外加磁场作用下焊接方法的研究进展

当前工业生产对焊接技术提出更高的要求,传统焊接方法的优化改进受到广泛关注。外加磁场作用于电弧等离子体会导致电弧行为发生显著改变,从而影响熔滴过渡和熔池形成过程,最终影响焊缝成形和接头质量。阐述外加磁场作用下焊接行为的研究进展,包括外加磁场对电弧形态和参数分布、熔滴过渡过程、熔池的形成和焊缝成形的作用规律。与传统焊接相比,外加磁场下熔滴过渡频率增加,焊缝组织晶粒更加细小均匀,接头的力学性能得到提升。     

外加电磁场辅助焊接技术的研究现状

外加电磁场辅助焊接是近年来新兴的技术手段,以非接触的方式作用于焊接过程,可以通过电磁力影响熔池流动、电弧形态及熔滴过渡行为等方式提高焊缝性能及生产效率、改善焊缝成形及组织结晶。分析总结了国内外学者利用不同类型外加电磁场对熔池流场、焊接电弧和熔滴过渡的影响,其中主要包括外加横向磁场、外加纵向磁场、外加尖角磁场等;但是由于外加电磁作用下电弧熔积成形的物理过程极其复杂,焊接过程中热、力和电磁等物理场作用机理尚未分析透彻,深入的理论和数值研究成为迫切需要。     

高频交变磁场对大电流GMAW熔滴过渡和飞溅率的影响

在熔化极气体保护焊过程中,采用大送丝速度,增大焊接电流和焊丝伸出长度是提高焊接熔敷率的直接途径.但当熔滴过渡转变为旋转射流过渡时,电弧不稳,飞溅增大,焊缝成形变差.施加不同频率的纵向交变磁场,对焊缝成形进行控制.采用高速摄像技术,拍摄焊接过程中的电弧形态和熔滴过渡,研究不同频率的磁场对熔滴过渡和焊接飞溅率的影响规律.结果表明,熔滴过渡形式不同,产生飞溅的机理不同;外加频率为1 000 Hz纵向交变磁场时,电弧的旋转半径减小,电弧的挺度增大,旋转射流过渡时电弧更稳定,焊接飞溅率降低,焊缝成形改善.     

外加纵向磁场对短路电弧与熔滴过渡的作用

利用高速摄像装置拍摄外加纵向磁场作用下的CO2焊接电弧,对电弧形态进行了研究。通过高速摄像照片得知,在外加纵向磁场的作用下,CO2焊接电弧在一最佳磁场参数范围内,呈上端收缩、下端扩张高速旋转的钟罩形。根据试验结果计算出CO2焊短路过渡的短路时间和燃弧时间,分析了外加磁场对熔滴过渡的控制作用。     

外加纵向磁场作用下的MIG焊电弧形态

利用高速摄像装置拍摄外加纵向磁场作用下的MIG焊接电弧,对电弧形态的变化进行研究.通过电弧照片可以明显看出,在外加间歇交变纵向磁场的作用下,MIG焊接电弧沿着焊丝轴向发生逆时针和顺时针交替变化的旋转运动.磁场频率一定时,随着激磁电流的增大电弧扩张、亮度变小、电弧电流减小;激磁电流一定时,随着磁场频率的增大.焊接电弧旋转频率变大.在外加纵向磁场作用下,熔滴形态发生椭球形变化,焊接电弧随着熔滴形态的变化而改变.激磁电流为0.5～0.8A时,随着激磁电流的增大,焊接电流衰减幅度较大;激磁电流为0.8～1.5 A时,随着激磁电流的增大,焊接电流衰减幅度减小,逐渐趋于平缓.     

