光谱诊断辅助水下湿法焊接等离子体成分计算

对水下湿法焊接等离子体成分的计算一直很少，文中通过搭建水下湿法焊接试验平台，对电弧光谱信息进行采集分析，根据诊断的结果及气泡成分的研究，确定了计算中所考虑的粒子. 在此基础上，通过对水下湿法焊接电弧等离子体的平衡方程的分析，基于质量作用定律，选择五种基本粒子，将其它粒子用这五种基本粒子表示，代入守恒方程组，在特定的压力和温度下计算了各个粒子的数密度，这种方法和传统的通过求解Saha方程等守恒方程组得到等离子体粒子数密度不同. 结果表明，不同温度区占据主要成分的粒子不同，对电弧等离子体产生的影响也不同，既可以为进一步研究水下湿法焊接电弧稳定性及焊接质量提供理论依据及基础，也可以和光谱信息结合进行温度计算及主要温度区间的粒子确定.     

高压水下湿法焊接电弧等离子体介质击穿机制

为研究深水湿法焊接电弧等离子体介质击穿机制，建立了高压水下湿法焊接试验平台，获取40 m水深电弧引弧阶段光谱图，基于PIC-MCC方法建立40 m水深湿法焊接电弧击穿放电三维数值模型并对其进行分析，将光谱诊断电弧等离子体温度、电子数密度和数值模型分析得到的结果进行对比，验证了模型的合理性与正确性.根据电弧光谱得到的电弧等离子体的主成分，从微观粒子角度对高压水下湿法焊接电弧等离子体动态演变过程展开研究,获得等离子体动态分布、粒子数目、电弧等离子体温度及电子数密度变化.结果表明，电子与背景成分水分子发生电离碰撞主要生成H⁺,OH⁺和O⁺，且OH⁺数目增长速度最快，H⁺次之，O⁺最后，在粒子数目上OH⁺远远大于H⁺和O⁺数目；电子与背景气体碰撞过程中发生了能量转移，运动到极板介质层的电子动能减小，电子与极板介质层电离碰撞反应弱化，直至达到饱和.     

水下湿法焊接等离子成分计算

水下湿法焊接所产生的电弧是在带电离子气体的气泡中形成的,结合前人对水下湿法焊接气泡成分的测定,分析了水下湿法焊接气泡中气体的主要解离和电离过程,对局部热力学平衡态下的不同水压、不同温度的水下电弧成分采用potapov模型进行了计算,其主要理论依据为Dalton分压定律、质量作用定律、电荷准中性条件和化学计量平衡条件.结果表明,随着水压由0.101 3 MPa变化到1.013 MPa再到10.13 MPa,离子体内H+,O,C,O+,C+的数密度呈现逐渐增加的趋势,同时电子数密度和离子体密度也跟随增加.而离子体总体平均电离度不受水压的影响.为进一步计算水下湿法焊接电弧的输运系数和水下电弧的仿真打下了基础.     

水环境对水下焊接过程影响研究现状

为研究水环境对水下焊接过程,特别是水下工程中应用广泛的水下湿法焊接过程的影响,从电弧形态、电弧热量、电弧电气特性等不同方面进行研究。首先对目前研究较为深入的高压非熔化极焊接进行调研,总结了压力环境对电弧的影响,进而对水下高压熔化极焊接从电弧、阴极斑点等方面的研究进行总结,最后,结合水环境对湿法焊接的特点,从电弧、气泡、环境介质等不同区域对焊接过程的影响分别进行调查研究。在归纳分析基础上,提出了改善水下焊接过程稳定性的建议。     

激光对TIG电弧温度分布影响的数值模拟

在激光-TIG复合焊接过程中,根据激光与电弧等离子体相互作用原理及控制方程,利用有限元数值模拟方法研究激光对TIG焊接电弧等离子体温度分布的影响.在电弧稳定状态下,分别计算了不同焊接电流和激光强度的电弧等离子体温度分布情况,并由此分析激光对电弧等离子体温度分布的影响.结果表明:随着焊接电流的下降,激光对电弧温度的影响作用越来越明显,并且激光光强越大,影响越明显;决定电弧温度分布的主要因素也由焊接电流转变为由激光光强和焊接电流共同作用.本研究为进一步研究焊接质量奠定理论基础.     

