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％。     

外加轴向磁场K-TIG横焊电弧形态及焊缝成形

深熔K-TIG焊是一种单面焊双面成形的高效焊接技术,在中厚板材制造中得到广泛的应用。为探究磁场影响电弧形态的机理,采用数字图像处理技术对不同磁场强度下的电弧形态进行了研究。结果表明,轴向磁场对电弧上部和电弧下部呈现不同的作用效果,电弧上部的挺度大于电弧下部的,在相同焊接工艺参数下,电弧上部受磁场影响的波动幅度比电弧下部小,磁场强度对电弧的影响呈现非线性关系,深熔K-TIG焊电弧属于自由电弧,形成的熔池面积较大,在横焊工艺中,熔池因重力效应而出现下淌,进而影响焊缝成形。文中提出了一种通过磁场辅助抑制熔池下淌的方法,通过轴向磁场与熔池的电流相互作用,产生与重力方向相反的电磁力,进而抑制熔池下淌,轴向磁场适用于改善K-TIG横焊焊缝成形。     

铝合金变极性TIG焊接电弧行为

分别采用正弦波变极性和方波变极性氩弧焊对铝合金试板进行了焊接试验,利用高速摄像机和汉诺威分析仪分别对焊接过程中变极性电弧形态及电信号进行采集分析. 结果表明,电弧电压概率密度分布和高速摄像图证实了较小焊接参数条件下正弦波变极性比方波变极性电弧稳定性差的现象. 正弦波变极性TIG电弧随EP(反极性)的增加清理宽度增加,但熔宽未增加,证明此条件下正弦波变极性TIG电弧过于发散;焊接参数较大时,随EP的增加,正弦波变极性熔宽变宽,证实正弦波变极性TIG电弧稳定性随之提高,证明了铝合金变极性TIG焊接过程中EP极性电弧产热大于EN极性电弧能量的本质特征.     

变极性等离子电弧形态对电弧力的影响

研究了变极性等离子弧焊接工艺中,电弧形态及力学行为随焊接过程变化的现象,提出了变极性等离子电弧力学行为随电弧形态的改变而变化的规律。通过高速摄像以及对电弧力和电流的同步检测,证实了联合型等离子弧在反极性时间内易形成双弧的事实。     

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.     

VPTIG焊接电流参数对电弧形态及焊缝质量的影响

采用高速录像系统、记忆示波器同步实时采集变极性氩弧（VFFIG）焊接电流、电弧形态信息,比较分析了VFFIG焊接电流频率、直流电极接负（DCEN）时间和直流电极接正（DCEP）时间、DCEN及DCEP电流幅值5个参数对电弧形态及焊缝质量的影响。结果表明,通过调节以上5个参数,可以控制电弧形态、电弧力及焊接热输入,从而控制熔深及焊缝正反面成形;控制焊缝两侧清理区宽度;减少钨极烧损。采用平板对接低频脉冲调制铝合金VFFIG焊接工艺,单道焊熔深可达6min,焊缝成形良好、质量可靠。     

高压空气环境钨极氩弧焊电弧形态

针对高压空气环境的特殊性,研制了高压焊接试验舱和钨极氩弧自动焊机,建立了以高速摄像机为核心的电弧摄像系统.在0.1～0.7 MPa空气环境中,研究了电弧形态,采用稳态电弧的电流和弧长,结合钨极氩弧自动焊机其他主要参数,进行了典型位置16Mn钢板的焊接,采用自由成形工艺形成的全部接头均符合美国焊接学会AWS D3.6M:1999中A类接头的要求.     

外加磁场对CO2焊接焊缝成形的影响

针对CO2气体保护焊飞溅大、成形差的特点,利用外加纵向磁场控制CO2焊短路过渡.通过试验得出:在外加纵向磁场作用下,熔深减小,熔宽增加,焊缝堆高略有增加,焊缝大致成"宽而浅"的形状,明显改变了CO2焊短路过渡的焊缝成形.     

双钨极氩弧焊工艺及焊缝成形机理分析

针对3 mm和4 mm厚度低碳钢板,对双钨极氩弧焊的焊接工艺进行了研究.与常规钨极氩弧焊的对比分析表明,由于双钨极氩弧焊降低了电弧压力,提高了焊丝的熔敷率,因而在大电流高速度焊接时,极大地减少了凹坑、咬边等缺陷,实现了良好的焊缝成形,从而改善了常规钨极氩弧焊不适合大电流高速度焊接的不足,拓宽了钨极氩弧焊的使用范围,提高了焊接生产率.此外,在焊接试验的基础上,进一步对双钨极氩弧焊降低电弧压力、减少焊接缺陷的机理进行了分析.     

