旁路耦合微束等离子弧焊熔滴过渡特性分析

使用高速摄影采集不同旁路电流、送丝速度和离子气流量下旁路耦合微束等离子弧焊的熔滴过渡图像,研究了熔滴过渡过程,并采用静力平衡理论,分析了熔滴所受的主要作用力。结果表明,当焊接总电流一定时,随着旁路电流的增大熔滴过渡频率随之减小,熔滴尺寸随之增大,旁路电弧对熔滴过渡起阻碍作用;其它参数不变的情况下,熔滴过渡频率随送丝速度的增大先增大后减小,随离子气流量的增大而增大。当焊丝在等离子弧边缘熔化时,重力是促进熔滴过渡的主要作用力,且由于斑点力在水平方向上的分力大于电磁力在水平方向上的分力,熔滴呈排斥过渡;当焊丝在等离子弧中心熔化时,等离子流力是促进熔滴过渡的主要作用力。     

焊接速度对CO_2激光-GMAW-P复合焊接等离子行为及熔滴过渡影响研究

在CO_2激光和GMAW-P复合焊接过程中,焊接速度是用来控制对工件热输入的重要参数,但是焊接速度的改变也会影响到等离子行为及熔滴过渡。文中研究了焊接速度对激光致等离子体形态、熔滴过渡和输出电信号的影响,通过高速摄影观察了焊接过程激光等离子体和熔滴过渡,采集了焊接过程电流电压信号,试验结果表明,较低的焊接速度会产生大量的激光致等离子体,这种等离子体的产生改变了熔滴内电流分布,阻碍了熔滴过渡,增加了弧长及熔滴尺寸。     

高压干法GMAW熔滴排斥过渡形成机理

采用红外激光作为背光源,应用高速摄像系统对高压干法GMAW熔滴过渡进行了研究.以三种不同送丝速度,分别进行了0.1～2 MPa的氩气环境GMAW试验.结果表明,随着环境压力的增加,熔滴过渡形式均转变为排斥过渡.在排斥过渡熔滴长大过程中,始终伴随着电弧弧根沿一侧上爬至熔滴的近焊丝端现象,从而对熔滴产生了不对称的侧向力作用,加之高压环境中弧根面积减小导致熔滴所受的电磁力为熔滴过渡的阻力,两者共同作用最终形成了高压干法GMAW的排斥过渡.通过对比不同环境压力下的弧根位置照片发现,这种弧根上爬现象也同时存在于常压和环境压力较低时.并采用理论模型推导了电弧弧根上爬的条件及影响因素.     

GMAW焊接熔滴过渡过程的模拟研究

以流体力学、电磁理论为基础,通过VOF方法对熔滴进行界面追踪,考虑熔滴拖拽力、表面张力,建立了GMAW熔滴过渡行为的数学物理模型。通过FLUENT软件结合udf(user-defined functions)程序对低碳钢焊接过程的熔滴过渡过程进行了模拟。结果显示:模拟的熔滴脱落时间、长度和半径与试验结果吻合较好;电流密度越大,熔滴过渡时间越短,熔滴尺寸越小。熔滴滴落过程的速度矢量结果表明,熔滴涡环的出现及湮灭与合力和粘性耗散有关。     

高速电弧喷涂熔滴速度的数值模拟及试验

熔滴速度是电弧喷涂涂层性能的主要影响因素之一。本基于空气动力学和二相流流体力学理论建立了高速电弧喷涂雾化气流化和熔滴速度的数学模型，并进行了数值模拟；同时用试验方法测试了气流速度及Al,3Cr13熵滴在不同喷涂距离处的平均速度；数值计算结果与试验数据基本吻合。结果表明，雾化气流的速度和距喷嘴一定距离内将保持初始速度（约650m/s)，然后随喷涂距离的增大而衰减，这与超音速气流通过Laval喷管后所产生的膨胀波和压缩波相互作用有关；熔滴在雾化飞行过程中经历了先加速后减速的过程，小熔滴能在较短的距离内被加速到最大速度；达到最大速度之后，小熔滴由于惯性力较小而迅速减速，而大熔滴则因较大的惯性力而减速不明显；熔滴速度的变化是由熔滴的Reynolds数决定的。Al和3Cr13熵滴的最大速度在0．3m喷涂距离之内均超过音速。     

FeCrBSiNb粉芯丝材电弧喷涂的弧区动态行为

电弧喷涂粉芯丝材是由金属外皮包覆金属或非金属的复合粉末组成,喷涂过程中在弧区发生冶金反应并雾化成熔滴,大量熔滴沉积在基体表面最终形成涂层。粉芯丝材的电弧喷涂是一个高度动态的传热传质过程,采用高速摄像技术研究了喷涂过程中两根粉芯丝材交汇处的电弧、丝材熔化与熔滴形成等行为。另外,通过高速摄像试验分析了喷涂电流和电压对电弧形态及丝材熔化的影响规律。结果表明:喷涂时间歇出现燃弧、熄弧、再燃弧的循环变化;不同于实心丝材,粉芯丝材在阴阳极上的电弧都发散,这有利于丝材外皮和粉芯间的冶金反应;阴极丝材主要表现为抽吸作用下以细小熔滴或片状挤出物等形式形成熔滴,阳极丝材主要以片状液带的形式脱离并雾化成小熔滴。     

