电流脉冲频率对TIG焊电弧影响机理的研究

本文介绍了TIG焊电弧“高频压缩效应”机理,测定了脉冲电弧的温度场、压力,发现高频TIG焊电弧阳极区较直流电弧能量集中,提出高频TIG焊合适的脉冲电流、波形和频率的范围。     

焊接学会第Ⅻ委1988年专业学术会议部分论文摘要(三)

微机控制熔化极脉冲窄间隙焊缝自动跟踪系统从窄间隙焊的实际出发,设计了一种以坡口棱边为依据的新型跟踪传感器——光电数字传感器,该传感器能直接以数字形式给出偏移量的大小,且体积小、抗干扰能力强,并以单板计算机为主体组成控制系统,有效地实现了对焊缝的跟踪. (西北工业大学陆依成等) 高频脉冲TIG辉电弧阳极行为的研究对高频脉冲TIG焊电弧阳极的平均电流密度分布及其中心电流密度动态过程进行了测定及研究,并建立了数学模型。还利用自制的微压测试装置,研究了高频脉冲TIG焊电弧阳极轴向压力的分布,建立了数学     

矩形波直流脉冲TIG焊电弧稳定性的研究

矩形波直流脉冲TIG焊小电流焊接薄板时,电弧稳定性是一个关键问题。本文利用计算机快速采集数据的光电光谱法和100MHz高频示波器对脉冲TIG焊电弧的动态过程进行了系统的测试研究。找到了脉冲电弧稳定性的评定方法及其影响因素。提出了控制脉冲TIG焊电弧的稳定性措施及高频氩氮电弧焊新工艺。     

工艺参数对耦合AA-TIG焊电弧阳极电流密度的影响

针对耦合电弧AA-TIG焊,采用基于不锈钢阳极的钨探针法研究了主要工艺参数对电弧阳极电流密度分布的影响规律.与常规TIG焊电弧相比,在相同条件下耦合AA-TIG焊电弧的阳极电流密度明显降低,并随着电弧电流和辅助电弧中氧气流量的减小以及钨极间距和弧长的增大而减小.当主钨极和辅助钨极的间距较小时,耦合AA-TIG焊电弧的阳极电流密度符合高斯分布;当钨极间距较大时,阳极电流密度向双峰分布过渡,电弧边缘部位符合二次高斯分布,而中心部位偏离二次高斯分布.     

不同电流密度下的TIG焊电弧行为分析

文中以TIG焊电弧为研究对象，通过流体力学和电磁学耦合理论建立了不同电流密度下的二维轴对称数学模型. 通过Fluent用户自定义函数(UDF)二次开发，对自由状态下的TIG焊电弧行为进行了数值模拟，获得了不同电流密度下的TIG焊电弧热场和流场的分布规律. 结果表明，TIG焊电弧阴极温度较高，在较大的电流密度下，阴极区域存在较大的电势差，等离子体受到向下向内的电磁力增大，造成其最大运动速度增大，对阳极造成了强有力的冲击，形成较大的电弧压力. 同时验证了TIG焊电弧的热场呈现典型钟罩形态，在焊接过程中氩气比热容在钟罩电弧内部存在带状低谷区域.     

气体流量和耦合度对GPCA-TIG焊电弧特性影响的数值模拟

根据磁流体动力学理论和组分守恒建立气体熔池耦合活性TIG焊电弧二维数学模型,采用简化阴极边界层模型将阴极与电弧耦合求解,计算得到了不同外层氧气流量与耦合度下电弧等离子的温度、氧气分布、阳极表面电流密度和热流密度等特征参数。结果表明,与TIG电弧相比,气体熔池耦合活性TIG电弧收缩,流速增大,阳极表面电弧压力升高;增大外层氧气流量或增大耦合度,电弧最高温度均上升,氧气向电弧区域扩散趋势更明显,电弧形貌略有收缩,阳极表面电流密度与热流峰值均略有增大。     

高频脉冲TIG焊电源

采用两套斩波电路输出端并联的方式,设计了一台高频直流脉冲TIG焊电源。该电源可以输出不同频率、不同占空比、具有陡峭上升沿和下降沿的脉冲电流,并且基值电流和峰值电流可以独立调节。对比了常规直流TIG焊和高频直流脉冲TIG焊电弧的挺直度,结果表明,在电流平均值相同的情况下,无论在高速焊接还是V型坡口焊接中,高频电弧都具有良好的挺直度,焊接工艺性能明显优于普通直流TIG焊。     

小功率脉冲激光-TIG电弧复合焊的电弧及熔池行为研究

利用小功率脉冲激光-TIG电弧复合焊在2mm厚度的不锈钢上进行堆焊,研究脉冲激光束(持续时间4 ms、峰值300 W、频率15 Hz)对电弧形态、熔池行为和焊缝成形的影响。结果表明,脉冲激光加入后,电弧中心高温区发生膨胀,并将电弧阳极斑点稳定在激光斑点处,TIG电压发生升高。当脉冲激光作用到熔池上时,熔池液态金属迅速向后方流动,熔池长度迅速增大;激光脉冲消失1ms后,熔池长度才开始逐渐减小,2 ms后液态金属向前回流,致使焊缝表面形成了鱼鳞纹,改善了焊缝表面成形。激光-TIG电弧复合焊的熔深是TIG焊的1.77倍,是激光焊熔深的2.6倍。而在相同熔深下,复合焊接速度比TIG焊提高了50%。     

