Physics characteristic of coupling arc of twin-tungsten TIG welding

1 Introduction It is well known that high effeciency and high quality welding is the developing target of welding technology[1, 2]. TIG welding is one of the high quality and widely applied welding methods because its arc is stable, its precess is easy t…     

超声复合焊接系统声场模拟及焊接电弧压力分析

提出了超声复合焊接空间中声场参数的分析方法,根据超声复合焊接特性构建了分析模型,利用COMSOL有限元分析软件模拟分析了声场参数随着发射端半径的变化情况,同时模拟分析了声场参数在不同电弧空间高度的变化规律.采用静态小孔法对不同焊接参数下稳定燃烧的直流U-TIG焊和普通TIG焊的电弧压力分布进行了测量.结果表明,U-TIG焊电弧压力峰值明显高于普通TIG焊,复合电弧能够提高焊接时熔池表面上方的电弧压力水平,但是随着电流增加,U-TIG焊和普通TIG焊电弧压力峰值的差值减小.分析认为大电流时,弧柱中心区域温度很高,电流密度很大,使TIG焊电弧压力峰值明显升高,而U-TIG焊电弧等离子流力受到气体流量的限制,电弧压力峰值增幅减小.     

双钨极氩弧焊耦合电弧压力分析

双钨极氩弧焊(twin-electrode TIG, T-TIG)的耦合电弧是由设置在同一个焊枪中的两个相互绝缘的钨极各自产生的电弧耦合而成的.这个耦合电弧在物理特性上不同于传统单钨极TIG电弧.以试验为基础,分析了耦合电弧的电弧压力特性,并对比单钨极电弧就焊接电流、电弧弧长、钨极间距和钨极形状对耦合电弧压力分布的影响进行了研究.     

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。     

耦合电弧AA-TIG焊电弧压力测量与分析

针对耦合电弧AA-TIG焊接法(arc assisted activating TIG welding),采用基于不锈钢作阳极的静态小孔法对其电弧压力进行了测量,研究了主要工艺参数对电弧压力分布的影响规律.与常规钨极氩弧焊相比,在相同条件下耦合电弧AA-TIG焊的电弧压力峰值明显降低,并随着焊接电流的减小、钨极间距的增大、弧长的增大、辅助电弧中氧含量的减小而减小.在2mm钨极间距时,电弧压力服从高斯分布,随着钨极间距的增大电弧压力向双峰分布过渡.     

耦合电弧钨极TIG焊电弧压力的测量与分析

开发了一种耦合电弧钨极,可显著降低电弧压力,消除咬边和驼峰焊道等缺陷,实现较高速度的TIG焊接.针对这种钨极进行了TIG电弧压力测量,研究了主要工艺参数对电弧压力分布的影响规律.结果表明,与传统TIG电弧相比,在相同参数下耦合电弧钨极TIG电弧压力峰值明显降低,并且随着弧长的增加、钨极伸出长度的增加、焊接电流的减小、电极槽宽的增大以及钨极直径的增大,耦合电弧钨极TIG焊的电弧压力峰值减小.对电弧压力的影响由大到小依次为焊接电流、钨极伸出长度、弧长和钨极直径、电极槽宽.     

耦合电弧AA-TIG高速焊工艺

传统TIG焊焊接熔深浅、效率低,焊接速度提高时会出现咬边和驼峰等焊接缺陷.传统活性焊(A-TIG)相对于传统TIG焊可以显著增加熔深,但由于电弧压力作用,在高于一定焊接速度时仍会出现咬边和驼峰等焊缝缺陷.以SUS304不锈钢为母材,提出新型的耦合电弧AA-TIG(arc assited activatingTIG we...     

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.     

耦合电弧钨极GPCA-TIG焊工艺

将耦合电弧钨极和GPCA焊方法结合,形成了耦合电弧钨极GPCA-TIG焊方法,该方法可实现深熔深高速度焊接.对比分析了在较高焊接速度时常规TIG焊、耦合电弧钨极TIG焊和耦合电弧钨极GPCA-TIG焊的焊缝表面成形和截面形貌,发现耦合电弧钨极GPCA-TIG焊可避免咬边和驼峰焊道的产生,并且焊缝熔深有所增加.耦合电弧钨极GPCA-TIG焊工艺试验表明,焊缝熔深和熔宽随焊接速度的减小和外喷嘴位置的升高而增大,随着弧长和外层氧气流量的增加先增加后略有减小;随着焊接速度的减小,弧长和外层氧气流量的增大,焊缝咬边减轻,外喷嘴相对高度变化时焊缝均未出现咬边.     

不锈钢高频复合双钨极氩弧焊接工艺方法

针对双钨极TIG焊存在的电弧压力小、焊缝熔深浅等问题,提出了一种新型焊接工艺方法——高频复合双钨极TIG焊(high frequency hybrid twin-electrode TIG welding, HFHT-TIG焊),在双钨极氩弧焊的一个钨极上通以高频脉冲电流,达到提高电弧压力和挺度、搅拌熔池、细化晶粒、改善接头组织和力学性能的目的. 采用HFHT-TIG焊进行了6 mm厚奥氏体不锈钢焊接工艺试验,并与双钨极TIG焊接头进行对比. 结果表明,HFHT-TIG焊能够显著提高电弧挺度和电弧压力,焊缝表面成形更佳,横截面对称性更好,焊缝区的树枝晶组织更加细小,断口韧窝更加均匀和细密,接头的抗拉强度和断后伸长率分别提高了12.1%和30.2%.     

