外加纵向磁场GTAW焊接机理：Ⅱ。电弧模型

针对外加纵向磁场GTAW（gas tungsten-arc welding)焊接过程,采用小孔气体微压传感器法和钨极探针法分别测定了外加纵向磁场GTAW焊接电弧在水冷Cu阳极上的等离子流力和电流密度的分布,并对其规律进行了研究,建立了外加纵向磁场GTAW焊接电板等离子流力和电流密度的径向分布数学物理模型。     

外加纵向磁场GTAW焊缝成形机理

以外加间歇交变纵向磁场GTAW（气体保护钨极氩弧焊）为研究对象,通过采用测量相关参数和拍摄电弧的方法,研究了间歇交变纵向磁场GTAW焊接低碳钢、不锈钢和铝合金等材料焊缝成形发生变化的规律和原因。认为在本研究条件下,无论处于溶池下方还是上方的单励磁线圈产生的外加纵向磁场都使GTAW焊接电弧特征、熔池行为和结晶过程发生了变化,从而导致焊缝成形的改变;同时发现当励磁线圈和电弧中心线不同轴心时,外加磁场对焊缝成形的影响较为强烈,其中铁磁性材料所受影响较显著。     

外加纵向磁场GTAW平板堆焊温度场数值模拟与验证

利用ANSYS对外加纵向磁场作用下GTAW平板堆焊过程温度场进行了数值模拟,并进行了实验验证.结果表明.所采用的简单磁控焊接电弧热源模型在外加磁场作用下形成"钟罩形"电弧,模拟焊接温度场与实验结果基本吻合.     

基于磁控技术GTAW焊接残余应力的有限元模拟

通过建立磁控GTAW电弧热源模型,同时考虑材料物理性能随温度的变化和相变的影响,以及运用生死单元技术处理熔池的熔化与凝固,对有无外加磁场作用GTAW焊接接头温度场及残余应力的大小分布进行了有限元模拟。结果表明,相较于无外加磁场作用,磁控GTAW焊件最大纵向残余应力下降12.3%,最大横向残余应力下降了13.6%。采用小孔法对焊件残余应力进行测量,模拟结果与试验结果基本吻合。     

外加横向磁场的异种钢角焊电弧热输入分配

提出对电弧施加横向磁场的方法,通过偏转电弧改变焊缝两侧电弧热分配,从而提升焊缝成形质量.为了掌握外加横向磁场对电弧热输入分配的影响机制,开展了GTAW电弧热输入分配规律研究;建立了外加横向磁场下的异种钢角焊缝GTAW电弧-熔池耦合瞬态三维模型,对电弧温度场、电磁场、流场开展了耦合计算;对比分析了偏转焊枪与外加横向磁场偏转电弧两种电弧热量分配方式;在上述工作的基础上,研究了外加横向磁场偏转电弧方式磁感应强度对熔透形态和电弧热分配的影响规律.结果表明,偏转焊枪方式在角焊中适应性较差,而外加横向磁场偏转电弧可获得更好的焊接质量.相关研究可为此类异种钢角焊的焊接工艺参数优化提供技术支持.     

外加磁场对AZ31镁合金焊接接头组织性能的影响

在对5mm厚的AZ31镁合金板进行GTAW焊接的过程中,外加纵向交流磁场,研究了磁场对焊接接头的力学性能和显微组织的影响,并探讨了磁场的作用机理。结果表明:外加纵向磁场通过旋转电弧对熔池进行搅拌,不仅可以细化晶粒,使焊接接头的抗拉强度、硬度得到改善,还可以净化熔池中液态镁合金(使杂质球化并弥散分布),此外磁场的引入还可降低镁合金焊接热裂纹的敏感性,抑制热裂纹的产生。     

外加磁场对AZ31镁合金焊接接头组织性能的影响

在对5mm厚的AZ31镁合金板进行GTAW焊接的过程中，外加纵向交流磁场，研究了磁场对焊接接头的力学性能和显微组织的影响，并探讨了磁场的作用机理。结果表明：外加纵向磁场通过旋转电弧对熔池进行搅拌，不仅可以细化晶粒，使焊接接头的抗拉强度、硬度得到改善，还可以净化熔池中液态镁合金（使杂质球化并弥散分布），此外磁场的引入还可降低镁合金焊接热裂纹的敏感性，抑制热裂纹的产生。     

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.     

磁场参数对AZ31焊接接头组织和性能的影响

对5 mm厚的AZ31镁板进行GTAW焊接的过程中,外加纵向交流磁场.通过对接头力学性能和显微组织分析,研究磁场参数对AZ31焊接接头组织和性能的影响规律,并墩磁场作用机理进行研究.结果表明,外加纵向磁场通过旋转电弧对熔池进行搅拌,改变晶粒结晶过程,使焊缝中晶粒组织得到细化,进而使焊接接头的抗拉强度和硬度等性能得到改善,同时磁场的电磁搅拌作用可以净化熔池中液态镁合金(使杂质球化并弥散分布),促进气泡上浮,降低镁合金焊接热裂纹敏感性,抑制热裂纹产生.     

