磁场辅助电弧焊接旋转等离子体行为的数值模拟

目的 研究外加纵向磁场对倾斜电极TIG焊接的电弧温度分布、流动模式和工件所受热力作用的影响.方法 建立磁场-电弧复合焊接热、电、磁、流动的三维数学模型.通过数值模拟和高速摄像实验,揭示倾斜电极电弧在外加磁场作用下的流动、形貌及温度演化机制.结果 外加纵向磁场后,电弧流动速度明显增加,流动模式由沿电极方向喷射变为近似沿竖直方向旋转向下的流动模式;电弧对工件的热作用均匀性提高,热作用中心向电极正下方靠近,但在焊接横向方向上存在偏离;工件受到表面的电弧旋转拖拽力和内部的旋转洛伦兹力作用,最大洛伦兹力可达50000 N/m3.结论 基于所建立数学模型的模拟结果与实验电弧形貌吻合良好,结果表明,外加纵向磁场能够显著改变电弧的形态及流动模式,提高电弧热流密度的均匀性,并能够对熔池产生有效的搅拌作用.     

小电流高频TIG焊电弧稳定性的研究

本文以大量的试验结果表明了电流频率、钨极尺寸和保护气体成分等对小电流 TIG 焊电弧稳定性的影响规律。并得出6～8A 小电流时的电弧稳定性条件是采用20KHz 以上的高频电流。(Ar+2%H_2)混合气体保护和直径为φ0.5mm 的细铈钨极。     

TIG焊弧光传感弧长控制的研究

通过对ＴＩＧ焊接光辉光强σ弧长之间关系的研究，建立了微机控制的弧长调节系统。实现结果表明，该系统的控制精度为±０．１ｍｍ而且该系统具有自动适应工件表面的变化而无需发迹硬件结构的特点。     

10CrSiNiCu钢埋弧焊材料的试验研究

研究了一种可与１０ＣｒＳｉＮｉＣｕ 钢配套使用的埋弧焊焊丝,对焊接后的对接接头进行了力学性能、耐蚀性能等性能测试。结果表明,其焊缝金属力学性能及特种性能均能与母材良好匹配。     

Numerical Simulation of Current Density Distribution in Keyhole Double-Sided Arc Welding

In the double-sided arc welding system (DSAW) composing of PAW+TIG arcs, the PAW arc is guided by the TIG arc so that the current mostly flows through the direction of the workpiece thickness and the penetration is greatly improved. To analyze the current density distribution in DSAW is beneficial to understanding of this process. Considering all kinds of dynamic factors acting on the weldpool, this paper discusses firstly the surface deformation of the weldpool and the keyhole formation in PAW+TIG DSAW process on the basis of the magnetohydrodynamic theory and variation principles. Hence, a model of the current density distribution is developed. Through numerical simulation, the current density distribution in PAW+TIG DSAW process is quantitatively analyzed. It shows that the minimal radius of keyhole formed in PAW+TIG DSAW process is 0.5 mm and 89.5 percent of current flows through the keyhole.     

等离子弧焊接熔池和小孔形成过程数值分析

目的 研究等离子弧焊接穿孔过程中熔池内部的金属流动情况和小孔动态变化过程。方法 通过“传热-熔池流动-小孔”之间的相互耦合关系,建立了等离子弧焊接穿孔过程的数值分析模型,通过VOF方法追踪了小孔界面,采用FLOW-3D软件模拟了等离子弧焊接熔池和小孔的形成过程,定量计算了等离子弧焊接温度场、熔池流场及小孔形状;分析了等离子弧焊接熔池和小孔行为;并通过等离子弧焊接实验数据验证了模拟结果。结果 当焊接时间为0~1.0 s时,小孔深度曲线与熔深曲线几乎相同,小孔底部紧贴熔池底部;在2.8 s以后,小孔深度曲线与熔深曲线有一定距离,小孔深度曲线在一定范围内波动,等离子弧焊接电弧挖掘作用到达极限,电弧压力与其他力达到平衡状态。模拟的焊缝熔深为8.04 mm、熔宽为13.20 mm,实验测得的焊缝熔深为8.00 mm、熔宽为13.42 mm。结论 构建的随小孔动态变化的曲面热源模型和电弧压力模型可以描述等离子弧焊接过程中的电弧热-力分布;模拟出了等离子弧焊接熔池和小孔动态演变过程;模拟得到的等离子弧焊接焊缝形貌与实验测得的焊缝形貌基本吻合。     

