交流TIG焊接电弧两极能量的分布特征

通过发射光谱分析法和数学模型的应用,深入认识了交流TIG电弧EN,EP两个时段不同比例时对铝合金焊接工艺的影响以及电弧正负两极现象和能量分布特征.通过动态观测交流,TIG焊接电弧全周期内的发射谱线,运用stark展宽效应计算并获得了电子密度的时域特征;通过数学模型定量地分析了交流TIG焊接电弧正负两极不同的能量特征;通过分别观测EN,EP时段Ar,Al和O三种谱线的光谱特征,进一步认识了交流TIG电弧正负两极不同的发射机理和EP时段的阴极清理效果对焊缝成形尺寸的影响.结果表明,在交流TIG电弧中,口时段的增加有助于焊接工艺与焊缝成形的质量.

Abstract：

During AC TIG welding of aluminum alloy, the physical phenomena of welding arc plasma at electrode negative (EN) and electrode positive (EP) periods and the characteristic of energy distribution at anode and cathode were investigated by observing the spectrum and founding the mathematical models. Furthermore, cathodic cleaning effect increases with the percentage of electrode positive. The dependence of electron density on time in the whole cycle is obtained with the theory of spectral line Stark broaderring, and the characteristic of energy distribution is analyzed through the mathematical models. The mechanism of emitting eledtrous, cathodic cleaning and the quality of weld is better understood by observing the spectnan of argon, aluminum and oxygen respectively during EN and EP periods.     

交流TIG电弧的过零过程及其状态特征

TIG电弧是焊接生产中的一种重要热源,交流TIG电弧在铝合金的焊接制造中的应用亦已相当广泛.但以往由于观测方法的限制,而缺乏对该类电弧物理特征的了解.基于新型的光谱诊断系统,并采用时控一统计平均的观测方法,对方波交流和正弦交流等两种常见的TIG电弧在近零和过零时的电子数密度的动态变化过程进行了测量,分析了交流电弧过零时段的一般规律和各自特点,从而有助于对交流TIG电弧过程认识的深入以及对其控制水平的提高.     

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.     

激光辅助引燃TIG电弧机理分析

采用1 000 W半导体激光器实现了激光辅助引燃TIG电弧,并运用发射光谱分析方法观测了电弧引燃过程中不同时刻的光谱信息,同时运用Stark展宽法得到了电子密度在各瞬态的特征值,为研究激光辅助引弧的物理过程提供了科学的依据.结果表明,在电弧引燃过程中,不同元素贡献电子的程度明显不同,在起弧初期,是由金属元素发生电离贡献电子,随着时间的递增,气体成分贡献电子能力逐渐增强,并由于电极间电场的存在,高温气体很快形成了串级电离而使电弧建立.     

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．     

MnCl2引入对粉末熔池耦合活性TIG焊交流电弧的影响

粉末熔池耦合活性TIG焊接法是一种新型高效焊接方法,通过选择对应的活性剂粉末,可实现几乎所有金属的焊接.针对采用MnCl2作为活性剂的交流粉末熔池耦合活性TIG焊电弧,采集等离子体光谱,利用Boltzmann作图法分析了电弧等离子体温度随时间的变化规律,并结合电弧电压变化规律,通过与传统交流TIG电弧对比研究MnCl2对交流电弧的影响.结果表明,对于交流TIG电弧,EN时段的电弧光谱强度高于EP时段,EN时段的电弧电压小于EP时段,EN时段的电弧温度低于EP时段.而由于活性剂MnCl2的引入,交流粉末熔池耦合活性TIG电弧的中心温度与EN时段和EP时段的电弧电压均高于传统交流TIG电弧,焊缝熔深较传统交流TIG焊显著增加.     

输油管TIG焊接电弧温度的光谱诊断

测定电弧温度对于深入理解焊接电弧在不同环境下的物理特性,从而寻求改善焊接质量的新途径有重要意义.笔者介绍了电弧等离子体光谱理论及光谱诊断方法,对TIG焊电弧光谱进行了采样分析.通过对光谱数据的分析指出钨元素谱线具有较好的利用价值.利用等离子体光谱诊断法对不同电流和不同弧长的电弧光谱和电弧温度进行了对比分析,并时其变化规律做出了解释.本研究工作对于输油管TIG焊接电弧物理的研究具有参考价值.     

绝缘片约束TIG电弧载流区的静电探针分析

为了认识绝缘片约束TIG电弧载流区形态及电流密度的变化,采用一种低扰动静电探针,在电弧轴向不同高度截面内测定悬浮探针电位及饱和离子电流,并对不同约束程度下电位电流波形进行对比分析.结果表明,绝缘片高于弧根时,电弧不会受到绝缘片的固壁约束作用;在绝缘片的约束作用下,载流区电位梯度增大,并在绝缘片约束方向上发生收缩;载流区电流密度和温度随绝缘片约束程度增加而增大,且在靠近电弧截面中心的区域内,电弧能量更加集中.     

