外加纵向磁场GTAW焊接机理：Ⅰ电弧特性

针对外加纵向磁场GTAW（gas tungsten-arc welding)焊接过程,采用红外热像伪着色法测定了外加纵向磁场GTAW焊接电弧的温度场,并建立了外加纵向磁场GTAW焊接电弧热流密度径向分布模型,对焊接电反外形的变化,焊接电弧电流,电压与外加纵向磁场强度变化的关系进行了研究。     

直流磁场作用下铜蒸气对电弧特性的影响

为研究直流纵向磁场作用下金属蒸气对熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)电弧特性的影响,将钨铜复合材料制成特殊钨极代替熔化极产生铜蒸气,利用高速摄像法、光谱测温法以及小孔探测法对其进行了测试研究.结果表明,铜蒸气进入电弧等离子体后,电弧出现分层,随铜蒸气含量的增加,弧芯外围区域半径随之增加,弧芯区的尺寸减小.当铜含量为0%时,外加直流磁场后,电弧在阴极区收缩阳极区扩张,其轴向最高温度明显上升;电弧压力峰值偏离轴线,在外加磁场强度为0.015 T时呈现双峰分布,电流密度与电弧压力分布趋势相似;随着铜蒸气的介入,弧芯区电弧表现为阴极区收缩,阳极区扩张,弧芯周围的铜蒸气则明显收缩,电弧轴向最高温度上升的幅度明显降低.随着铜含量的增加,电弧的导电面积增加,环向电磁力作用减弱,电弧中心压力下降幅度显著降低,阳极电流密度的分布趋势逐渐趋于扁平化.     

水下高压空气环境下GMAW电弧特性试验

采用高压试验舱模拟水下高压干式焊接环境,以压缩空气为气源进行加压,通过防燃爆试验验证在0.1~0.7 MPa范围内,在CO2和混合气(80%Ar+20%CO2)作为保护气源的情况下,可以进行正常的GMAW焊接过程.在此基础上,通过试验研究了高压空气环境下GMAW电弧特性,分别考察了环境压力、焊接电流、焊丝伸出长度和保护气种类及流量对焊接电弧特性的影响规律,并给出试验结果.借助最小二乘法对试验数据进行拟合,得出了高压空气环境下GMAW电弧电压的数学模型.     

高速电弧焊工艺的研究现状

分析了在实际生产中实现高速焊接的必要性以及常规焊接方法在实现高速焊时断遇到的问题.然后主要从双丝或多丝电弧焊工艺和双焊炬组合焊接工艺两个大的方面着重介绍了纵列式熔化极气体保护焊、等离子弧-熔化极气体保护焊和双电极熔化极气体保护焊等高速弧焊工艺.另外还介绍了其他实现高速焊的方法及其存在的问题,并对高速电弧焊工艺的发展和应用进行了展望.     

热丝MAG焊接方法的开发与应用

1.前言热丝焊接方法是一种除电弧外,另外添加一根通电焊丝,利用电阻热熔化焊丝,提高金属熔敷率的方法。热丝应要与TIG电弧或等离子弧等非熔化极电弧配合使用。表1为热丝焊接方法的优点。熔化极电弧(例如MAG焊)中添加热丝的方法,到目前为止几乎还没有人进行过尝试,但从我们的实     

基于Lab VIEW的熔化极等离子弧焊接电弧电信号分析

在熔化极等离子弧焊接(plasma-MIG)试验系统基础上,设计电流、电压信号采集系统,对其电弧电特性信号进行采集,用虚拟仪器软件LabVIEW对其进行处理,得到U-t,I-t,U-I相图.比较了熔化极等离子弧焊与常规熔化极气体保护焊电弧电信号的不同,前者电流、电压波动很小,后者波动很大;研究了熔化极等离子弧焊接方法中MIG电流增大对电弧电信号的影响,并对熔化极等离子弧焊接的不稳定电弧电信号进行了分析,发现内弧对外弧的影响有一定规律性.     