干式高压环境对TIG焊接电弧温度的影响

干式高压焊接时,环境压力对焊接电弧的影响不容忽视.电弧温度是焊接电弧物理特性的重要参数之一,测定高压环境下的电弧温度对于深入理解焊接电弧在高压环境下的物理特性,从而寻求改善水下干式高压焊接质量的新途径有重要意义.介绍了电弧等离子体光谱诊断方法,对高压环境下的TiG电弧光谱进行分析,建立了一套切实可行的高压环境电弧温度测量方法.对高压环境焊接电弧温度变化规律进行了分析,建立了环境压力与电弧温度的函数关系式,并对试验结果进行了讨论.研究结果对于高压环境焊接电弧物理特性的研究具有参考价值.     

高压干法水下焊接装备与技术的发展

介绍了国内外高压干法水下焊接模拟实验装置和高压干法水下焊接维修作业装备系统的发展现状,重点论述了高压下对焊接电孤行为的研究情况,包括环境压力对焊接电弧形态、稳定性、电弧电压特性、电弧电流密度、电弧温度场等的影响及变化规律.指出了高压干法水下焊接技术的发展方向及我国研究高压干法水下焊接技术的必要性.     

水下湿法药芯焊丝焊接气泡动态演变与其声脉冲分析

水下湿法药芯焊丝焊接(FCAW)以操作适用性好等优点在海洋设施维修中占有重要地位,焊接区域周围动态变化的气泡生长会影响焊接电弧的稳定性. 文中通过搭建水下湿法焊接试验平台,进行了湿法药芯焊丝焊接试验,利用传感器对焊接过程中的电弧电流电压信号,气泡声信号以及气泡高速图像进行了同步采集;研究了气泡声信号与气泡高速图像的对照关系,并对气泡声信号与电弧电流电压信号进行同步分析,获得了不同电弧燃烧状态下的气泡演变行为,以气泡声信号的变化来反映气泡演变对水下湿法焊接电弧燃烧的稳定状态的影响. 结果表明,气泡声信号可以清晰地反映焊接电弧燃烧的各种状态,能对不同气泡演变模式进行分类,并可从中分析其与电弧燃烧特性的对应关系.     

高压水下环境旋转电弧焊接的断路临界频率分析

在搭建高压水环境旋转电弧焊接硬件平台进行试验的基础上,得到高压舱中焊接电流和电弧电压的信号波形,对其进行了统计分析,从中可以发现大量的短路过渡．通过建立坡口扫描单元的数学模型、逆变电源模块的数学模型、动态电压负载模型、弧长变化模型、液桥行为模型各子块模型,在大系统范围内建立了高压水环境下旋转电弧传感焊接模型．结合与高压水环境旋转电弧试验所得焊接信息,在设定焊接电流和电弧电压不变的情况下,研究了旋转电弧传感器的旋转频率对高压水环境焊接过渡过程的影响．结果表明,当坡口为一定时,旋转频率由20Hz减少至13Hz再减少到10Hz时,断路现象逐渐减少．以此得到高压水下应用环境下,旋转电弧传感器焊接的断路临界频率．     

水下湿法药芯焊丝焊接电弧稳定性

利用焊接电弧电压信号的标准差和差异系数的倒数作为评价电弧稳定性的指标,通过试验研究了不同工艺条件下水下湿法药芯焊丝焊接的电弧稳定性．建立了湿法焊接电弧稳定性的敏感度模型,分析了各工艺参数如焊接电流、电弧电压、焊接速度和水深对湿法药芯焊丝焊接电弧稳定性的影响．结果表明,水深增大时,焊接电弧稳定性变差,特别是在浅水区域,增大水深可显著降低电弧稳定性;焊接速度增大,电弧稳定性变差;焊接电压对电弧稳定性影响很大,适当提高焊接电压可提高电弧的稳定性．     

水下焊接高压空气环境下GTAW电弧特性

利用自制的高压干法水下焊接模拟试验平台,首次系统研究了高压空气环境下GTAW电弧特性.结果表明,空气环境下GTAW电弧的安全压力范围可高达0.7 MPa;高压空气环境下的GTAW电弧电压值为12～19 V,略高于同样压力的氩气环境下氩弧值,其电弧静特性在电流大于50 A时呈上升特性;随着空气环境压力升高,GTAW电弧的弧柱电场强度与阴阳极压降增加,导致电弧静特性曲线上移,其上升率约为5～10 V/MPa.在试验数据的基础上,建立了高压空气环境下的GTAW电弧电压数学模型,该数学模型可用于综合分析计算电弧长度、环境压力和焊接电流对GTAW电弧电压的影响.     

