共熔池双TIG焊电弧稳定性研究

分析了共熔池双TIG焊的特点,通过试验.对由各种不同形态的电流组合构成的双弧系统的电弧稳定性进行了研究,探讨了共熔池双TIG焊过程的电弧系统稳定性控制方法.结果表明:通过控制焊接电流的形态及焊接电流值之间的绝对差值,采用双直流电弧、双脉冲电弧或直流与脉冲的混合电流形式都能得到稳定的双弧系统.但在采用较大的双脉冲电流的条件下,脉冲电流之间需存在交错延时,才能保证双弧的稳定性.     

TIG焊电弧压力影响因素的试验分析

焊接电弧压力是电弧的基本特性之一，是影响焊缝成形的重要因素，影响电弧压力分布的因素很多，本文以试验为基础，分析并讨论了钨焊接电流、电弧弧长、氩气量和钨棒顶端锥角、直径、伸出长度分别对电弧压力分布的影响。     

不同电流密度下的TIG焊电弧行为分析

文中以TIG焊电弧为研究对象,通过流体力学和电磁学耦合理论建立了不同电流密度下的二维轴对称数学模型. 通过Fluent用户自定义函数(UDF)二次开发,对自由状态下的TIG焊电弧行为进行了数值模拟,获得了不同电流密度下的TIG焊电弧热场和流场的分布规律. 结果表明,TIG焊电弧阴极温度较高,在较大的电流密度下,阴极区域存在较大的电势差,等离子体受到向下向内的电磁力增大,造成其最大运动速度增大,对阳极造成了强有力的冲击,形成较大的电弧压力. 同时验证了TIG焊电弧的热场呈现典型钟罩形态,在焊接过程中氩气比热容在钟罩电弧内部存在带状低谷区域.     

高频脉冲复合直流微TIG焊接电源及其电弧形态特征

针对微TIG小电流电弧不稳定的问题,研发了一种高频脉冲复合直流的微TIG焊接电源。通过测试输出电流波形,结合高速摄影采集电弧形貌,研究小电流电弧形态特征及高频脉冲复合直流对极限小电流电弧、6 mm间隙微电弧的影响,探讨微TIG电弧形态形成的原因及高频脉冲作用效果。结果表明,该电源输出的高频脉冲电流可实现快速变换,且具有精度高、输出稳定的特点;随着电流减小,电弧形态发生变化,并非保持“钟罩状”,高频脉冲电流可提高微TIG电弧稳定性,使电弧在平均电流低至2 A时也能维持稳定燃烧;6 mm间隙时,8 A微TIG电弧在燃烧过程中会发生大幅度形态变化,复合高频脉冲可以降低其变化幅度,提高挺度。     

变极性TIG焊电弧压力分析

采用压力传感器获取不同条件下的变极性钨极氩弧焊(VPTIG)横焊时的电弧压力,研究分析了电弧压力在径向上的分布规律,对比研究了直流TIG焊、反极性期间占5%,15%的变极性TIG中心电弧压力.结果表明,变极性TIG焊电弧压力的径向分布属于双面指数分布.焊接电流在100~140 A范围内,在电流均值相等的情况下,由于反极性期间电子发射机制和电弧发散等原因,随着一个周期内钨极为正半波的时间比例增加,电弧压力逐渐减小,且焊接电弧积分力与电流的平方近似成正比例关系.     

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。     

脉冲电流参数对奥氏体不锈钢电弧行为的影响

基于0Crl8Ni9Ti奥氏体不锈钢超高频脉冲钨极氩弧焊（UHF—GTAW,ultrahigh frequency pulse gastungsten arc welding）试验,分析了脉冲电流参数对奥氏体不锈钢电弧行为的影响及其作用规律．结果表明,以脉冲电流频率、占空比为代表的脉冲电流参数对不锈钢UHF-GTAW电弧的电学特性、工作形态、电弧力及熔透特性具有较大影响,随着超高频脉冲方波电流频率的增加,电弧收缩效应增强,电弧覆盖面积在一定范围内减小,电弧力显著增长,以等离子流力及电磁力为主的轴向力作用于熔池表面液态金属,造成熔池表面凹陷、热源下移、焊缝熔深增大、熔透率显著提升．     

空心钨极TIG焊电弧特性数值模拟

基于磁流体动力学理论,建立钨极半径为0.8 mm,尖端锥角分别为15°,30°,45°和60°的微TIG点焊电弧数值模型;使用Fluent软件UDF功能加载保护气体物性参数、动量方程和能量方程源项,探究钨极尖端锥角对微TIG点焊电弧温度场、流场、压力场和电势场的影响规律。结果表明,微TIG电弧呈钟罩形状,随着锥角由60°减至30°,钨极导电截面半径减小,导致电流密度增加,电弧温度增高;随着锥角继续减小,电弧上爬现象严重,钨极导电面积增大,平均电流密度减小,电弧温度随之下降。钨极锥角变化显著影响等离子体流力和电磁收缩力对电弧等离子体动量作用,进而影响电弧等离子体运动速度和阳极表面压力分布。数值模拟结果与微TIG点焊试验结果吻合良好,模拟结果对调控钨极锥角,改善电弧形貌及焊接质量具有重要意义。

     

耦合电弧钨极TIG焊电弧压力的测量与分析

开发了一种耦合电弧钨极,可显著降低电弧压力,消除咬边和驼峰焊道等缺陷,实现较高速度的TIG焊接.针对这种钨极进行了TIG电弧压力测量,研究了主要工艺参数对电弧压力分布的影响规律.结果表明,与传统TIG电弧相比,在相同参数下耦合电弧钨极TIG电弧压力峰值明显降低,并且随着弧长的增加、钨极伸出长度的增加、焊接电流的减小、电极槽宽的增大以及钨极直径的增大,耦合电弧钨极TIG焊的电弧压力峰值减小.对电弧压力的影响由大到小依次为焊接电流、钨极伸出长度、弧长和钨极直径、电极槽宽.     