外加纵向磁场对CO_2焊短路过渡频率的影响

针对CO2气体保护焊熔滴短路过渡时飞溅大,短路过渡频率不稳定的特点,引入与焊枪同轴的直流外加纵向磁场对熔滴短路过渡过程进行控制.通过AH-XIX型汉诺威焊接质量分析仪对不同规范焊接参数和不同磁感应强度下施焊时电弧信号的采样,实验得出当磁感应强度在一定范围时,电弧信号稳定,短路频率十分均匀且偏高.讨论了外加纵向磁场改善电弧形态和熔滴短路过渡的受力方式对过渡频率的影响.     

旋转电弧GMAW堆焊短路过渡熔池动态仿真

为探究旋转电弧GMAW堆焊短路过渡时熔池的温度和对流分布规律,利用Flow-3D软件建立三维数学模型,采用球形旋转热源模型,考虑重力、熔滴拖拽力、表面张力、浮力作用,模拟了堆焊状态下,工件材料为Q235的旋转电弧GMAW短路过渡的熔池成形规律. 采用流体体积法追踪熔滴过渡和熔池表面的自由变形,并分析熔滴进入熔池时熔池内部温度场和流场的变化. 结果表明,熔池形成过程中,旋转熔滴对熔池有搅拌作用,并使熔池内部液态金属活性增强,流速变快,熔池内部液态金属体积变大,熔池的宽度变大. 模拟预测的焊缝尺寸、形状与试验吻合良好. 为优化焊接工艺参数、改善旋转电弧GMAW堆焊焊缝质量提供参考依据.     

磁致旋转射流过渡MAG焊接工艺分析

在设计一种工程实用性强、小型化的纵向磁场发生装置的基础上,将纵向磁场引入到98％Ar＋2％O2保护的射流过渡MAG焊中,提出了一种稳定、可控、有规律的磁致旋转射流过渡MAG焊接工艺,并详细研究了励磁电流（磁场强度）对电弧形态及运动行为、焊丝熔化特性、熔滴过渡机制和焊缝成形的影响规律,同时指出了该工艺的不足之处一纵向磁场在抑制指状熔深的同时却形成了偏心焊缝。结果表明,外加纵向磁场后,MAG焊电弧、液锥和液流束都偏离焊丝轴线并高速旋转,熔滴过渡虽然偏离了焊丝轴线,但仍在电弧烁亮区内部进行;随着励磁电流的增大,电弧旋转角速度增加,可见弧长缩短,熔滴过渡速度加快,焊接电流减小,焊丝熔化系数提高。     

纵向磁场作用下MIG焊熔滴过渡过程的分析

以外加间歇交变纵向磁场MIG焊接铝合金为研究对象,采用高速摄像技术拍摄熔滴形成、长大及脱离的过程,观测并分析外加纵向磁场和不加纵向磁场时熔滴过渡的特点.结果表明,外加间歇交变纵向磁场的熔滴在过渡过程中发生了明显变化,其形态由不加磁场时的球形变为扁长的椭球形,偏离焊丝轴线下落,并且熔滴自身发生旋转.在磁场频率相同的情况下,激磁电流较小时熔滴过渡所需时间在4.5～6 ms范围,激磁电流较大时熔滴过渡所需时间在5～15 ms范围内,可知激磁电流对熔滴过渡影响较大.     

外加磁场下GMAW熔池电磁力的有限元计算

针对外加各种磁场作用下的GMAW堆焊过程,开发了基于电弧简化模型的熔池电磁力工程化有限元计算方法. 利用此方法,系统研究了无外加磁场、外加纵向磁场和横向磁场三种工况下熔池内电磁力的分布情况,并预测了电磁力对熔池对流的影响. 结果表明,焊接自有磁场驱动了熔池中心收缩下沉流;外加纵向磁场导致周向搅拌流,形成电磁搅拌细化晶粒;外加横向磁场可以驱动熔池流动演变为"单涡"对流状态,有利于熔池接纳熔滴减少飞溅. 基于模拟结果的预测与试验结果吻合,因此验证了所用计算方法的正确性.     