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。     

交变纵向磁场作用下MIG焊电弧行为研究

为了研究交变纵向磁场作用下MIG焊接电弧的物理特性,提高焊接质量,分析了交变纵向磁场作用下电弧带电粒子的受力情况和运动状态,并利用高速摄像手段研究了交变纵向磁场对电弧形态的影响。结果表明,无外加交变纵向磁场时,自由电弧稳定燃烧,电弧轴线与焊丝轴线相重合;当加入交变纵向磁场时,电弧围绕焊丝轴线做逆时针和顺时针交替变化的旋转运动,电弧轴线偏离焊丝轴线;随着励磁电流的增加,电弧的旋转半径增大,电弧偏离焊丝轴线的角度增大,电弧烁亮区域面积减小;当励磁电流为30 A时,电弧的最大偏转角度为45°,此时电弧燃烧变得不稳定,甚至息弧,焊接过程不稳定。     

磁控电弧焊接工艺在非熔化极气体保护焊中的应用

针对非熔化极气体保护焊,介绍了作用于焊接过程中的平行磁场、横向磁场、纵向磁场、双尖角磁场和旋转磁场的特点及磁场发生装置的组成,分析了磁偏弧工艺、磁摆弧工艺、均匀纵向磁场作用下的磁旋弧工艺、非均匀纵向磁场作用下的磁旋弧工艺、旋转磁场作用下的磁旋弧工艺、磁再压缩技术等国内外典型的磁控电弧焊接工艺的基本原理、应用范围及存在的问题.并对焊接电弧外形的变化和运行机制,焊接电弧外加磁场强度的变化关系进行了研究.     

基于流体动力学的外加磁场对焊接电弧运动行为的仿真分析

采用基于磁矢量的麦克斯韦方程组与流体动力学方程组耦合求解的方法,利用F luent流体仿真软件建立在外加纵向磁场作用下的自由电弧数值模型。分析在不同强度磁场焊接电弧速度场与温度场的分布情况,着重研究焊接电弧分布规律,为纵向磁场下的电磁焊接行为的研究奠定了一定的理论基础。     

磁场作用下镁合金焊接接头力学性能的变化

采用钨极氩弧焊(GTAW)方法焊接AZ31镁合金,并在焊接过程引入纵向交流磁场.焊后,检测不同参数下焊接接头的成形系数、拉伸性能和硬度,并对显微组织进行分析,研究磁场参数对焊接接头成形特点及组织性能的作用规律.结果表明,外加纵向交流磁场通过改变电弧和熔池的运动状态,使熔池的散热及结晶条件得到改变,使焊缝的成形系数变大,焊缝的显微组织得到细化,力学性能得到提高.当磁场电流为2.0A,磁场频率为20 Hz时,焊接接头的力学性能达到最佳值,其中抗拉强度为231MPa,断后伸长率为11.5％,断面收缩率为14.8％,硬度(HV)为14.40 MPa,焊缝成形系数为4.06,强硬比为16.04.     

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。     

磁场对双丝间接电弧形态的影响

对双丝间接电弧在自身磁场及外加磁场变化的情况下,电弧形态随磁感应强度值的变化规律进行了研究.自身磁场变化通过改变两焊丝夹角角度实现,外加磁场由励磁线圈产生,对间接电弧施加横向及纵向磁场,磁场强度利用特斯拉计测出,并借助高速摄像系统对磁场变化时的电弧形态进行拍摄.研究表明,通过改变两焊丝夹角及施加横向磁场的方式,可使两焊丝所夹区域内外磁场强度之差变大,使得电磁力的外扩作用增大,电弧变细长;施加纵向磁场时,电弧在与两焊丝垂直的平面内发生偏转,其偏转程度随纵向磁场强度增加而增加.     

磁场电流对镁合金焊接接头疲劳性能的影响

对5 mm厚的AZ31镁合金板进行GTAW焊过程中,施加纵向交流磁场,在施焊过程中调节磁场参数对试样进行疲劳试验.采用扫描电子显微镜及光学金相显微镜对疲劳试样的断口和显微组织进行分析,研究磁场电流对AZ31镁合金接头组织和力学性能的影响规律,并对磁场作用机理进行探究.结果表明,外加纵向磁场可以促使电弧旋转对熔池进行搅拌...     

外加纵向磁场作用下的TIG焊接电弧

以单粒子理论假设为基础,详细阐述了外加纵向磁场在等离子体中的不均匀分布形态,以及这种不均匀磁场对TIG焊接电弧形状的影响,分析了电弧区的受力情况,建立了等离子体中带电粒子在这种非均匀磁场中的运动方程.由分析可知带电粒子在磁场作用下的运动轨迹是一条汇聚的螺旋线,且等离子弧外围的带电粒子的圆周运动的速度远大于弧柱中心的粒子运动速度.结果表明,在外加纵向磁场的作用下,TIG焊电弧发生了明显的收缩,激磁电流一定,激磁频率越高,电弧收缩越明显.     

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.     

磁控焊缝跟踪传感器非对称纵向磁场下的焊缝识别

针对纵向磁场作用下的电弧难提取焊缝信息的问题，设计一种由3个纵向分布磁感线圈组成的‘山’形分布纵向磁场传感器.利用COMSOL软件模拟非对称纵向磁场作用电弧形态.取焊接过程电弧电压分布对应的磁感应强度作为焊缝识别试验的磁感应强度.用高速摄影仪拍摄非对称纵向磁场作用下的电弧运动轨迹，并与新型传感器设计的电弧运动轨迹进行比较，验证纵向磁场传感器产生非对称纵向磁场的电弧形态变化.结果表明，非对称纵向磁场能控制电弧进行焊缝识别，并能解决窄间隙焊接过程中的咬边和侧壁不融合.该方法为磁控焊缝跟踪传感器在窄间隙焊接的应用开辟了新的方向.