氩氦等离子体电弧特性的数值模拟

应用ANSYS软件对氩、氦等离子体电弧进行了数值模拟。通过前处理、求解、后处理,分别模拟了氩弧和氦弧的电弧温度分布。通过比较氩弧和氦弧温度场发现,氦弧的径向距离明显收缩。模拟结果表明:氩弧温度场分布呈钟罩形,而氦弧呈球形;氦弧的最高温度小于氩弧,但氦弧的平均温度高于氩弧。等离子体的热力学与输运性质不同是造成以上差异的主要原因。     

钨极氦气保护电弧焊电弧行为的研究

钨极氦气保护电弧焊的热功率大、生产率高,是一种很有前途的焊接工艺。氦气保护的特点、氦弧的弧态、氦弧的电特性和热特性是氦弧焊中的重要课题。本文用激光技术显示了氦气流,拍摄了氦弧、氩弧及氦氩混合气体保护焊电弧的弧态,测定了这些电弧的静特性和热功率分布,并进行了熔深试验。试验证明,与氩弧焊相比,氦弧阳极区热功率将近增加一倍,而工件熔深的增大却更为显著。但是,一般的氦氩混合气体保护焊时,阳极区的热功率和工件的熔深均与氩弧焊相差无几。因而,本文研究了内喷嘴通氦气、外喷嘴通氩气的双气分流式钨极气体保护电弧焊。这样在较小的氦气流量下,其熔深却接近于纯氦弧焊。     

保护气对焊接电弧行为与热输出特性的影响北大核心

为提高传统非熔化极惰性气体保护焊电弧的电弧力和能量密度,提出保护气为氦气的氦弧;试验中利用高速摄像记录氦弧的电弧形态,同时对电弧力和电流密度进行测量计算,并与传统氩弧进行分析对比。结果表明,在同一参数下氦弧同一截面直径明显小于传统氩弧;且氦弧电弧力的最大值大于传统氩弧;相同条件下氦弧的电流密度比传统氩弧更加集中。为对比焊接效果,在Q235钢板上做定点烧蚀试验,并对阳极表面熔池尺寸和焊接接头的晶粒度进行分析。试验结果表明,与传统氩弧相比,氦弧在焊接接头的熔深和熔宽都偏大,但晶粒度平均等级小于氩弧。     

保护气对焊接电弧行为与热输出特性的影响

为提高传统非熔化极惰性气体保护焊电弧的电弧力和能量密度,提出保护气为氦气的氦弧;试验中利用高速摄像记录氦弧的电弧形态,同时对电弧力和电流密度进行测量计算,并与传统氩弧进行分析对比。结果表明,在同一参数下氦弧同一截面直径明显小于传统氩弧;且氦弧电弧力的最大值大于传统氩弧;相同条件下氦弧的电流密度比传统氩弧更加集中。为对比焊接效果,在Q235钢板上做定点烧蚀试验,并对阳极表面熔池尺寸和焊接接头的晶粒度进行分析。试验结果表明,与传统氩弧相比,氦弧在焊接接头的熔深和熔宽都偏大,但晶粒度平均等级小于氩弧。     

铝合金等离子-MIG复合焊接电弧行为

试验发现铝合金等离子-MIG复合焊中,等离子弧焊接电流为130 A,MIG焊接电流为180 A(基值电流95 A)时,基值时期的MIG电弧在等离子弧附近燃弧阻抗小,复合焊中MIG电弧电压在脉冲基值时期低于单独MIG焊,电荷流效应使MIG电弧在基值时期偏向等离子弧,偏向等离子弧方向的MIG电弧主要电离介质为氩气.当MIG...     

