金属粉末再压缩等离子弧焊接工艺

提高电弧穿透能力是等离子弧焊接领域的重要课题.自主设计并搭建了金属粉末再压缩等离子弧焊接新工艺试验平台,采集焊接过程电信号、视觉信号、弧光光谱信号等,并从焊缝成形、电弧电压、熔融金属过渡、弧光光谱等方面对金属粉末再压缩等离子弧焊接过程进行了初步的研究.在相同焊接电流195 A条件下,与常规等离子弧焊接工艺相比,金属粉末再压缩等离子弧焊接焊缝熔深增加1.29 mm、熔宽减少1.65 mm、电弧电压升高0.63 V.在波长为230 ~ 270 nm范围内,与常规等离子弧焊接相比,金属粉末再压缩等离子弧焊接中Fe和Cr元素的特征谱线明显增多. 结果表明,在相同电流条件下,与常规等离子弧焊接相比,金属粉末再压缩等离子弧焊接电弧穿透能力增强.     

气流再压缩等离子弧焊接电弧行为

电弧等离子体行为对焊接接头组织结构和性能具有决定性作用,开展气流再压缩等离子弧特性研究对于指导先进材料的气流再压缩等离子弧焊接工艺和提高焊接接头质量具有重要意义. 针对气流再压缩等离子弧焊接新工艺,基于流体动力学和电磁理论,建立气流再压缩等离子弧数值分析模型,采用ANYSYS Fluent软件,通过C语言进行二次开发,定量计算等离子弧温度分布、流场分布、电势分布,分析压缩气对等离子弧温度场、流场、电弧电压的影响规律. 模拟结果表明,压缩气对喷嘴内的等离子弧温度分布基本没有影响,压缩气对喷嘴外的等离子弧具有拘束压缩作用;压缩气对等离子弧流场分布基本没有影响;压缩气能够提高电弧电压. 相同电流条件下,与常规等离子弧焊接相比,气流再压缩等离子弧焊接电弧穿透能力有望提高.     

气流再压缩等离子弧焊接工艺初步探究

等离子弧焊接在中厚板焊接领域具有重要的应用前景.自主设计搭建了气流再压缩等离子弧焊接系统,开展了气流再压缩等离子弧焊接新工艺试验研究.通过焊接过程监测系统分析焊缝成形,温感扫描图可以比较准确的反映实际焊缝成形.针对8 mm厚的304不锈钢,焊接电流为150 A时,常规等离子弧焊接熔深为6.53 mm;气流再压缩等离子弧焊接可以完全熔透工件,且正面焊缝和背面焊缝成形良好.结果表明,相同电流条件下,与常规等离子弧焊接相比,气流再压缩等离子弧焊接电弧电压升高;气流再压缩等离子弧焊接可以提高焊接熔透能力.     

等离子电弧力的研究

从等离子电弧力的角度 ,探讨了等离子弧焊接工艺参数及其匹配的内在联系与规律性。在不同工艺条件下 (焊接电流、等离子气流量、电极内缩量以及喷嘴高度 )对等离子电弧轴向力进行了测量。并通过显著性分析 ,定量地认识和描述了各工艺参数对电弧轴向力的作用和影响。进而指出了获得稳定的小孔型等离子弧焊接过程的必要条件。本文的工作对于等离子弧焊接工艺参数的匹配及其过程的优化有重要的指导意义。     

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.     

穿孔型等离子弧焊接热-力耦合模型优化

K-PAW的焊接过程是等离子电弧对被焊工件热与力的耦合作用.文中基于FLUENT软件,依据流体动力学理论,对穿孔型等离子弧焊接过程熔池、流场和小孔进行了热-力耦合模型分析,提出了随穿孔深度增加,能量和电弧压力二次变化的计算优化模型,使维持小孔壁面稳定的力同时作用在小孔内部和物理边界上,初步实现了穿孔型等离子弧焊接从开始到穿透工件及穿孔后焊接过程的数值模拟.计算结果表明,焊接时间为0.25 s时,熔池已开始熔化并出现下凹变形,穿孔型等离子弧焊接穿孔时间为2.15 s,焊接3.00 s后小孔和熔池达到稳定状态,与试验测得的穿孔时间吻合良好,在穿孔动态过程中穿孔形态吻合良好,熔合线走势基本相同.另外,在平行于焊缝的截面上观察,熔池内部易出现逆时针环流.     

小孔等离子弧焊接中小孔状态的传感技术研究

小孔等离子弧焊接是一种高能量密度的高效焊接方法。小孔的稳定性是影响小孔型等离子弧焊接过程稳定性和接头质量的重要因素。在焊接过程中及时获取表征熔池小孔特征行为的信息．就成为等离子弧焊接研究的前沿课题。介绍了小孔等离子弧焊接中小孔状态的传感检测原理，指出利用声音信号、电弧孤光强度、尾焰电压、熔池图像信号、多传感信息融合和等离子云导电性都能在一定条件下实现小孔状态的检测．并分析了这些传感方法的特点。     

等离子弧电流密度的分割阳极测定法

电弧的工艺性能很大程度取决于它的电流密度分布,要对电弧电流密度分布进行直接测量目前仍是一个难题。我们在进行磁场再压缩等离子弧的研究中,应用分割阳极和光迹示波器等简单测试手段,并经过必要的数学处理,建立了等离子弧阳极平面电流密度数量场的数学模型。这样电弧电流密度分布的测定方法同样适用于其它非熔化极电弧。     

