氮氧元素联合过渡对气体熔池耦合活性TIG焊电弧的影响

针对外层引入氮氧混合气体的气体熔池耦合活性TIG焊电弧,采用Boltzmann作图法分析在不同耦合度下电弧等离子体的温度分布和电弧电压的变化规律,并与传统TIG焊及外层只引入氧气的气体熔池耦合活性TIG焊进行比较. 结果表明,氮氧联合过渡时气体熔池耦合活性TIG焊电弧的中心区域温度和电弧电压均高于传统TIG焊与外层只引入氧气时的气体熔池耦合活性TIG焊的数值;当耦合度由0变为+2时,电弧中心区域温度与电弧电压均略有升高.     

气体熔池耦合活性TIG焊熔池N元素分布骤冷分析

采用骤冷法处理不锈钢气体熔池耦合活性TIG焊高温熔池金属,通过控制开始冷却时间,在不影响焊缝成形的前提下,保留N元素在高温熔池内的分布状态,并采用俄歇电子能谱(auger electron spectroscopy, AES)分析了不同位置处N元素的分布规律.结果表明,在熄弧前0.6 s开始冷却时,骤冷效果最好.熔池内N元素沿深度方向整体呈现均匀分布,局部存在较大范围波动;熔池前部和后部边缘位置的氮含量略高于中心位置,熔池中部边缘位置的平均氮含量略低于中心位置;熔池后部总的平均氮含量略高于熔池前部,熔池中部总的平均氮含量介于两者之间.     

氟化物活性TIG焊电弧特征的光谱分析

氟化物作为最为常见的A-TIG焊活性剂配方之一,在实际焊接生产中已得到了广泛的应用,然而其对电弧行为的影响机制目前仍存在争议. 为此,利用光谱诊断方法对涂覆氟化物活性剂的A-TIG焊电弧空域光谱分布进行了研究,分析了活性剂粒子、氩、铁粒子在电弧空域中的分布特征,并结合Boltzmann图法计算了电弧电子温度. 结果表明,氟化物活性剂粒子主要分布于弧柱中心区域;氟化物的引入能够使电弧中ArⅡ谱线辐射强度降低同时增强FeⅡ谱线辐射强度;氟化物对不同电弧空间区域的电子温度作用并不一致,其中使阳极区附近电弧温度大幅提升但对其它区域电弧温度的影响很小.     

气体熔池耦合活性TIG焊方法

提出了一种新型活性TIG焊方法——气体熔池耦合活性TIG焊,即GPCA-TIG焊.该焊接方法将气体分两层流动,内层气体采用惰性气体起到保护熔池的作用;外层气体则为含活性元素O的气体,将活性元素O引入熔池金属,达到增加熔深的目的.文中以SUS304不锈钢为焊接母材,研究了GPCA-TIG焊接法对焊接电弧及焊缝成形的作用,以及该方法主要工艺参数对焊缝熔深和深宽比的影响.结果表明,在相同参数下,与常规TIG焊方法相比,GPCA-TIG焊可不开坡口一次性焊透8 mm不锈钢板,焊接效率明显提高.同时采用该方法,可以有效避免钨极的氧化烧损.     

直流叠加脉冲型TIG焊电弧─熔池特性分析

针对乏燃料后处理溶解器腐蚀裂纹等缺陷的快速、一次性、可靠焊接修复工程技术需求,提出一种直流叠加脉冲型TIG深熔焊接方法,在10和16 mm厚304不锈钢板上进行了系列平板堆焊工艺试验.以电弧-熔池特性变化为研究对象,对比分析脉冲电流作用和直流叠加脉冲型电流作用的电弧行为、熔池流动行为及温度场的变化规律,探讨了直流叠加至...     

铝合金活性TIG焊熔池表面化学反应分析

针对铝合金交流A-TIG焊、FB-TIG焊和FZ-TIG焊,研究活性剂与熔池表面金属或表面氧化膜之间的化学反应,对于确定这些焊接方法的可行性和指导活性剂配方开发具有重要意义.通过焊缝表面焊渣XRD分析,并采用物质吉布斯自由能函数法进行反应热力学计算分析了熔池表面发生的化学反应.发现采用FZ108+SiO2的FZ-TIG焊发生了活性剂FZ108与熔池金属之间的吸热反应,能起到收缩电弧增加熔深的作用;对于采用FZ108的A-TIG焊,反应所吸收或放出的热量少,对收缩电弧的作用也很小;对于采用SiO2的FB-TIG焊,未发生活性剂与熔池金属和表面氧化膜之间的化学反应,不会通过该反应过程影响电弧.     