外加磁场对MIG焊熔滴过渡形式和焊缝组织性能的影响

利用Phtron512×512高速摄像机拍摄MIG焊熔滴过渡的方法,研究了纵向磁场脉冲MIG焊接铝合金熔滴过渡形式变化的规律和原因.熔滴过渡不仅与焊接电流、电弧电压有关,而且外加纵向磁场的电流和磁场频率也显著影响熔滴过渡方式.在焊接电流大于临界电流值时,通过改变外加磁场的电流和频率可以获得喷射过渡和旋转过渡.激磁电流和磁场频率需要恰当匹配,而且还必须与焊接参数相适应,才能保证获得稳定的熔滴过渡形式和最佳的晶粒细化效果.试验结果表明,焊缝金属的抗拉强度、断后伸长率及焊接接头的冲击吸收能量得到显著提高,改善了焊缝的接头强度和塑性.     

高效MAG焊接熔滴过渡行为及交变磁场控制试验分析

探索更加高效的焊接方法和工艺是当前国际焊接界一个热点课题,而增大焊接电流和焊丝伸出长度可直接提高MAG焊焊接效率. 文中对商用MAG焊机进行改造,使送丝速度达到50 m/min,焊接电流提升至500 A以上,以进一步提高焊接效率. 但是熔滴旋转射流过渡的形成,导致电弧不稳,飞溅增大,因而采用外加交变磁场来改善电弧形态和熔滴过渡行为. 通过焊接工艺试验,分析了焊接电流对焊接飞溅率和金属蒸发速率的影响规律,研究了交变磁场对熔滴过渡行为和焊缝成形的作用. 结果表明,外加低频交变磁场可以有效提高大电流下电弧挺度和稳定性,缩短液流束长度,减小液尖偏斜程度,进而改善焊缝成形,大幅度提高焊接效率.     

外加磁场对CO2焊接短路过渡焊缝成形的影响

针对CO2气体保护焊飞溅大,成形差的缺点,本课题利用外加纵向磁场控制CO2焊短路过渡.通过实验得出在外加纵向磁场作用下,熔深减小,熔宽增加,堆高略有增加,焊缝大致成"宽而浅"的形状,明显改变了CO2焊短路过渡的焊缝成形.在纵向磁场作用下,电弧中的带电粒子作螺旋运动,使得电弧旋转并扩张,电弧呈一空心"钟罩"型,电弧能量呈"双峰"状分布,导致熔宽增加,使得熔深变小,堆高略有增加.     

国内外典型药芯焊丝的熔滴过渡及其工艺特性

采用高速摄影、平板堆焊以及化学分析等试验方法,测试、对比研究了国内外3种典型钛型渣系药芯焊丝的熔滴过渡及其工艺特性.结果表明,基于3种焊丝熔滴过渡特性与工艺性之间的关系,提出改善熔滴过渡特性新观点,即控制熔滴尺寸是必要条件,而控制"熔滴大角度过渡次数"、"熔滴存在时间和过渡间隔均匀性"、"熔滴依附渣柱过渡次数"等指数是充分条件,二者缺一不可.药芯焊丝的非轴向排斥滴状过渡形态、渣柱直接进入熔池,以及电弧区焊丝接口纵向张开现象,可能导致焊接冶金反应不完全和冶金过程新变化.熔滴过渡区的渗Si反应使熔滴氧化增氧,熔滴被细化,有利于改善熔滴过渡特性.3种典型药芯焊丝的熔滴过渡形态和电弧形态接近,然而过渡指数不尽相同,表现为B焊丝有3项工艺性指标领先,其机理在于控制熔滴过渡和电弧形态的"充分"、"必要"条件均占优势.     