超声-MIG焊接铝合金熔滴过渡行为

对铝合金超声-MIG焊接熔滴过渡行为做了系统研究。试验主要关注在超声作用下,铝合金焊接中熔滴过渡行为的变化。通过对熔滴过渡过程的观测和分析,结果表明,对于短路过渡形式,熔滴受到超声辐射力的阻碍作用,熔滴的体积增大,过渡频率降低,焊接电弧收缩,弧长缩短,挺度增加,亮度增大;在大滴过渡和射滴过渡时,熔滴过渡频率大幅增加,熔滴尺寸减小,这也是超声辐射力作用在熔滴上的影响造成的;而且超声作用后的熔滴形态发生复杂变化,焊接过程的不稳定性增大。     

铝合金Plasma-GMAW-P复合焊接电弧特性及熔滴过渡行为

研究了Plasma-GMAW复合焊接过程中的电弧特性以及熔滴过渡行为。结果表明,不同电流的等离子弧通过改变GMAW电弧的导电以及受力状态来影响GMAW电弧形态以及熔滴过渡行为。等离子弧电流较小时,GMAW电弧的等离子流效应对GMAW电弧形态影响显著,基值时期的GMAW电弧基本沿焊丝轴线燃弧,峰值时期由于在焊接方向上同时受到方向相反的2个力而被压缩,熔滴所受的等离子流力以及等离子流力垂直向下的分力因此增加,对熔滴过渡的促进作用增强,熔滴更易从焊丝脱落。等离子弧电流增加,氛围中金属蒸气增多,电荷流效应对GMAW电弧的影响增强,基值时期GMAW电弧偏向等离子弧方向燃弧,由于焊接电弧存在热惯性,MIG电弧在峰值时仍偏向等离子弧,熔滴所受等离子流力垂直向下的分力因此减小,熔滴脱离焊丝的时间增加。     

双丝三电弧焊中熔滴过渡及焊缝成形机理

为了验证双丝三电弧焊接过程中M弧不同的电流、脉冲频率对其熔滴过渡行为的影响;试验搭建了双丝三电弧焊的焊接系统以及高速摄像与波形同步采集系统.结果表明,熔滴过渡行为变化的主要原因是在M弧作用下熔滴的受力变化.其次,熔滴过渡行为和M弧电流的变化存在着对应关系:随着M弧电流增大,熔滴过渡行为依次为焊缝成形最佳的短路过渡+射流过渡、以及成形依次变差的大滴过渡、射滴过渡、射流过渡.随着M弧脉冲频率增加,熔滴过渡行为依次为一脉多滴、一脉一滴、多脉一滴三个阶段;其中焊接成形最理想的为一脉一滴的熔滴过渡阶段.     

DE-GMAW焊接熔滴过渡过程模拟研究

焊接熔滴的过渡方式以及工艺参数对于焊缝质量起着主导作用。以流体力学和电磁理论为基础,通过VOF模型对熔滴界面追踪,考虑了熔滴的等离子流拉力、表面张力,建立了DE-GMAW熔滴过渡行为的数学物理模型,并对模型进行了求解。将模拟的熔滴脱落时间、尺寸与实验结果进行了验证对比,结果吻合良好;模拟研究表明,随着旁路电流的增加,熔滴的过渡方式逐渐发生变化,熔滴过渡时间缩短,熔滴尺寸减小。入口速度(送丝速度)对于熔滴的等效直径和脱落时间有较大的影响,在旁路电流不变时,可适当地通过控制入口速度调整熔滴的等效直径与脱落时间。     

双丝夹角对双丝间接电弧特性的影响

建立了双丝间接电弧的三维有限元数学模型,分析了不同双丝夹角对双丝间接电弧特性的影响.利用高速摄像机拍摄电弧图片与计算结果对比,以验证计算结果的准确性.结果表明,双丝间接电弧的温度、速度和电流密度等电弧参数在阴极区和阳极区较高,在弧柱区较低,弧柱区下端最低;随着双丝夹角的增加,双丝间接电弧的温度、速度、电流密度在阴极区、阳极区以及弧柱区上端增加,在弧柱区下端下降;上述电弧参数的变化率在阴极区和阳极区大于弧柱区,阳极区大于阴极区,弧柱区上端大于弧柱区下端;双丝间接电弧的偏转程度随着双丝夹角的增加而增加.     