铝合金交流TIG焊接熔池动态控制图像传感方法的研究

在光谱分析的基础上，设计了全新的光学传感器，利用普通工业CCD摄像机获得了清晰的铝合金焊接熔池区域图像，为进一步控制铝合金焊接熔池动态打下了良好的基础。     

活性MAG焊电弧特征及熔池流动分析

提出了活性熔化极气体保护焊新方法,可增加焊接熔深,改善难熔焊接结构的熔合不良,获得高质量的焊接接头.对活性熔化极气体保护焊电弧状态和熔池表面形态进行了采集和分析,用钨粒子示踪法进行试验,分析了电弧形态和熔池流动.结果表明,活性熔化极气体保护焊电弧收缩显著,电弧形态更加集中,熔池内部液态金属的流动方向为从熔池周边向中心流动,熔池流动更为有序.对于钢的活性熔化极气体保护焊方法,熔池流动行为改变是增加焊接熔深的主要因素.     

不锈钢电弧辅助活性TIG焊

针对不锈钢,提出了一种新型活性YIG焊方法--电弧辅助活性TIG焊,即AA-TIG焊(arc assisted activating TIG welding).该焊接方法通过在正常TIG焊前以活性混合气体作为保护气体,采用小电流钨极电弧预熔待焊焊道表面,可使熔深显著增加,焊接效率大大提高,而且具有可全自动化焊接和工艺可重复性好等优点.分别采用O2+Ar,CO2+Ar,空气作为小电流钨极电弧的保护气体进行了单弧AA-TIG焊.与传统TIG焊比较,发现O2+Ar,CO2+Ar和空气都可显著增加熔深,减小熔宽,焊缝表面成形良好.采用CO2+Ar作为活性混合保护气体进行双弧AA-TIG焊,焊缝成形良好,熔深显著增加.熔深随着焊枪间距减小而增大.     

焊接电弧与活性组元对TIG焊熔池形貌影响的数值模拟

通过对FLUENT软件进行二次开发,建立了焊接电弧和焊接熔池模型,模拟分析了不同活性组元O元素含量下定点和移动TIG焊熔池形貌变化,对比了氩弧和氦弧的电弧参量及其对熔池形貌的影响.结果表明,由活性组元O元素含量变化导致的熔池内Marangoin对流变化是熔深增加的主要因素;在氩弧下,来自于电弧的气体剪切力对熔池形貌有较大影响;与氩弧相比,氦弧明显收缩,电流密度更大,更多的热量传递到熔池,增大了电磁力引起的内对流运动,可获得更深熔深.焊缝深宽比的模拟结果与试验结果吻合较好.

Abstract：

Welding arc and weld pool modeh were established by FLUENT software for spot and moving TIG welding of SUS304 stainless steel to investigate the effect of the surface-activating element oxygen on the weld shape and analyze the properties of argon arc and helium arc and their effects on the weld shape. The results show that the change of the Marangoni convection induced by different oxygen contents can be considered as one of the principal factors to increase penetration. The plasma drag force from the argon arc has obvious effect on the weld shape. Compared with the argon arc, the hehum arc is more constricted, the welding current density is much greater and the much more heat flux is transferred into the weld pool, which increase the inward convection induced by the electromagnetic force, thus the deeper weld depth can be obtained.The calculated weld D/W ratio agrees with that of the experiment.     

交流TIG电弧粉末堆焊层成形特点的研究

为了降低TIG电孤堆焊时因直流正接造成堆焊金属稀释率过大的问题，尝试使用交流TIG电弧进行粉末堆焊，研究了堆焊层的成形特点。实验表明，与直流正接相比．使用相同电流值的交流TIG电弧进行粉末堆焊，获得的堆焊层熔宽更大．熔深和母材熔化量更小．因而具有更小的深宽比和稀释率。这一规律不随堆焊电流的大小和堆焊材料的不同而发生变化．     

活性化TIG焊熔深增加机理的研究

以不锈钢0Crl8Ni9为实验对象，涂敷含有Bi的SiO2和TiO2活性剂，通过1mm厚高熔点薄钨板挡住熔池流动的方法进行焊接实验．对钨板两侧Bi颗粒的分布进行了测试，分析涂敷SiO2和TiO2后熔池流动方向的变化，同时采集了电弧电压．结果表明：活性剂SiO2和TiO2改变了熔池的流动方向；SiO2使电压提高约4．2V，而TiO2对电弧电压没有影响；活性剂并未使电弧整体发生收缩，而使电弧整体发生了膨胀；SiO2使等离子体发生了收缩；电弧等离子体收缩和电弧导电通道变长是SiO2活性剂提高电弧电压的主要原因．分析认为，SiO2增加熔深是等离子体收缩、阳极斑点收缩和表面张力温度梯度由负变正共同作用的结果；TiO2增加熔深只是表面张力温度梯度由负变正的作用．     