高速列车用铝合金三元气体保护焊技术

研究了氩氦氮三元气体保护焊条件下的铝合金焊接技术,获得了高质量的焊接接头.结果表明,三元气体保护焊电弧收缩显著,溶滴过度稳定,改变铝合金MIG焊的电弧能量密度与温度分布,相对纯氩气体保护焊同等焊接电流下熔深显著增加,熔池流动行为及接头组织改善,冲击韧性和疲劳强度显著提高,阴极清理范围窄,焊缝表面光泽度高,电弧焊焊接操作性好.试验表明三元混合气体保护焊可以提高铝合金焊接质量,具有很高的工程应用价值.     

Ar-Fe混合气氛下电弧等离子体数值模拟

采用传统焊接方法,保护气体中通常会混入金属蒸汽进而影响焊接过程,应用ANSYS软件对考虑铁蒸汽气氛下焊接电弧进行数值模拟。通过前处理、加载、求解、后处理模拟出Ar-Fe不同比例下电弧温度场的分布。通过比较几种不同比例下的焊接电弧温度场发现,随着铁蒸汽的增大,电弧等离子体的温度明显下降;铁蒸汽达到一定比例,电弧呈收缩态。相比纯氩气,考虑了铁蒸汽的等离子体的热力学参数和输运参数等因素的不同是造成以上差异的主要原因。     

等离子——熔化极气体保护焊

绪言在等离子弧焊接中,压缩电弧保持在非熔化的钨极同喷口或工件之间的惰性气体中在熔化极惰性气体保护焊(MIG)中,电弧维持在工件和熔化电极之间,电极以焊丝形式送给。用冷的保护气体保护焊丝、电弧和焊道,以防止焊缝金属氧化和吸氮。而在等离子——熔化极气体保护焊(等离子MIG焊)中,焊丝的下部,脱离开的熔滴和MIG电弧被由钨极(位于焊丝旁边)所产生的高温等离子弧所包围。等离子弧的磁效应造成对焊接电弧的压缩,从而使焊缝得到较好的保护,电弧较为     

铝合金二元与三元气体保护焊技术比较

为认知铝合金三元气体保护焊接中微量氮气混入的重要性,研究了纯氩、氩氦二元气体保护、氩氦氮三元气体保护焊条件下铝合金焊接电弧形态、焊接接头宏观及微观组织、热影响区宽度的区别.试验结果表明,三元气体保护焊电弧收缩最为显著,焊缝晶粒最为细小,热影响区最窄,接头冲击韧性最高,焊接质量最高.纯氩气体保护焊焊接接头性能次之,氩氦二元气体保护焊接接头性能最低.结果表明,微量氮气的加入对于三元气体保护焊接质量提升是非常重要的因素.     

MIG焊接熔池形成与凝固过程数值模拟

利用FLOW3D软件建立三维数学模型,模拟A36船用低碳钢熔化极惰性气体保护焊(MIG)的瞬态温度场和流场,分析起弧后熔池形成和熄弧后熔池凝固两个过程。采用了双椭球热源模型,考虑了重力、电弧压力、表面张力、电磁力、浮力,以及辐射、蒸发、熔滴的动态冲击作用。结果表明,熔池形成过程中,熔池前部发生下凹变形,熔深慢慢增大,达到准稳态后基本保持不变。电弧下方液态金属温度最高,最高温度随时间变化不大,熔池内同时存在熔滴冲击力、电磁力引起的向内流动和表面张力引起的向外流动。熄弧后,熔池内只存在表面张力引起的向外流动,震荡幅度降低。熔池横截面具有一个较大的外接触角(均大于π/2),此时尽管存在液态金属的震荡,熔池也是稳定的。模拟预测的焊缝尺寸,形状与试验吻合良好。     

铝合金三元气体保护焊工艺

氩氦氮三元混合气体保护焊工艺在铝合金焊接中表现出一定的性能优势。文中从电弧电信号、温度场特征等方面进行系统测试,总结三元保护气焊与纯氩保护气焊的技术特点差异,测试分析三元混合气体保护焊的冲击韧性、接头硬度、微观组织,与纯氩保护焊进行对比。试验结果及实际焊工操作表明,三元气体保护焊电弧更为集中稳定,焊接接头韧性更高,气孔率更低,接头软化改善明显,焊接熔深增大,电弧更易控制,可以获得优良的焊接接头。     