外加纵向磁场对直流正接MAG焊的研究

介绍了在纵向磁场作用下直流正接MAG焊的熔滴过渡过程,分析了磁场参数对焊接电弧、熔滴过渡、焊丝熔化特性和焊缝成形的影响规律,进而确定磁控技术在直流正接MAG焊中应用的可行性。利用纵向磁场对电弧烁亮球运动特点的控制和约束作用,降低了由于电弧烁亮球活动范围过大而引起的焊接飞溅。     

磁场对双丝间接电弧焊熔滴过渡的影响

对磁场作用下的双丝间接电弧气体保护焊熔滴过渡变化规律进行了研究,通过励磁线圈对间接电弧施加外部横向及纵向磁场,磁感应强度值由特斯拉计侧出,熔滴过渡过程借助于高速摄像系统拍摄,并由示波器同步记录下电流和电压值的变化.研究表明,随正向横向磁场强度增加,熔滴颗粒变细,过渡频率增加,随负向横向磁场强度增加,熔滴颗粒变大,过渡频...     

空心钨极同轴填丝焊接丝弧交互作用机制

空心钨极同轴填丝焊接焊丝与电弧(丝-弧)交互过程是决定焊接质量的关键.首先利用高速摄像观察分析了空心钨极电弧与实心钨极电弧形态,及其对焊缝成形特征的影响规律,然后构建了熔丝过程受力模型,系统分析了同轴填丝焊接过程中熔滴形成及过渡过程动力学特征.结果表明,空心钨极电弧表面辐照区域大于实心钨极,在大电流工艺条件下焊缝成形稳定;熔滴形成阶段,焊丝末端熔滴处于静力平衡状态,在较大表面张力作用下,无法自发从焊丝末端直接过渡进入熔池;熔滴过渡阶段,部分电流从焊丝流过,产生电磁收缩力,引起焊丝与熔池之间的熔滴摆动.     

不锈钢的药芯焊丝焊接过程中熔滴过渡行为分析

采用高速摄像与电信号同步分析系统分析不锈钢药芯焊丝焊接过程中的熔滴过渡和电流电压波形特点。结果发现,当电流为150 A时,焊接时容易出现短路过渡,引起飞溅,电弧形态不太稳定,主要过渡方式为非轴向大滴排斥过渡;随着电流增大,电弧趋于稳定,飞溅明显减少,表面张力对熔滴过渡起一定作用;当电流达到240 A时,无短路过渡现象发生,几乎无飞溅产生,电弧形态基本保持不变,焊接过程稳定。焊接过程中焊丝与熔池间形成的渣柱有助于熔滴脱离焊丝进入熔池。     

气体成分对磁致旋转喷射过渡焊接过程的影响

分析了不同气体成分(纯Ar、ψ(Ar)98% ψ(O2)2%、ψ(Ar)80% ψ(CO2)20%)下的磁致旋转喷射过渡焊接工艺的电弧形态及运动特征、熔滴过渡机制和焊缝成形特点.试验结果表明,施加纵向磁场后,焊接电弧和液流柬都偏移焊丝轴线一定的角度作有规律的旋转运动,其中采用ψ(Ar)80% ψ(CO2)20%)的电弧旋转速度最大,纯Ar次之,而ψ(Ar)98% ψ(O2)2%最小,并且后两者的电弧偏离焊丝轴线的角度较小,焊丝端头始终在电弧的包围之中,而前者的阳极弧根仅分布在液流束的端部,飞溅较大;利用纵向磁场时焊接电弧的附加电磁力促使电弧旋转还能够改善焊缝成形.     

外加磁场和深冷处理在铝合金焊接中的应用现状

文中对铝合金焊接在外加磁场和深冷处理方面的研究进展进行了系统的综述，重点分析了外加磁场和深冷处理对铝合金焊接过程中电弧物理和宏观效果影响及其与焊接工艺之间的关系，并从微观相组织、力学性能、形成机理等不同尺度对微观组织方面的研究成果进行了综述和分析。结果表明，外加磁场的引入改变了焊接电弧的形态、熔滴过渡的方式、熔池中熔融金属的流动，在合适的磁场工艺参数下可以得到良好的焊缝组织和形态；深冷处理后铝合金的晶粒发生转动，并且细化，最终可使深冷处理部位的性能更加优异。该文为铝合金焊接在外加磁场和深冷处理方面的研究和应用提供一定的指导。