双钨极TIG电弧压强分布及其与等离子体喷射的关系

建立一个三维的统一的双钨极TIG焊模型,利用磁流体动力学理论对双钨极、电弧、阳极三个区域进行统一求解,获到双钨极电弧的压强分布,探究等离子体喷射与对电弧压强的关系。研究发现,双钨极TIG在钨极下方、阳极上方以及两束等离子体流交汇处存在较大的电弧压强,这些高压区的形成与等离子体喷射存在因果关系。计算发现,双钨极TIG焊在阳极表面上的最大压强远小于单钨极TIG焊的,这为双钨极TIG焊的应用提供了一些理论基础。     

TIG焊工艺发展研究

文中针对TIG焊工艺发展，综合考虑TIG焊在实际生产应用中焊接效率低等问题，在充分调研近年来新型TIG焊技术进展情况，从电弧集中、能量分布、熔深控制、提升效率等方面，对活性焊剂TIG (A-TIG)焊、热丝TIG焊、TOP-TIG焊、窄间隙TIG焊，双电极TIG (T-TIG)焊、超声波-TIG混合电弧(U-TIG)焊、TIG-MIG焊、小孔TIG (K-TIG)焊、高频脉冲TIG (H-TIG)焊、磁场控制TIG焊(M-TIG)和空心钨极负压电弧焊等方法进行了综合阐述及评价。     

镁合金交流TIG和脉冲TIG组织性能分析

采用交流TIG和交流脉冲TIG两种焊接方法焊接变形镁合金AZ31B板材,利用高速摄像机和红外热像仪研究稳定焊接过程中的电弧形态和焊接温度场,观察焊接接头的微观组织并进行力学性能拉伸试验.发现脉冲焊接在峰值电流加热时的电弧形态明显大于交流TIG焊接时的电弧.对比焊接温度分布曲线可以看到,脉冲焊接时熔池两侧区域的冷却速度更快.脉冲焊接接头的热影响区更窄,而且晶粒更细小均匀.拉伸结果显示交流脉冲TIG焊接接头强度高于交流TIG焊接接头强度.     

Influences of welding conditions on the constricted TIG arcs

We investigate, how welding conditions affect the arc in TIG welding with a constricted nozzle by numerical simulation using an axial-symmetric two-dimensional model. When helium is used as a shielding gas, the effect of the constricted nozzle is more remarkable than argon. The heat flux to the centre of the anode surface increases more with a higher welding current. This feature is suitable for pulsed welding. Even if an electrode is consumed and its tip angle is changed, a stable arc plasma and heat intensity are obtained.     

激光辅助TIG电弧焊接高强铝合金的研究

采用激光辅助TIG电弧的焊接方法对2014高强铝合金进行了焊接。通过分析焊接过程所采集的电流、电压信号和焊接接头的抗应力腐蚀试验数据,研究了低功率激光对TIG电弧功率和焊接接头性能的影响。结果表明,加入500 W激光后,EN时段电弧两极间的电压下降明显,而EP时段的电压未发生明显改变;TIG电弧的脉冲峰值功率和脉冲基值功率均有较大程度的下降。与TIG焊相比,激光辅助TIG焊的焊缝熔深变大,熔宽变小,焊缝表面更加平整,热影响区变窄,焊缝中心区晶粒有一定的细化,提高了抗应力腐蚀性能。     

An introduction to physical phenomena in arc welding processes

As is well known, arc discharges have been applied to various processes such as welding, cutting, spray coating, melting and refining. Unlike electrodeless discharge methods such as high frequency discharge of inductive coupling type (eg. RF discharge), arc discharge is a polarized discharge in which the arc is generated between the positive and negative electrodes.¹ Accordingly, when the arc discharge is applied to welding processes, the material becomes one of the electrodes. In TIG welding, the material, that is, the molten pool, generally acts as the anode to the tungsten cathode. As shown in Fig. 1, TIG welding processes are based on the close energy balance between the 'electrode-arc plasma-molten pool'. On the other hand, for the formation of the molten pool, energy transfer from the arc is also important, but energy transfer in the molten pool after that is extremely important, too. In TIG welding of steels, in which energy transfer by convection current becomes dominant rather than thermal conduction,² the penetration at the weld joint has hugely different geometries according to the difference in convective current phenomena at the molten pool. As a driving force of convective current in the molten pool in TIG welding, four forces have been considered,^2-6 as shown in Fig. 1. They are the drag force (friction force) caused by plasma jet (cathode jet) generated by the arc, the buoyancy force induced by the density difference inside the molten pool, the electromagnetic force induced by the current flow inside the molten pool and Marangoni Force induced by the surface tension gradient of the molten pool. These four forces can be said to be also based on the close force balance of the 'electrode-arc plasma-molten pool', as with the energy balance.     

空心钨极TIG焊电弧特性数值模拟

建立了内径2 mm的空心钨极TIG焊电弧数值模型,用Fluent软件用户自定义函数(UDF)功能加载了氩气电导率、动量方程和能量方程的源项,计算了稳态下焊接电流为60 A时电弧的温度场、流场以及电弧压力,并与相同条件下实心钨极TIG焊电弧作了对比. 结果表明,空心钨极TIG焊电弧呈钟罩形,空心钨极圆环放电和钨极中心气流的冷却作用使得电弧温度分布云图顶部下凹;电弧等离子体在钨极下方运动速度较快,阳极表面电弧压力呈柱状分布,弧柱区空间压力分布比较均匀;与相同电流条件下TIG焊相比,空心钨极TIG焊电弧峰值温度降低17.3%,钨极下方2 mm位置处峰值温度降低27%,等离子体最大运动速度降低40%,电弧压力峰值降低57%,堆焊焊缝熔宽增加30%,熔深减小27.9%.