氩氮混合等离子焊接电弧的数值分析

以直流正极性氩氮混合工作气体等离子焊接电弧为研究对象,依据磁流体动力学理论构建电弧的数学模型,运用有限元分析软件ANSYS建立了三维稳态下轴对称的、氩氮混合工作气体的1/2等离子焊接电弧的数学模型,得到了焊接电弧的温度场、电场、电磁场、速度场的形态分布特征.分析了氩氮混合工作气体等离子弧的特性,并与纯氩气时的等离子弧的温度场及阳极热流密度分布进行了对比.结果表明,采用混合离子气时,等离子电弧的弧心最高温度相对于纯氩气时有所提高,另外弧柱区的高温区向阳极偏移,阳极的热流密度相对增加.     

YAG-MIG复合焊接条件下复合等离子体动态特征

利用高速摄像,对单YAG、单MIG、YAG-MIG激光电弧复合焊接铝锂合金5A90时的等离子体动态过程进行了深入研究。结果表明:①YAG-MIG复合焊的等离子体在MIG弧存在阶段,与MIG弧具有相近之处,其周期性与MIG相似,但在MIG弧熄灭阶段与MIG焊和YAG焊都有明显的区别;②在强MIG等离子体复合强YAG等离子体时,复合焊的等离子体强度和形状发生明显变化,且不是二者的简单叠加结果。它呈现一种不规则的弧,充分说明尽管在单激光焊接时等离子体较弱,但在复合焊时,它对MIG弧的影响不容忽视;③在MIG微弧复合强YAG金属蒸气/等离子体时,发现其等离子体的强度高于单一激光焊,且形状也有较大差别,表明此时虽然MIG电弧仅为微弧,但它对YAG金属蒸气/等离子体有显著的影响。     

焊接设备第三部分等离子焊接设备

1等离子弧焊接特点 等离子焊接(PA)是在TIG焊基础上发展起来的焊接技术.它利用等离子弧作为热源,气体由电弧加热产生电离,在高速通过水冷喷嘴时受到压缩,增大能量密度和离解度,形成等离子弧.其稳定性、发热量和温度高于一般电弧,具有较大熔透力和焊接速度.形成等离子弧的气体和周围的保护气体一般为氢气.根据各种工件的材料性质,也可使用氦或氩氦、氩氢等混合气体.等离子焊接的适用面广,从低合金钢到高合金钢,从黑色金属到有色金属,特别是航空航天等军工和尖端工业技术所用的铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等金属的焊接,如钛合金的导弹壳体,飞机上的一些薄壁容器等.图67展示了等离子电弧和钨极氩弧焊电弧的不同.     

TIG焊电弧辅助MIG焊引弧过程分析与机理探讨

在TIG-MIG复合焊中,先引燃的TIG焊电弧能够辅助MIG焊实现非接触引弧,且在整个非接触引弧过程中不产生焊接飞溅. 利用电信号与高速摄像同步采集系统获取MIG焊引弧过程的电弧电压、焊接电流和电弧图像,研究了先引燃的TIG焊电弧及其参数变化对MIG焊引弧过程及引弧方式的影响. 结果表明,细长放电通道形成于MIG焊丝末端与TIG焊电弧之间是TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧的关键;TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧对TIG焊接参数的变化具有良好的适应性. 此外,基于气体间隙击穿的流注理论,探讨了细长放电通道的形成过程,揭示了TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧的机理.     