TIG电弧热丝对铜、钢堆焊的工艺研究

针对某产品铜带焊接工艺,提出了一种电弧热丝方式应用于TIG堆焊铜、钢工艺的研究。电弧热丝可有效预热低电阻率的焊接材料,如铜;传统的电阻热丝只能加热具有高电阻率的焊接材料,如钢。采用电弧热丝系统,热丝电流小于50A时即可有效预热焊丝,与电阻热丝电流400A相当。在相同焊接电流下,能够大大提高焊接熔敷速度;在相同送丝速度下,降低焊接电流,大大降低焊接设备功率。同时证明2种热丝加热方式对钢基体、铜合金的影响相同,特别是对堆焊层铜合金中泛铁量的影响相当。     

变极性等离子弧焊铝合金厚板工艺研究

变极性等离子弧焊是一种新型焊接方法,由于等离子弧对焊接工艺和规范参数的变化比较敏感,获得良好焊缝接头的合理规范参数范围窄、裕度小.本文通过工艺试验,探讨了变极性等离子弧焊16mm铝合金厚板的技术可行性,论述了其相对于传统弧焊工艺的优点.     

近等原子比钛镍合金氩弧焊接接头的组织和性能

借助金相显微镜、拉伸实验和弯曲回复法等手段研究了近等原子比钛镍形状记忆合金氩弧焊接接头的组织和性能。研究结果表明,近等原子比钛镍形状记忆合金氩弧焊接接头的显微组织可分为三个区,分别是粗大柱状晶区、细小柱状晶区和热影响区。由于焊接接头显微组织与母材之间的差别,在相同的应变下,近等原子比钛镍形状记忆合金氩弧焊接接头的回复温度明显高于母材,记忆性能变差。焊接后的近等原子比钛镍形状记忆合金的屈服强度与母材相近,但抗拉强度和延伸率远低于母材。氩弧焊接近等原子比钛镍合金的显微组织在热处理后不会发生明显变化,经过形变后,焊接接头的回复温度与母材仍有差别,显微组织的不同是造成这一现象的原因之一。     

爆炸焊、熔化焊及压力焊的连接特征

论述和分析了爆炸焊、熔化焊及压力焊的不同连接机理和共同的冶金连接的本质特征 ,用比较和联系的方法阐述了爆炸焊接冶金结合的实质     

氦−氩混合保护气体角接头旋转激光+电弧复合焊电弧特性数值分析

目的 研究激光+电弧复合焊中氦−氩混合保护气体成分对电弧等离子体物理特性的影响,从而改善焊接性能。方法 综合考虑角接头几何特性和氦−氩混合保护气体的物理特性,建立氦−氩混合保护气体角接头旋转激光+电弧复合焊电弧行为的数值分析模型。使用FLUENT软件对不同体积比氦−氩保护气体下电弧等离子体的温度场、流场、压力场和电势场进行模拟计算,对比分析保护气体成分改变对电弧等离子体的影响规律,考虑其对焊接性能的影响,并将计算结果与高速摄影试验进行对比,验证数值分析模型的准确性与合理性。结果 保护气体分别为纯Ar、95%Ar+5%He、90%Ar+10%He时,电弧向激光侧偏移收缩,电弧整体形貌被压缩,位置A纵截面处电弧等离子体的峰值温度分别为25 603、25 080、23 904 K,最大流速分别为336.34、334.34、317.58 m/s,压力最大值分别为899.08、943.40、957.67 Pa,电势梯度分别为11.56、12.17、13.18 V。结论 在氦−氩混合保护气体激光+电弧复合焊中,当保护气体中氦气体积分数增加到5%和10%时,随着氦气所占比例的增大,电弧处于动态变化过程,电弧被压缩,等离子体的峰值温度逐渐降低,最大流速下降,电弧压力和电势梯度增大,有利于焊缝熔深的增大。     

基于MHD的小间隙真空电弧仿真研究

真空开关电弧电流过零前的电弧等离子体状态对真空开关能否顺利开断具有十分重要的影响。本文在建立小间隙真空电弧磁流体动力学(MHD)模型的基础上,采用通用计算流体力学仿真软件对电弧电流过零前0.5 ms时的电弧等离子体的特性进行数值仿真研究。计算得到了真空电弧等离子体压力、等离子体密度、离子纵向速度、阳极表面纵向电流密度和电弧电压等的空间分布。仿真结果表明:从阴极到阳极,真空电弧等离子体压力和密度逐渐增大,而等离子体速度逐渐减小;阳极表面电流密度存在较大径向梯度,最大值低于形成阳极斑点的极限收缩电流,阳极仍不活跃。仿真得到的等离子体密度分布与高速摄像机拍摄得到的CMOS图像光强基本吻合,计算得到的电弧电压与测得的电弧电压是一致的,从而验证了本模型的可行性。     

Numerical Simulation of Electromagnetic Force in Double-Sided Arc Welding Process