真空磁压缩等离子弧焊接方法的研究

本文介绍了一种新的焊接方法——真空磁压缩等离子弧焊接。真空磁压缩等离子弧是将低真空中的自由电弧用与电极同轴向的磁场压缩后获得的。实验表明,随着气压的降低,自由电弧会越来越扩展,弧根区的电流密度越来越低,直至产生“旁弧”,不能稳定燃烧而熄灭。而且这种低真空自由电弧难以用和普通等离子弧相似的机械方法压缩。采用轴向磁场可以有效地压缩真空电弧。磁压缩的效果随气压的降低趋于明显,气压低于1.33×10~2Pa 时,几十分之一特斯拉(T)的磁场就可获得略粗于电极、上下直径近似相等的弧柱,我们称之为真空磁压缩等离子弧。使用真空磁压缩等离子弧作为热源,可以焊接一般金属和活泼金属,其熔透工件的能力可超过大气氩弧,并可用调节磁场强度的方法,调节电弧的能量分布。与常规氩弧焊、等离子孤焊、电子束焊相比,真空磁压缩等离子弧焊接有其独到的优点,可望在不久的将来获得广泛的应用。     

Effects of bypass current on the stability of weld pool during double sided arc welding

The arc behaviour and flow patterns in the weld pool were monitored with a high speed camera and the pressure distribution of the MIG–TIG coupling arc was measured through a specially devised method involving a micro-orifice for quick ignition. The bypass current changed the geometry of the weld pool in such a way that the acting forces remained in equilibrium stabilising the pool, the weld depression was eliminated and the pressure at the arc centre decreased by a factor 4. The overall welding efficiency increased as much as the quality of the welds.     

新型磁控-TIG电弧熔-钎焊技术

磁控-TIG电弧熔-钎焊是一种全新的焊接方法,是在常规的TIG电弧熔-钎焊基础上进行改进的一种新型工艺。简述了磁控-TIG电弧熔-钎焊的基本原理和特点,并对目前国内外的电弧熔钎焊技术进行全面分析,展望磁控技术的发展趋势,对异种金属焊接方法的发展起到了促进作用。     

精密脉冲TIG焊接中的弧长跟踪技术

在研究小电流脉冲TIG焊接弧压与弧长对应关系的基础上 ,提出了一种新的基于硬件电路的弧长传感与控制技术 ,并建立了相应的弧长跟踪系统。工艺试验表明 ,采用该技术可实现较宽电流范围内的脉冲TIG焊及直流TIG焊的弧长跟踪控制 ,在平均焊接电流 2 0A ,弧长给定为 1mm时的弧长跟踪静态误差为± 0 .1mm。整个系统控制精度高 ,动态响应快 ,运行可靠。该技术较好地解决了常规的弧长跟踪方法所无法解决的复杂曲面薄壁不锈钢试件焊接过程中的弧长跟踪问题 ,取得了较好的工艺效果     

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.     

低碳钢等离子-TIG耦合电弧高效复合焊接工艺性能分析

针对低碳钢材料焊接效率低的问题，提出了等离子-TIG耦合电弧焊接方法，通过设计集约化枪体结构促使等离子和TIG电弧在电磁力作用下实现稳定耦合，优化复合焊接热源特征，并研究了电弧形态、焊缝成形和力学性能.结果表明，等离子-TIG耦合电弧具有优异的深熔焊接特性，相对于等离子和TIG焊接方法具有更加合理的深宽比，且对熔滴、熔池有震荡搅拌效果，促使晶粒细化，并降低熔合区联生结晶倾向.使用5 mm厚Q235B钢板进行对接试验，实现了稳定的单面焊接双面成形，焊缝美观无缺陷且抗拉强度优于母材.     

A study on consumable aided tungsten indirect arc welding

A consumable aided tungsten indirect arc welding method has been studied. This method is different from the traditional TIG welding because it introduces an MIG welding torch into the traditional TIG welding system. An indirect arc is generated between the consumable electrode of the MIG welding torch and the tungsten electrode of the TIG welding torch, but not generated between the tungsten electrode of the welding torch and the base metal. Welding current flows from the consumable electrode to the tungsten electrode in the free-burning indirect arc. The consumable aided tungsten indirect arc welding not only rapidly melts the welding wire but also effectively restrains the excessive fusion of the base metal. The welding experiment and the theoretical analysis confirm that this method can obtain a high deposition rate and a low dilution ratio during the welding process.     

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。     

铝合金分区活性TIG焊接法研究

针对铝合金材料,提出了一种新型活性焊接方法--FZ-TIG焊(Flux Zoned TIG Welding).在传统TIG焊接前,在待焊焊道表面中心区域涂敷低熔沸点低电阻率活性剂,在两侧区域分别涂敷高熔沸点高电阻率活性剂,然后进行正常焊接,可以同时保证焊接熔深显著增加和焊缝表面成形良好.以自行研制的FZ108活性剂进行了FZ-TIG焊,并与传统TIG焊、采用FZ108作为活性剂的A-TIG焊、采用SiO2作为活性剂的FB-TIG焊进行了对比.发现在相同参数下,采用FZ-TIG焊进行焊接,焊缝熔深明显大于传统TIG焊、A-TIG焊和FB-TIG焊,达到TIG焊熔深的3倍以上,并且焊缝成形良好,焊缝组织细化,力学性能改善.