基于多信号检测的等离子弧焊接平台构建

焊接过程的准确检测是实现高效优质焊接的基础。实现等离子弧焊接过程的多信号检测对于指导等离子弧焊接工艺具有重要意义。文中搭建了基于多信号检测的等离子弧焊接平台,该等离子弧焊接平台包括等离子弧焊机和焊枪系统、机械运动机构、视觉检测系统、焊接过程监测系统、计算机控制系统等;通过视觉检测系统拍摄了等离子弧焊接电弧形态,测量出了喷嘴出口处的电弧直径与工件上表面电弧直径比值为0. 64,证实了等离子弧焊接电弧挺度高,发散程度小;通过焊接过程监测系统,拍摄了焊缝温感扫描图,在线实时监测了等离子弧焊接焊缝成形,结果表明温感扫描图可以比较准确地反映等离子弧焊接的实际焊缝成形。     

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。     

反极性弱等离子弧堆焊基本特性的分析

对反极性弱等离子弧堆焊基本特性进行了研究,分析了反极性弱等离子电弧的能量密度在不同气体流量和气体含量下的变化规律、电弧压力径向分布特性、电弧的热特性、反极性弱等离子弧的燃烧稳定性及静特性等特点.结果表明,反极性弱等离子弧具有较均匀的电弧压力,弧底部的电压径向分布、电流径向分布和阴极斑点的分布三者一致,均呈凹形分布,阴极斑点能量约占电弧有效能量50%,有90%以上的电流分布在内圆直径10 mm的圆环区,通过保护气流可以控制能量密度.反极性弧的阴极雾化作用有效地改善了堆焊金属与基体金属的结合状况.这就使得反极性弱等离子弧成为异种材料堆焊领域中一种理想的热源.     

Determining the keyhole geometry based on double-elliptic distribution of plasma arc pressure

The plasma arc pressure plays an important role in determining the keyhole formation and size. So it is of great significance to choose adaptive distribution mode of the plasma arc pressure for determining keyhole shape and size. In this study, through employing a double-elliptic distribution mode of plasma arc pressure, three-dimensional keyhole was numerically simulated. The unsymmetric feature of the keyhole inside the weld pool was described. The development of keyhole was demonstrated under different levels of welding current. The critical current required to form an open keyhole was obtained for the study cases.     

基于分裂阳极法的电弧电流和电弧力的联合测试系统

焊接电孤的电流密度和电弧压力的分布特征对焊接工艺有重要的影响.以分裂阳极法为基础,开发了一套电弧电流和电弧力的联合测试系统,包括电弧的精密运动控制和高精度的数据采集系统.采用Matlab进行数据处理和数值分析,获得焊接电弧的电流密度和电流压力的分布特征.采用本系统分别对直流等离子弧和直流TIG电弧进行了测试,测试结果表...     

低压环境对等离子弧穿透能力的影响

设计了一套水冷铜阳极电弧力测试装置,测量了不同环境压力下等离子弧在穿透一定厚度工件后电弧压力的径向分布情况,研究了焊接电流、环境压力对于穿透电弧压力的影响规律. 结果表明,等离子穿透电弧压力在电弧中心区域最大,沿着径向从中心至边缘迅速减小. 在同一环境压力下,随着焊接电流的增加,等离子穿透电弧压力增大;当焊接电流相同时,在一定的压力范围内,随着环境压力的降低,等离子穿透电弧压力显著增大,且环境压力变化对于等离子穿透电弧压力的影响比焊接电流变化对其的影响更显著.     

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.     

Derivation of current density distribution by arc pressure measurement in GTA welding

Abstract

Arc pressure is an important factor in understanding physical arc phenomena, especially its effects on the penetration, size and shape of GTA welding. The purpose of the present study is to derive the current density distribution on the anode base metal from the measured arc pressure distribution in GTA welding using the results from previous investigators. Using the measured arc pressure distribution on the anode base metal in GTA welding from the central part to the circumference and the equations of Lin et al. and Maecker, the current density distribution was derived. Applying the derived equation from the present work, the current density distribution was calculated from the low current region to the high current region by means of shield gas mixing ratio. It is compared and discussed with the practical welding current and the derived current by numerical integration of the current density distribution from the central part to the circumference region.     

Characterization of welding arc and weld pool formation in vacuum gas hollow tungsten arc welding

An experimental method is suggested to obtain the effective arc radii for various welding conditions in vacuum gas hollow tungsten arc welding. The irradiance distribution of welding arc next above the anode workpiece is obtained by applying Abel inversion algorithm to the CCD arc image, and then used to determine the distribution of arc heat flux, arc pressure and current density from the physical relations of arc irradiance, temperature and current density in gas tungsten arc welding. The resultant arc models are then adopted to simulate the gas hollow tungsten arc welding process for various gas flow rates.     

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。     

超声等离子焊接在液压支架修复工艺中的应用

为提升液压支架修复的可靠性和经济性,对超声等离子焊接的应用效果进行了数值模拟和试验研究。根据所设计超声等离子弧焊系统的焊枪结构与焊接工艺参数建立了超声场有限元模型,基于COMSOL求解等离子气体的速度场、电弧密度场和声压场。对修复后的液压支架试样进行了显微硬度、残余应力及冲击韧性等力学性能测试。结果表明,超声波可在同等条件下将电弧压力提升20%以上,并在4 mm电弧直径内显著增强电流密度,有效减小热影响区范围和残余应力;等离子气体流速与电弧密度在靠近支架焊缝区域以近似相反的变化趋势分布,二阶特征频率振源能够在电极附近产生驻波;修复后支架的平均硬度和室温冲击吸收能量相比母材分别提升了44.6%和45.8%。