Up till now, most of the researchers believe that there are four kinds of forces in the weld pool convection, they aresurface tension, electromagnetic force, buoyancy and gas shear stress. So electromagnetic force is very important,especially when large c     

Revisiting Arc,Metal Flow Behavior in Flux Activated Tungsten Inert Gas Welding

Tungsten inert gas (TIG) welding is commonly used for quality joining of ferrous and non-ferrous materials. But lower depth of penetration is one major shortcoming of TIG and more numbers of passes are required for thick plate joining. Use of activated flux layer on workpiece remarkably enhances penetration. In the present work, arc and metal flow behavior are studied to revisit and validate the presence and role of governing forces responsible for higher penetration in flux activated TIG (ATIG) welding. Arc behavior, material flow patterns are studied during conventional and activated TIG welding for AISI 304 stainless steel using four different activated fluxes by carrying out welding (when arc is moving) as well as keeping the arc halted (stationary arc) for all cases. Results clearly demonstrate the presence of electromagnetic Lorentz force and surface tension induced reverse Marangoni flow (strongly centripetal). These forces also push the metal flow downward near the center region of the molten pool and in many occasions penetration reaches beyond plate thickness in ATIG welding.     

超声在电弧焊接中的应用

超声场作为一种高效清洁的物理场在电弧焊接中具有越来越多的应用。在电弧焊接过程中,引入超声,可以有效改善电弧形态、熔滴过渡以及焊缝组织,最终提高焊接接头力学性能。超声在电弧焊接过程中的应用特点主要与超声施加方法有关,不同的超声施加方法具有不同的特点,根据不同的超声施加方法可将超声电弧复合焊接分为不同类型。主要综述了电弧超声技术、超声与电弧同轴复合、超声作用于焊丝以及超声工具头作用于固体母材或者焊缝表面4种技术的各自特点及研究进展,着重分析了不同技术的设备特点及其对组织与力学性能的影响。最后对该方向的研究进展进行了总结,并对其发展前景和主要发展方向进行了展望。     

5083铝合金的双枪双面TIG焊工艺和接头性能研究

针对国内石油和化工等行业铝合金空分设备中中厚板铝合金的TIG焊接工艺,研究了10mm厚5083板对接双枪双面TIC焊工艺,浅析了该工艺的焊接特点,并选择确定了中厚板铝合金的双枪双面TIG焊的规范参数。试验表明,双枪焊焊缝外观和内部质量优良,接头性能良好。     

WC和Nb对氩弧熔覆Ni60+WC+Nb合金层组织和耐磨性的影响

采用氩弧熔覆工艺在4Cr13钢上分别熔覆Ni60、Ni60+WC和Ni60+WC+Nb系合金。比较各种材料熔覆层的显微组织、显微硬度和耐磨性。结果表明,材料的表面硬度和耐磨性等都随WC含量的增加得到很大地提高,而Nb含量的增加对硬度和耐磨性的影响不明显。     

Optimization of Plasma Arc Welding Parameters by Using the Taguchi Method with the Grey Relational Analysis

The optimal parameters process of plasma arc welding (PAW) by the Taguchi method with Grey relational analysis is studied. The Grey relational grade is used to find optimal PAW parameters with multiple response performance characteristics. The welding parameters (welding current, welding speed, plasma gas flow rate, and torch stand-off) are optimized with consideration of the multiple response performance characteristics (the penetration of root, the weld groove width, and the weld pool undercut). As a result, the improvement percentage of the Grey relational grade with the multiple performance characteristics is 31.8%. It is shown that the multiple response performance characteristics are greatly improved through this study.     

5083厚板TIG焊焊接工艺研究与应用

介绍了铝合金厚板(δ=28mm)TIG焊对接焊缝的工艺研究及应用。分析了大厚度5083材料的焊接工艺特点,采用合理的坡口形式,经过焊接工艺评定取得了较合理的工艺参数,最终焊制出了满意的焊接接头。     

钛合金表面氩弧熔覆原位合成TiB_2-TiN显微组织与形成机理

以BN和Ni60A合金粉末作为预置涂层,采用氩弧热源在Ti6Al4V合金表面原位合成陶瓷颗粒复合涂层。经过热力学计算和扫描电子显微镜线扫描分析,利用X射线衍射仪进行涂层物相分析,确定陶瓷颗粒为TiB2和TiN。利用扫描电子显微镜观察微观组织形貌,并探讨TiB2-TiN颗粒的形成机理。实验结果表明,采用适宜的熔覆材料合金粉末成分和熔覆工艺参数,可以获得TiB2-TiN颗粒复合涂层,TiB2形态呈棒状和细条状,TiN形态呈颗粒状。颗粒尺寸细小,分布均匀,且与基体冶金结合。复合涂层的显微组织沿层深方向分为熔覆区、结合区和热影响区。