型等离子弧焊通过聚焦能量到一个小区域，使得焊接过程的能量密度非常高。
这种高能量密度可以加速焊接速度，提高焊接效率。
2. 焊缝狭窄由于小孔型等离子弧焊能够将能量集中到一个小区域，因此焊缝可以做得非常狭窄。
这对于某些应用来说非常重要，特别是对于需要高精度焊接的工件。
3. 焊接速度快由于高能量密度和狭窄的焊缝，小孔型等离子弧焊的焊接速度通常比传统的焊接方法要快。
这可以提高生产效率，减少生产成本。
4. 焊接质量高小孔型等离子弧焊能够产生稳定的等离子弧，使得焊接质量非常高。
焊缝的强度和密封性都能够得到保证，从而提高焊接件的使用寿命。
小孔型等离子弧焊的适用范围小孔型等离子弧焊适用于许多不同的材料和工件。
它可以用于焊接钢、铝、铜等金属材料，也可以用于焊接复合材料和塑料。
以下是小孔型等离子弧焊的一些典型应用领域：1. 汽车制造小孔型等离子弧焊在汽车制造行业中得到了广泛应用。
它可以用于焊接汽车车身、底盘和其他零部件，提供高强度和高质量的焊接连接。
2. 航空航天航空航天领域对焊接质量和可靠性要求非常高，小孔型等离子弧焊正好满足了这些要求。
它可以用于焊接飞机、火箭和卫星等航空航天器件。
3. 电子设备制造小孔型等离子弧焊可以用于焊接电子设备中的各种连接，如电路板、电池等。
它提供了高精度、高稳定性的焊接过程，确保了电子设备的性能和可靠性。
4. 医疗器械医疗器械对焊接质量和材料的要求非常高，小孔型等离子弧焊可以提供高质量的焊接连接。
小孔型等离子弧焊特点一、小孔型等离子弧焊的概念小孔型等离子弧焊，是一种利用高温等离子弧作为热源进行焊接的方法。
它通过在钨极和工件之间形成一个小孔，使气体在孔内发生电离，形成等离子弧，从而将工件加热至熔化状态，实现焊接。
二、小孔型等离子弧焊的特点1. 高能量密度：小孔型等离子弧焊采用高能量密度的等离子弧作为热源，使得焊接区域能够迅速达到高温状态，从而实现快速、有效的焊接。
2. 焊缝质量高：由于小孔型等离子弧焊使用的是高能量密度的热源，在加热过程中可以快速融化金属，并且可以控制热输入量和冷却速率，从而保证了焊缝质量。
3. 焊接速度快：由于小孔型等离子弧焊使用的是高能量密度的热源，并且可以控制热输入量和冷却速率，因此可以实现快速、有效的焊接，从而提高了生产效率。
4. 适用于多种材料：小孔型等离子弧焊适用于多种材料的焊接，包括不锈钢、铜、铝等金属材料。
5. 焊接变形小：由于小孔型等离子弧焊使用的是高能量密度的热源，并且可以控制热输入量和冷却速率，因此可以减少焊接区域的变形。
6. 焊接深度大：由于小孔型等离子弧焊使用的是高能量密度的热源，并且可以控制热输入量和冷却速率，因此可以实现较大的焊接深度。
7. 操作简单：小孔型等离子弧焊操作简单，只需要进行一定程度上的参数调整即可实现高质量的焊接。
三、小孔型等离子弧焊在实际应用中的应用1. 不锈钢管道的制造：小孔型等离子弧焊广泛应用于不锈钢管道、容器及设备制造中。
由于其快速、高效、质量稳定等特点，在不锈钢管道制造中得到了广泛应用。
2. 航空航天领域：小孔型等离子弧焊在航空航天领域得到了广泛应用。
在飞机、火箭等设备的生产中，小孔型等离子弧焊可以实现高质量的焊接，并且可以减少焊接区域的变形，从而保证了设备的安全性和可靠性。
3. 电子设备制造：小孔型等离子弧焊在电子设备制造中也得到了广泛应用。
在手机、电脑等电子产品的生产中，小孔型等离子弧焊可以实现高精度、高质量的焊接，从而保证了产品的稳定性和可靠性。
摘要摘要，ｌ、ｉ０簿离子嚣霹接楚一释缀存游途豹王芝，它缝够磁带遴兹纛疆簿接获褥萎大的熔深。
然而，在等离子弧焊接过程中，为了保证焊接过程稳定和焊缝质量，夺孑Ｌ豹稳定莛至关重要懿。
因噩乏，在，ｌ、魏簿离子豫焊接中，捡Ｎ４，ｉＬ状态并黠其进行实时控制，从而提高焊接质墩是该领域研究的前沿。
为了送行等离子嚣焊接静骚突与建爰，鱼行设诗了一台等离子弧焊执，莠毁ＰＬＣ为核心设计了该焊机的自动控制系统。
实验诞明，该焊机能够满足等离子弧窦凌焊接懿要求。
本文煎点开展了等离子云检测的研究，首先根据等离予弧与熔池之间的相互终翅，分耩了等裹子云豹产生规褒，著根据焊接熔池形状嬲变化，分析了等离予云形态变化的机理。
在等离子体鞘层理论的基础上，提出了～种用光电源探针检测等枣子兹｜ｌ孽薪方法，该方法是从正亟捡铡小孔状态。
实璇表明，该方法怒一釉简单、可靠的检测方法。
按照鞘层理论，鞘朦电压与等离予体的温度和成分有关。
本文采用实验方法对焊接电流、焊接速度、保护气流量、探钟位受等对探针上的鞘层电压的影响避行了分析研究。
为了进行小孔熔透控制，本文通过检测等离予云喷射角的大小来获取熔深的状态，并分柝了焊接电流、焊接速度对等离予云喷射角的影响规律。