Analysis of dynamic plasma behaviours in gas metal arc welding by imaging spectroscopy

For gas metal arc welding, the effect of CO₂ mixture in a shielding gas on a metal transfer process was investigated through the observation of the plasma characteristics and dynamic behaviour at the droplet’s growth-separation-transfer by the temperature measurement methods which were suitable, respectively, to the argon plasma region and the metal plasma region. At the present experimental conditions, the metal transfer process was a spray transfer type with 100%Ar shielding gas. On the other hand, with 85%Ar + 15%CO₂ shielding gas, the metal transfer process was a globular transfer type in which the arc length was shorter, the width was narrower and the time interval of the droplet separation was longer. For both shielding gases, the metal plasma region near the arc central axis exhibited 6500–7500 K, which was lower than the argon plasma region. With 85%Ar + 15%CO₂ shielding gas, when the metal droplet grew below the electrode wire, the region below the droplet has a high plasma temperature and a high concentration of iron vapour which surrounded the droplet. The region also exhibited a remarkably high electron number density. At the spray transfer process, the argon plasma region had an electron number density twice as high as the metal plasma region. Meanwhile, at the globular transfer process, the metal plasma region had a higher electron number density than the argon plasma region, which corresponded to a higher electrical conductivity near the arc axis. This means that the electric current goes through the arc axis easier than the spray transfer process. This condition increases the temperature below the droplet. The thermal expansion increases the force preventing the droplet from falling down. In consequence, the metal transfer takes the globular transfer type.     

Modelling of electromagnetic processes in system 'welding arc – evaporating anode' Part 1 – Model of anode region

Abstract

A mathmatical model of electromagnetic processes occurring in the 'arc column – anode region – evaporating anode' system is presented. The anode region of electric arc with an evaporating metallic anode is described by a model, under which the non-equilibrium near anode plasma containing atoms and ions of the evaporated metal, along with atoms and ions of the ambient (inert) gas, is subdivided into a space charge layer immediately adjoining the anode surface and ionisation region adjacent to the arc column. This model allows determining the potential drop between welding arc column plasma and anode surface depending on the current density and plasma temperature near the anode, as well as upon the temperature of its surface.     

空心钨极同轴填丝焊空间热场分布特征

利用理论建模与试验相结合的方法,系统研究了空心钨极同轴送丝焊接过程中焊丝熔化热量的来源. 结果表明,基于磁流体力学的理论模型分析结果和实际情况高度吻合;在高温电弧热辐射及钨极热传导共同作用下,钨极内孔形成的梯度式高温区会对焊丝起到一定的预热作用;环状空心钨极电弧中轴线上近几何中心区域的温度最高,焊接电流400 A时温度高达13 700 K;熔滴与液态熔池接触后电势相等,在最小电压原理作用下,部分高温电弧的阳极作用区会由液态熔池转变至焊丝表面,同时部分焊接电流会从焊丝流过,形成的电阻热也是高效熔丝的主要原因之一;熔滴过渡分析结果表明空心钨极同轴填丝焊接具有较高的工艺稳定性,是一种极具发展前景的焊接新方法.     

Twin-wire indirect arc welding by modeling and experiment

Argon-shielded twin-wire indirect arc (TWIA) welding is a method with a high melting rate, high welding efficiency, low welding deformation and low penetration depth of the weld joint. In this paper, the arc behavior of the twin-wire indirect arc (TWIA) for current values of 100 A, 150 A and 200 A and their influence on the welding process were discussed, and the reasons of the previously mentioned advantages of this welding method were analyzed. The plasma temperature was measured to verify the correctness of the simulation. The results indicate that the arc behavior is mainly controlled by the welding current. With the increasing current, the arc parameters in the anode and cathode regions significantly increase, whereas those in the arc column region vary by a smaller degree. The rate of increase of the arc parameters in the entire arc region is smaller than that of the welding current. The isotherm shifts toward the anode side and the shift of the isotherm increases when the welding current increases. The advantaged of TWIA welding was discussed according to the calculated result.     

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...     

不同参数下MIG焊电弧光谱波动特点

熔化极惰性气体保护焊(MIG)过程中,熔滴过渡、弧长波动等会引起辐射的剧烈变化,其变化规律对于焊接质量检测具有重要意义.文中通过采集不同参数下的MIG焊电弧光谱分布,研究其在焊接过程中的变化规律;并结合该参数下熔滴过渡特征,基于电弧物理理论,对典型参数下光谱波动的规律进行物理解释.结果表明,不同参数下电弧光谱的分布和变化规律不同,具有各自的光谱分布特征;在MIG焊接过程中,由于熔滴过渡会造成光谱信息的规律波动,但在过渡的不同时间段,光谱信号在不同谱段(紫外区、可见光区、近红外区)的变化规律存在较大差异.     

低扰动静电探针对TIG电弧载流区的分析

为了认识TIG电弧载流区特性,确定载流区作用范围,采用一种低扰动静电探针,测定弧柱区轴向不同截面内的悬浮探针电位及偏置探针电流.结果表明,探针施加负偏置电压时,测得的离子饱和电流,其分布半径与电弧载流区半径相当;施加正偏置电压时,测量得到电子饱和电流,通过其分布半径可确定电弧半径;沿电弧轴向,载流区和电弧半径在阳极附近...