YAG—MIG复合焊接条件下复合等离子体动态特征

利用高速摄像,对单YAG、单MIG、YAG—MIG激光电弧复合焊接铝锂合金5A90时的等离子体动态过程进行了深入研究。结果表明：①YAG—MIG复合焊的等离子体在MIG孤存在阶段,与MIG弧具有相近之处,其周期性与MIG相似,但在MIG弧熄灭阶段与MIG焊和YAG焊都有明显的区别;②在强MIG等离子体复合强YAG等离子体时,复合焊的等离子体强度和形状发生明显变化,且不是二者的简单叠加结果。它呈现一种不规则的弧,充分说明尽管在单激光焊接时等离子体较弱,但在复合焊时,它对MIG孤的影响不容忽视;③在MIG微弧复合强YAG金属蒸气／等离子体时,发现其等离子体的强度高于单一激光焊,且形状也有较大差别,表明此时虽然MIG电弧仅为微弧,但它对YAG金属蒸气／等离子体有显著的影响。     

2219铝合金不同气氛下TIG焊焊接接头组织性能

为研究氦弧TIG焊焊缝质量,对比分析了2219铝合金氦弧TIG焊与氩弧TIG焊焊缝成形及组织性能.结果表明,在背部熔宽相同的条件下,氦弧TIG焊焊缝正面熔宽、下塌量及热影响区宽度均小于氩弧TIG焊,氦弧TIG焊与氩弧TIG焊焊缝的微观组织及第二相组织基本相似,焊缝区晶粒为等轴晶,热影响区晶粒为粗大的板条状,组织为粗大的α铝基体与金属间化合物Al₂Cu及少量的共晶组织,焊缝区的第二相组织明显多于热影响区,无法发挥弥散强化的作用.氦弧TIG焊与氩弧TIG焊焊接接头的断裂方式均为韧性断裂,抗拉强度基本保持一致,氦弧TIG焊焊接接头的断裂总延伸率高于氩弧TIG焊,维氏硬度高于氩弧TIG焊焊缝的硬度.     

TIG-MIG复合焊电弧分析及计算模拟

采用高速摄像系统对TIG-MIG复合焊系统的起弧和稳弧过程进行观察。用帕邢定律分析在有MIG焊电弧提供的导电通道情况下TIG焊电弧击穿的路径,确定了双电弧复合焊时的起弧过程,并用Fluent软件对双电弧系统不同起弧路径下的工件温度场进行模拟。研究发现,当电极间距小于8.5 mm时,TIG焊在MIG焊引弧后,2个熔池可形成一共同熔池;而间距为10 mm时引弧后2个熔池形成"8"字形;间距为12 mm时,2个电弧中间有一低温区,呈分离态。根据模拟结果制备的焊接接头最大抗拉强度为518 MPa。     

工艺参数对TIG-MIG复合电弧焊接过程的影响

搭建TIG-MIG复合焊试验平台,分别改变焊接电流、焊枪夹角及电弧间距等参数进行系列焊接试验,研究了该复合焊工艺特点。结果表明,TIG-MIG复合焊能够实现纯氩气保护下的稳定焊接,并且TIG弧的电流需要大于MIG弧电流;焊枪夹角对焊接过程和焊缝成形影响不明显;电弧间距影响焊缝成形特点,试验确定间距约为5mm时焊接效果最佳。     

电弧气氛对CO2激光与TIG电弧相互作用的影响

采用激光功率计、光束光斑质量诊断仪及高速摄像仪,对比研究了氩和氦气氛下CO2激光与直流TIG电弧垂直相互作用时的光束特性和电弧特性.结果表明,氩气氛时,激光功率显著衰减,光束散焦,功率密度分布严重劣化;与此同时,电弧电压降低,体积膨胀,甚至产生激光支持的燃烧波;而氦气氛时,激光电弧相互作用时光束特性及电弧特性变化很小.不同气氛时激光电弧相互作用的差异源于气体的电离能不同,电弧等离子体的电子数密度存在很大差异:氦弧的电子数密度较氩弧低一个数量级,因而氦弧对CO2激光的逆韧致吸收系数比氩弧低两个数量级.同时,氦弧的折射率与大气相比较差异很小,因而对激光束的折射效应弱.