空心钨极TIG焊电弧特性数值模拟

建立了内径2 mm的空心钨极TIG焊电弧数值模型,用Fluent软件用户自定义函数(UDF)功能加载了氩气电导率、动量方程和能量方程的源项,计算了稳态下焊接电流为60 A时电弧的温度场、流场以及电弧压力,并与相同条件下实心钨极TIG焊电弧作了对比. 结果表明,空心钨极TIG焊电弧呈钟罩形,空心钨极圆环放电和钨极中心气流的冷却作用使得电弧温度分布云图顶部下凹;电弧等离子体在钨极下方运动速度较快,阳极表面电弧压力呈柱状分布,弧柱区空间压力分布比较均匀;与相同电流条件下TIG焊相比,空心钨极TIG焊电弧峰值温度降低17.3%,钨极下方2 mm位置处峰值温度降低27%,等离子体最大运动速度降低40%,电弧压力峰值降低57%,堆焊焊缝熔宽增加30%,熔深减小27.9%.     

小电流脉冲TIG焊电弧动态特性的MATLAB仿真

依据自动控制理论中的小信号理论，小电流TIG焊的电弧具有线性系统的特征。在此基础上，通过研究小电流TIG焊电弧的物理特性，建立了电弧的数学模型，然后利用功能强大的仿真软件MATLAB\SIMULINK建立了仿真模型。在仿真研究中，重点分析了脉冲电流和脉冲TIG焊电孤的时间常数对仿真结果和电弧动态特性的影响。仿真结果与试验结果十分相近，与相关文献的理论分析也相符，从而为分析、研究小电流TIG焊电弧的动态特性提供了一条新的途径。     

高频脉冲TIG焊电弧阳极行为的研究

本文首次测定了高频脉冲TIG焊电弧阳极的平均电流密度分布及其中心电流密度动态过程,研究其变化规律并建立了数学模型,从而探讨了高频脉冲TIG焊电弧的高频效应机理。实验研究表明高频脉冲TIG焊电弧阳极能量密度高于直流电弧,小电流时高频效应显著,适宜焊接精密超薄件,推荐脉冲频率为20kHz。     

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。     

双电弧共熔池脉冲GMAW电源的复合外特性

利用自行研制的双电弧软开关脉冲GMAW装备,从弧长控制、熔滴过渡以及焊缝成形等角度对双电弧脉冲GMAW三种复合外特性进行了试验研究.结果表明,主机I-I,从机I-I复合外特性的熔滴过渡均匀,可控性好,但电弧自调节作用较差,适合薄板高速焊接;主机U-I,从机U-I复合外特性的熔滴过渡可控性欠佳,但电弧自调节作用较强,较适合大参数厚板焊接;主机I-I,从机U-I复合外特性中主机的熔滴过渡可控性好,电弧自调节能力有限,从机的电弧自调节作用较强,但熔滴过渡可控性欠佳.     

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.     

机器人自动脉冲TIG焊J形坡口焊缝填充策略

核电压力容器封头由半球形封头和多个圆管相贯构成,连接的焊缝为J形坡口,轨迹是球管相贯的空间曲线,位于封头内部.由于该焊缝的特殊性,目前普遍采用手工焊接,质量与效率不佳.文中针对核电压力容器封头J形坡口的机器人自动焊接技术提出了一种多层多道焊填充策略.通过焊接结构分析,确定了J形坡口的焊接工艺分区,提出了设定焊接层数、道数的焊接轨迹规划方法,进而提出了焊接工艺参数的设定规则并据此对焊缝形状进行控制.结果表明,应用文中提出的焊缝填充策略及焊缝形状控制方法可获得良好的焊缝成形.     

镁合金薄板TIG焊自适应弧长控制

在研究镁合金薄板TIG焊过程弧压-电流-弧长关系的基础上，提出了一种基于弧压、电流与弧长间的关系模型来准确控制弧长的技术。同时，结合PID和Fuzzy控制的原理，设计了一种自适应ALC(Automatic length control)控制器，克服了常规AVC(Automatic voltage control)系统的局限，有效地解决了镁合金薄板TIG焊过程中的弧长控制问题。焊接试验表明，该系统能自适应工件表面的变化实现弧长的自动跟踪，在电流变化的收弧及引弧期间也实现了较好的弧长控制，且动态精度高、稳定性好。     

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…     

绝缘片约束TIG电弧在窄间隙中的加热特性

采用坡口侧壁放置绝缘片的方式约束电弧,在4 mm宽的I型坡口内进行窄间隙TIG焊接试验,通过分析坡口截面各区域熔化面积及其所占比例的变化,研究绝缘片约束TIG电弧的加热特性.结果表明,窄间隙中依靠绝缘片对弧根的固壁约束作用能够将电弧加热区域限制在坡口底部,增强电弧对坡口底部和底角的加热效果,防止电弧集中于侧壁燃烧;弧长、绝缘片对弧根的约束程度和焊接电流三者匹配时,可使坡口底角获得可靠熔合;弧长过长会导致电弧直接向侧壁攀升,且无法依靠绝缘片将电弧控制在坡口底部;绝缘片对弧根约束过多以及采用较大的焊接电流,均会导致电弧将绝缘片熔化,造成电弧燃烧不稳定.