面向工程应用的BA-GMAW熔滴过渡形态

综述了涉及工程应用的潜弧熔化极气体保护焊(Buried arc gas metal arc welding,BA-GMAW)熔滴过渡形态特征。结果表明,在大电流和相应的焊接参数下,BA-GMAW工艺的熔滴过渡形态有3种,即呈滴状过渡、摆动过渡和旋转过渡。BA-GMAW电弧空腔中电弧形态属于连续、敞开、非活动型;电弧空腔内氛围发生了质的变化,电弧爬升到熔滴上方,满足了喷射过渡形成3要素。焊接工艺参数对BA-GMAW熔滴过渡形态的影响,主要是焊接电流和电弧电压的影响;前者主要改变熔滴上作用力方向和大小,后者涉及潜弧的稳定性。潜弧焊熔滴过渡形态与工艺质量的利好关系,是受稳弧技术控制的熔滴过渡特性改善所决定的。创新点：通过典型工程应用试验案例中的焊接工艺参数,分析、判断相应的电弧和熔滴过渡形态,完成从实践到理论的转换,为后续论点论述打下坚实基础。     

基于纵向磁场控制的大直径空心螺柱焊接工艺

采用电弧螺柱焊方法对外径20 mm、内径10 mm的空心螺柱与45钢板材进行焊接,研究了旋弧磁场对接头显微组织特征及力学性能的影响. 结果表明,在纵向旋弧磁场作用下,电弧中电荷受洛伦兹力作用呈螺旋运动,接头外观成形得到改善. 受磁场控制的电弧持续搅拌熔池,改善了焊接热循环条件,影响了熔池凝固结晶过程. 接头中先共析铁素体呈有规律的网状分布,珠光体也变得细化. 接头温度梯度减小使得固态相变时间增长,母材侧热影响区马氏体数量显著下降,热影响区宽度变小. 但旋弧磁场电流过大时焊接过程飞溅倾向明显增大,焊缝中气孔增多. 在焊接时间1 400 ms、焊接电流800 A、旋弧磁场电流0.43 A时,电弧在空心螺柱端面充分燃烧,接头抗剪强度可达到325 MPa.     

环境压力对GMAW电弧电离度的影响

电离度是表征电弧特性的重要指标之一,借助电离度来分析高压GMAW焊接过程,为高压GMAW焊接过程稳定性问题研究提供了一个新的视角. 采用光谱仪测试高压GMAW电弧空间点的光谱数据,使用Boltzmann法和Saha热电离公式计算出测量点的电弧电离度,从而获得高压GMAW电弧电离度的分布特征及其随环境压力的变化特性. 结果表明,随着环境压力增大,高压GMAW电弧电离度呈明显下降趋势,高压GMAW电弧电离度的减小意味着电弧空间中起导电作用的带电粒子比例减小,维持电弧稳定燃烧的难度增大,电弧稳定性下降. 另外,焊接电流增大有助于提高高压GMAW焊接过程的稳定性.     

熔化极气体保护焊电流与电压调节

在应用熔化极气体保护焊的基础上,分析焊接电流和电弧电压对焊缝成形的影响,探究焊接电流与电弧电压匹配对焊接电弧特性的影响规律,总结正确调节焊接电流与电弧电压的基本方法和操作技能,正确调节焊接电流与电弧电压是熔化极气体保护焊技术推广与应用的关键因素。     

填充ER309焊丝的异种钢接头二型边界形成机理

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.     

磁场对双丝间接电弧焊熔滴过渡的影响

对磁场作用下的双丝间接电弧气体保护焊熔滴过渡变化规律进行了研究,通过励磁线圈对间接电弧施加外部横向及纵向磁场,磁感应强度值由特斯拉计侧出,熔滴过渡过程借助于高速摄像系统拍摄,并由示波器同步记录下电流和电压值的变化.研究表明,随正向横向磁场强度增加,熔滴颗粒变细,过渡频率增加,随负向横向磁场强度增加,熔滴颗粒变大,过渡频...     