水下湿法焊缝成形的响应曲面法建模及分析

水下湿法焊缝成形是影响水下焊接接头力学性能的重要因素.与空气中焊接相比,影响水下湿法焊缝成形的因素更复杂.在高压舱内进行不同水深湿法药芯焊丝焊接(FCAW)试验,通过响应曲面法(RSM)分别建立水下湿法焊缝的熔宽和余高与焊接参数之间的数学模型,分析了焊接电流、电弧电压和水深及其交互作用对水下湿法焊缝成形的影响.结果表明,水下湿法焊接时增大焊接电流和电弧电压都可以增大焊缝熔宽.熔宽随着水深的增大而减小,但随着水深的增大,水深对减小熔宽的作用逐渐减小.随着电流的增大,焊缝余高增大,且比电弧电压对余高的作用明显.     

水下湿法焊接浅水环境下FCAW电弧静特性

为了研究水下湿法焊接浅水环境下FCAW电弧特性,在自制的能够模拟不同水深的高压舱焊接系统内进行了一系列试验.并用编写的Lab View程序在采集到的电弧电压和焊接电流数据中选取焊接时较稳定的数据绘制电弧静特性曲线,对比分析了在相同的焊接工艺参数下常压空气中平板工件焊接和在浅水环境下水下湿法FCAW的电弧静特性,同时研究...     

基于旋转电弧传感器的水下焊接高压电弧仿真计算

旋转电弧传感器是焊缝自动化跟踪常采用的一种传感器,将它用于水下焊接是一门新课题.文章对高压环境下,采用旋转电弧传感器焊接所产生的电弧模型进行了仿真计算.结果表明,随着气压由0.1MPa升高到1MPa,电弧温度也升高,焊丝附近温度梯度也增大,同时电弧温度场由钟罩形转变为纺锤形.通过对两个不同气压下焊件表面温度的测量说明高压下要熔化同样的焊件需要施加更高的电源功率.对两个不同气压下旋转中心轴线与焊丝所在轴线纵向温度的对比可以证明使用电弧传感器的电弧加热形成的熔池截面形状应该是碗状的,而非指状.通过对电弧电流密度场和电场的分析解释了电弧温度场为纺锤形的原因.     

Sensitivity model for prediction of bead geometry in underwater wet flux cored arc welding

To investigate influence of welding parameters on weld bead geometry in underwater wet flux cored arc welding (FCAW), orthogonal experiments of underwater wet FCAW were conducted in the hyperbaric chamber at water depth from 0.2 m to 60 m and mathematical models were developed by multiple curvilinear regression method from the experimental data. Sensitivity analysis was then performed to predict the bead geometry and evaluate the influence of welding parameters. The results reveal that water depth has a greater influence on bead geometry than other welding parameters when welding at a water depth less than 10 m. At a water depth deeper than 10 m, a change in travel speed affects the bead geometry more strongly than other welding parameters.     

超声辅助水下湿法焊接工艺

水下湿法焊接过程电弧不稳定,常存在熄弧、焊缝成形不均匀等问题.针对这一问题,提出了超声辅助水下湿法焊接方法,其原理是将功率超声振动与常规水下湿法焊接相结合,通过超声振动作用改善焊接电弧稳定性、焊缝成形,进而提高水下焊接接头质量.超声辅助水下湿法焊接堆焊对比试验结果表明,超声辅助水下湿法焊接显著改善了焊缝成形,能够获得尺寸均一连续的焊缝;焊接过程稳定性提高,熄弧率明显减小,熔深增大,余高减小,焊缝中心区域的显微硬度减小.     

局部干法水下焊接电弧预热技术

针对局部干法水下焊接接头硬度过高等问题,根据固定式排水罩的特点,提出利用电弧进行预热的方法来改善局部干法水下焊接质量,阐明了预热垫板的设计安装和水下电弧预热的操作方式,并对水下电弧预热的可行性进行了试验验证. 通过焊接接头的工艺试验,对比焊前预热和未预热条件下所得焊接接头的综合力学性能. 结果表明,增加水下焊接预热功能后,焊接接头热影响区的最大硬度明显降低,冲击吸收功明显增加,有效改善了水下焊接接头的综合力学性能.