双钨极氩弧焊耦合电弧压力分析

双钨极氩弧焊(twin-electrode TIG, T-TIG)的耦合电弧是由设置在同一个焊枪中的两个相互绝缘的钨极各自产生的电弧耦合而成的.这个耦合电弧在物理特性上不同于传统单钨极TIG电弧.以试验为基础,分析了耦合电弧的电弧压力特性,并对比单钨极电弧就焊接电流、电弧弧长、钨极间距和钨极形状对耦合电弧压力分布的影响进行了研究.     

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.     

保护气体对激光+双丝MAG复合焊焊缝形貌和电弧特性的影响

在激光+单电弧复合焊工艺的基础上,通过再添加一个电弧的方式,形成激光+双丝脉冲MAG复合焊工艺。研究了保护气体为φ(Ar)80%+φ(CO2)20%(情况A)和φ(Ar)40%+φ(CO2)10%+φ(He)50%(情况B)时对激光+双丝MAG复合焊焊缝表面成形和电弧特性的影响。利用LabVIEW信号采集系统和高速摄像系统同步采集焊接电流、电弧电压波形和电弧形态。结果表明,在焊缝表面和焊道两侧边缘处,肉眼可见斑点状、不连续的氧化物,情况A与情况B相比,情况A氧化物含量高,熔宽小;而情况B焊道平整,鱼鳞纹清晰。情况A中由于CO2含量较高,使其对电弧的冷却作用增强,减弱了激光对电弧的稳定作用,断弧次数比情况B多。     

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。     

Effect of arc distance on temperature field and weld shape during double-sided arc welding

A new high efficiency welding method, double-sided double arc welding with double powers (DSAW-D), is developed for thick plate of low alloy high strength steel in this study. It is well known that the thermal cycles have an important influence on the microstructure, shape, stress, distortion and mechanical property. The DSA W-D method can control the tempernture field on a wide range by regulating the distance between two arcs, improve the rnicrostructure and prevent hot and cold cracking of high strength steel. But at present, the effect of arc distance on the temperature field and shape is not clear. Therefore, the paper researches the effect of arc distance on the temperature field and weld pool during DSA W-D using finite element method. The transient temperature field of different arc distance in DSAW-D is calculated.To verify the numerical results, the temperature is measured by the thermo-couple and the calculated results agree approximately with experimental data. Farther, the thermal property and mutual effect of double-sided arcs are investigated. The temperature distributions and weld pool profile at different arc distances are obtained. The results show that arc distance is a very important factor to affect the heat process.     

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...     

外加高频纵向磁场作用下的TIG焊电弧数值模拟

基于局部热平衡状态假设,建立外加高频纵向磁场作用下的钨极惰性气体保护焊的电弧稳态三维数值模型.通过对麦克斯韦方程组、连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程的耦合求解,得到了电弧的温度场、流场和压力场等计算结果.结合法拉第电磁感应定律,考虑时变磁场的电磁感应效应,引入感应电场,解释了高频纵向磁场作用下的电弧收缩现象.结果表明,外加高频纵向磁场感应产生环向电场,形成环向电流,环向电流与外加纵向磁场作用产生径向洛伦兹力,导致电弧收缩.     

变极性TIG焊接电弧稳定性分析

通过对变极性TIG焊接电弧稳定性试验研究,发现小电流电弧极性切换时容易引起熄弧.同时,电弧等效电阻的变化导致严重的换向冲击.原因是:电路的等效电容、电感引起小电流换向速度慢,电弧等效电阻变小引起换向冲击.通过二次主电路加耦合电感,以及在电弧极性切换时,采用变参数PI控制与超前控制的软件控制策略,有效解决了变极性TIG焊...     

变极性TIG焊电弧负载特性及换向控制策略

通过对变极性TIG焊电弧负载特性试验研究,发现EN（钨极接负）时电弧的等效电阻小于EP（钨极接正）时电弧的等效电阻,而且随着电流的增大电弧等效电阻都减小,当从EP切换到EN时刻电弧等效电阻急剧减小。对电弧等效电阻的形成机理进行了分析,指出电弧等效电阻与阴极区、弧柱区、阳极区在不同电流条件下的工作机理有关,着重分析了阴极区电子发射和阳离子发射的机理。针对从EP切换到EN时刻电弧等效电阻急剧减小引起的电流冲击问题,提出一种变参数PI控制结合超前控制降低切换极性时的电弧冲击电流的控制策略？结果表明,控制策略既保证了焊接电弧的稳定,又显著降低了切换极性过程中电流冲击的峰值。