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.     

磁控电弧焊缝跟踪传感器的有限元分析

为了研究磁控电弧焊缝跟踪传感器的电磁特性,采用ANSYS软件对传感器进行了谐波磁场分析,当线圈匝数、空气隙长度、铁心磁导率等因素分别发生改变时,得出了磁控电弧焊缝跟踪传感器的磁力线分布和磁场矢量图;分析了电弧传感器主要参数对磁场分布和磁感应强度大小的影响规律,并与采用高斯计测得的实际磁感应强度进行了对比.结果表明,采用有限元方法对磁控电弧传感器的电磁特性的分析结果与试验结果吻合,为磁控电弧焊缝跟踪技术提供了基本的理论指导.     

Shape control of TIG arc plasma by cusp-type magnetic field with permanent magnet

The shape of arc plasma in gas-shielded arc welding is an important factor for the quality and efficiency of the welding. The arc plasma changes its shape by an external magnetic field because the arc is a flow of electricity and is subjected to the electromagnetic force. In this study, we examined the control of arc plasma by a cusp-type magnetic field. The field produces a high and low magnetic area alternatively, and changes the cross-section of the arc plasma from a circular to an elliptical shape. The previous study using solenoid coils to produce a cusp-type magnetic field reported that magnetized arc plasma provided deeper penetration. However, the solenoid device developed for the cusp magnetic field was too large in comparison with the size of the welding torch used for production welding. Therefore, this study investigated the magnetic control of arc plasma with permanent magnets that have recently become smaller in size and higher in intensity. Theoretical analysis model was constructed to determine the optimum arrangement of the magnets. This analysis requires a three-dimensional numerical model because the temperature-, velocity-, and electromagnetic fields of arc plasma change three-dimensionally by the additional magnetic field. It was analytically and experimentally shown in TIG arc welding that the arc shape could be elliptical cross-section even using the permanent magnets. Furthermore, our analysis showed that the effective magnetization direction of magnets was vertical, and this result was confirmed experimentally. As a result, we obtained the good bead appearance in the high-speed welding with this magnetic control.     

高效MAG焊接熔滴过渡行为及交变磁场控制试验分析

探索更加高效的焊接方法和工艺是当前国际焊接界一个热点课题,而增大焊接电流和焊丝伸出长度可直接提高MAG焊焊接效率. 文中对商用MAG焊机进行改造,使送丝速度达到50 m/min,焊接电流提升至500 A以上,以进一步提高焊接效率. 但是熔滴旋转射流过渡的形成,导致电弧不稳,飞溅增大,因而采用外加交变磁场来改善电弧形态和熔滴过渡行为. 通过焊接工艺试验,分析了焊接电流对焊接飞溅率和金属蒸发速率的影响规律,研究了交变磁场对熔滴过渡行为和焊缝成形的作用. 结果表明,外加低频交变磁场可以有效提高大电流下电弧挺度和稳定性,缩短液流束长度,减小液尖偏斜程度,进而改善焊缝成形,大幅度提高焊接效率.     

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。     

一种用于焊缝跟踪的磁控电弧传感器

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.     

Co基堆焊合金力学性能的磁场控制

将直流纵向磁场引入等离子弧钴基合金堆焊过程中,研究了磁场强度和焊接电流对堆焊层硬度和耐磨性的影响,并对磁场作用机理进行理论研究分析。结果表明:磁场强度应和焊接电流配合使用;适当的外加磁场不仅可以细化堆焊层金属组织的晶粒,而且由磁场产生的电磁搅拌能够提高堆焊层金属的硬度,使堆焊层的耐磨性也显著增强,从而提高堆焊层金属的综合力学性能。