关键词：小孔检测鞘层等离子云熔深ＡＢＳＴＲＡＣＴＡＢＳＴＲＡＣＴＫｅｙｈｏｌｅｐｌａｓｍａａｒｃｗｅｌｄｉｎｇ（ＰＡＷ）ｉｓａｐｒｏｍｉｓｉｎｇｔｅｃｌｍｏｌｏｇｙ，ｉｔａｃｈｉｅｖｅｓｍｕｃｈｄｅｅｐｅｒｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｔｈａｎｔｈｅｃｏｎｌｍｏｎａｒｃｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓＨｏｗｅｖｅｒ，ｔｏｅｎｓｕｒｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｗｅｌｄｑｕａｌｉｔｙ，ａｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅｏｆｔｈｅｋｅｙｈｏｌｅｄｕｒｉｎｇｐｌａｓｍａａｒｃｗｅｌｄｉｎｇｉｓｏｆｃｒｉｔｉｃａｌｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｋｅｙｈｏｌｅｉｎｒｅａｌ－ｔｉｍｅｃａｎｂｅｇｏｔｔｅｎｂｙｍｅａｎｓｏｆｄｅｔｅｃｔｉｎｇｔｈｅｓｔａｔｅｏｆｔｈｅｋｅｙｈｏｌｅｄｕｒｉｎｇｋｅｙｈｏｌｅｐｌａｓｍａａｒｃｗｅｌｄｉｎｇ，ｉｔｉｓａｓｈｏｒｔｃｕｔｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｑｕａｌｉｔｙｉｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｅｌｄｏｆｐｌａｓｍａａｒｃｗｅｌｄｉｎｇ．Ｆｏｒｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｌａｓｍａａｒｃｗｅｌｄｉｎｇ，ａｗｅｌｄｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｉｔｓ’ａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆＰＬＣａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｄｅｖｉｃｅ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｐｒｏｖｅｓｔｈａｔｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｐｌａｓｍａａｕｔｏｍａｔｉｃｗｅｌｄｉｎｇ．ＴｈｅｐａｐｅｒｉｓｆｏｃｕｓｅｄＯＮｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｐｌａｓｍａｃｌｏｕｄ，ａｎｄｆｉｒｓｔｍｌａｌｙｚｅｓｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｌａｓｍａｃｌｏｕｄｉｎｐｌａｓｍａａｒｃｗｅｌｄｉｎｇｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｉｎｔｅｒｐｌａｙｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｌａｓｍａａｒｃａｎｄｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｔａｔｅｏｆｐｌａｓｍａｃｌｏｕｄｉｓｃｈａｎｇｅｄｗｈｅｎｔｈｅｓｈａｐｅｏｆｔｈｅｐｏｏｌｉｓｃｈａｎｇｅｄ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｐｌａｓｍａｃｌｏｕｄａｎｄｔｈｅｓｈａｐｅｏｆｐｏｏｌｉｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ．ａｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｄｅｔｅｃｔｉｎｇｐｌａｓｍａｃｌｏｕｄｗｉｔｈｏｕｔｐｏｗｅｒｉｓｂｒｏｕｇｈｔｆｏｒｗａｒｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｌａｓｍａｓｈｅａｔｈｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｄｅｔｅｃｔｓｔｈｅｓｔａｔｅｏｆｔｈｅｋｅｙｈｏｌｅｆｒｏｍｔｈｅｆｒｏｎｔｓｉｄｅ．Ｉｔｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙｔｈａｔｉｔｉｓａｓｉｍｐｌｅａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅｓｈｅａｔｈｖｏｌｔａｇｅｉｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｐｌａｓｍａｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔ．Ｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔ，ｗｅｌｄｉｎｇｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｓｈｉｅｌｄｉｎｇｇａｓｆｌｕｘａｎｄｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｒｏｂｅａｎｄＳＯｏｎｈａｖｅａｎｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｓｈｅａｔｈｖｏｌｔａｇｅ，ｔｈｅｐａｐｅｒａｄｏｐｔｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｅｔｈｏｄｔｏａｎａｌｙｚｅａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｉｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅ．Ｆｏｒｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｋｅｙｈｏｌｅｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｐａｐｅｒａｃｈｉｅｖｅｓｔｈｅｓｔａｔｅｏｆｔｈｅｋｅｙｈｏｌｅｂｙｄｅｔｅｃｔｉｎｇｔｈｅａｎｇｌｅｏｆｐｌａｓｍａｃｌｏｕｄｅｊｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｗｅｌｄｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｔｈｅａｎｇｌｅｏｆｅｊｅｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｋｅｙｈｏｌｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｈｅａｔｈｐｌａｓｍａｃｌｏｕｄｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ独创性声明本人声明所里交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的磺究残果，除了文中跨爨细以捉注靼鍪溅之处羚，论文巾不包含其键人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得熬叠叁鲎或其他教育机构的学位或证书嚣使曩ｌ过的楗糕。
精 密 成 形 工 程第15卷 第8期178 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING2023年8月收稿日期：2023-05-06 Received ：2023-05-06基金项目：国家自然科学基金（51605201）；江苏大学大学生创新创业训练计划（20231222）Fund ：The National Natural Science Foundation of China (51605201); Jiangsu University College Student Innovation and En-trepreneurship Training Program (20231222)作者简介：邱涛（1998—），男，硕士生，主要研究方向为等离子弧焊接数值模拟。
Biography ：QIU Tao(1998-), Male, Postgraduate, Research focus: numerical simulation of plasma arc welding. 通讯作者：李天庆（1987—），男，博士，副教授，主要研究方向为焊接。
Corresponding author ：LI Tian-qing(1987-), Male, Doctor, Associate professor, Research focus: welding.引文格式：邱涛, 李天庆, 陈长新, 等. 等离子弧焊接熔池和小孔形成过程数值分析[J]. 精密成形工程, 2023, 15(8): 178-190. QIU Tao, LI Tian-qing, CHEN Chang-xin, et al. Numerical Simulation of Molten Pool and Keyhole Formation during Plasma Arc 等离子弧焊接熔池和小孔形成过程数值分析邱涛，李天庆，陈长新，王昊，陈璐（江苏大学 材料科学与工程学院，江苏 镇江 212013）摘要：目的 研究等离子弧焊接穿孔过程中熔池内部的金属流动情况和小孔动态变化过程。