旁路耦合电弧MIG焊熔池视觉实时检测

提出了一种高效旁路耦合电弧MIC焊方法,针对该方法利用普通CCD摄像机配合复合滤光镜片在连续大电流条件下,获取了清晰的熔池图像.利用数字图像处理技术,通过Labview软件IMAQ模块对熔池图像进行实时处理,通过对比分析各种图像处理方法提取熔池边缘的结果,得到了最佳的形态学处理方法,并进行了熔池宽度的实时检测.结果表明...     

电弧力对TIG焊接熔池液面形态影响的数值模拟

在建立TIG焊接熔池液面三维形状模型基础上,对电弧力作用于熔池液面进行了表征,采用Surface Evolver有限元分析软件进行数值模拟,研究了电弧力对TIG焊接熔池液面三维形态的影响.得到了有电弧作用时,熔池的三维形态和熔池各液面参数随电弧力大小变化的规律.结果表明,在熔池形状一定时(正面、背面熔化区域半径和板厚一定),电弧力的作用深度增加会引起熔池上、下液面和固液面的表面积均增加,其中电弧力的大小对TIG焊接熔池的上液面影响程度大于下液面.这些分析结果为探讨TIG焊接熔池的各类问题提供了基础.     

定点TIG焊接电弧与熔池交互耦合数值模拟

电弧与熔池的交互作用在两者之间形成了一个不断移动变化的自由界面,对界面的处理是实现电弧与熔池交互耦合的关键。运用建立的三维统一数学模型对TIG焊接电弧与熔池进行了动态耦合数值模拟,揭示电弧-熔池相互作用的机制以及电弧-熔池动态行为的基本规律。结果发现电弧与熔池不断交互耦合计算得出的熔池形状与试验测得的熔池形状比较吻合。     

TIG焊熔池在阶跃参数下的数值分析

建立了恒流作用下TIG焊熔池的非稳态三维数学模型,利用FLUENT软件,通过选择合适的边界条件和热物理性能参数,强烈耦合控制方程组得到焊接熔池温度场、流场等的变化规律,针对熔池尺寸及相对于熔池中心等距点的温度,分析了在不同焊接工艺参数阶跃下的变化规律.结果表明,随着焊接大电流向小电流的阶跃,熔池的尺寸及内部的流速都有一定程度的减小,随着电弧电压、焊接速度、工件板厚和板宽的阶跃,其变化都具有一定的滞后性,通过各种调整焊接工艺参数均可以达到调节熔池尺寸的效果.     

连续电流TIG对接焊熔池形状参数的视觉检测

利用普通CCD摄像机，拍摄出了分辨率较高的TIG对接焊熔池图像，对焊接熔池图像进行分析，根据图像的特点，设计出了图像边缘检测算法，检测出连续电流TIG对接焊熔池的整个边缘，通过对熔池图像进行标定，得到了熔池实际的几何参数尺寸。     

外加交流磁场对AZ31+1%Ce+1%Sb镁合金TIG焊的影响

采用组织分析和性能检测的方法.研究了外加纵向交流磁场对镁合金TIG焊电弧形态及焊缝质量的影响.结果表明:交流纵向磁场可促使焊接电弧周期性旋转,有利于焊缝成形.磁场的电磁搅拌作用使得焊缝晶粒细化和组织均匀细小,焊接接头的焊缝区和热影响区显微硬度均高于母材,抗拉强度为220MPa,达到母材的88%,断裂发生在焊缝区,属于剪切断裂.     

外加磁场对镁合金TIG焊电弧形态及焊缝质量的影响

采用组织分析和性能检测的方法，研究了外加纵向直流磁场对镁合金TIG焊电弧形态和焊缝质量的影响。结果表明：磁场可稳定电弧并促使其收缩、旋转，从而使焊接热量集中，熔池搅拌均匀。焊缝由均匀细小且沿一定方向生长的等轴晶组成，其组织为α-Mg和点状β-Mg17Al12相的混合体。焊缝平均显微硬度达到64．1HV0．1，抗拉强度达到210MPa，是母材的84％，比未加磁场时提高了14％。