焊接电弧电离区域与边界的诊断

焊接电弧是一种以气体放电实现电热转换的热源,其电离区域的尺度以及有效作用范围与其能量密度的分布有直接的对应关系.采用发射光谱诊断法,通过对电弧径向的氩原子和氩离子谱线强度的定量检测,获得了电弧内气体电离区域和气体原子激发辐射边界的尺度.克服了以往摄像手段由于曝光因素而无法定量观测电弧的问题,并将电弧光谱边界测定方法应用于脉冲电弧的观测,对电弧导电的物理概念以及电弧热源的建模等提供了认识的依据.     

干式高压环境对TIG焊接电弧温度的影响

干式高压焊接时,环境压力对焊接电弧的影响不容忽视.电弧温度是焊接电弧物理特性的重要参数之一,测定高压环境下的电弧温度对于深入理解焊接电弧在高压环境下的物理特性,从而寻求改善水下干式高压焊接质量的新途径有重要意义.介绍了电弧等离子体光谱诊断方法,对高压环境下的TiG电弧光谱进行分析,建立了一套切实可行的高压环境电弧温度测量方法.对高压环境焊接电弧温度变化规律进行了分析,建立了环境压力与电弧温度的函数关系式,并对试验结果进行了讨论.研究结果对于高压环境焊接电弧物理特性的研究具有参考价值.     

Research of welding arc electron density in hyperbaric TIG welding

The arc spectrum of TIG welding in high pressure was analyzed by Stark broadening.Using the characteristic line of ArI in welding arc,a study of electron density in high pressure revealed that the electron density of the welding arc had an upward trend with the pressure increase.According to data analysis,a curve of relationship between electron density and environmental pressure was established.It has a universal significance for change of electron density in high pressure.Through the analysis of electron density changing in time-domain in different pressure,a theoretical basis was provided for the problem of poor arc stability in high pressure.     

交流方波氩弧焊功率变换器

本文提出一种用于交流氩弧焊的功率变换器,它与具有陡降特性的直流焊接电源配套进行交流方波氩弧焊。文中介绍了其工作原理,性能特点及主要研究设计内容。结果表明,该方法是实现高质量交流氩弧焊的有效途径之一。     

TIG焊程控接触引弧的实现

简述了ZX7－180ST IGBT逆变焊机接触引弧的设计思路，工作流和电路原理，介绍了一种新型TIG焊接触式引弧方法，并对其优越性进行了比较。     

变极性TIG焊接电弧多信息测试分析系统

以研制的变极性TIG焊接电源为实验平台,采用记忆示波器、高速摄像救、光谱分析仪、焊接电弧动态分析仪,建立起变极性TIG焊接电弧多信息测试分析系统,同时采集焊接电流、电弧电压、电弧形态和电弧光谱等重要信息。并基于Visual C-语言开发的软件系统对采集的各种信息进行融合及分析。     

脉冲TIG焊混合电弧模型

基于实际的电弧物理过程分析,设计了相应的电弧阻滞系数方程,结合经典的Mayr和Cassie模型,提出了脉冲钨极氩弧焊 (TIG) 的混合电弧模型;论述了电弧阻滞系数方程中阻滞参数的选取原则,给出了模型中其它相关参数的数值确定方法,并结合电弧的实际进行了参数设定;基于该混合模型,进行了电弧的静特性验证,以及不同频率下的动特性验证. 结果表明,该混合模型能够有效的模拟TIG脉冲电弧.     

Physics characteristic of coupling arc of twin-tungsten TIG welding

1 Introduction It is well known that high effeciency and high quality welding is the developing target of welding technology[1, 2]. TIG welding is one of the high quality and widely applied welding methods because its arc is stable, its precess is easy t…     

薄板铝合金脉冲交流TIG焊工艺

采用双逆变脉冲交流TIG焊机对薄板铝合金的焊接工艺进行了研究，探讨了脉冲电流幅值、EP半波时间、脉冲电流频率对焊接工艺的影响。脉冲电流幅值和EP半波时间对铝合金表面氧化膜的清理有重要影响，在焊接薄板铝合金时应采用较低的脉冲频率。采用合适的焊接规范参数，容易实现焊缝成形的控制，并能获得较好的焊接质量。     

钨极氩弧焊弧长自动控制系统

针对钨极氩弧焊因工件表面高低不平、钨极烧损以及焊接变形等导致电弧弧长波动的问题,基于单片机和步进电机细分驱动技术,以电弧电压作为弧长表征量,设计了滤波电路解决焊前高频引弧及焊时稳弧干扰问题,设计与制作了弧长自动控制系统,编写带死区变积分PID控制算法和控制程序。焊接试验表明:高频高压干扰能完全被滤除,系统稳定性好;变积分PID控制算法应用于TIG焊接弧长自动控制可显著提高系统的响应速度和控制精度,具有更好的应用前景。