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.     

耦合电弧AA-TIG焊电弧压力测量与分析

针对耦合电弧AA-TIG焊接法(arc assisted activating TIG welding),采用基于不锈钢作阳极的静态小孔法对其电弧压力进行了测量,研究了主要工艺参数对电弧压力分布的影响规律.与常规钨极氩弧焊相比,在相同条件下耦合电弧AA-TIG焊的电弧压力峰值明显降低,并随着焊接电流的减小、钨极间距的增大、弧长的增大、辅助电弧中氧含量的减小而减小.在2mm钨极间距时,电弧压力服从高斯分布,随着钨极间距的增大电弧压力向双峰分布过渡.     

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。     

耦合电弧钨极GPCA-TIG焊工艺

将耦合电弧钨极和GPCA焊方法结合,形成了耦合电弧钨极GPCA-TIG焊方法,该方法可实现深熔深高速度焊接.对比分析了在较高焊接速度时常规TIG焊、耦合电弧钨极TIG焊和耦合电弧钨极GPCA-TIG焊的焊缝表面成形和截面形貌,发现耦合电弧钨极GPCA-TIG焊可避免咬边和驼峰焊道的产生,并且焊缝熔深有所增加.耦合电弧钨极GPCA-TIG焊工艺试验表明,焊缝熔深和熔宽随焊接速度的减小和外喷嘴位置的升高而增大,随着弧长和外层氧气流量的增加先增加后略有减小;随着焊接速度的减小,弧长和外层氧气流量的增大,焊缝咬边减轻,外喷嘴相对高度变化时焊缝均未出现咬边.     

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.     

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。

     

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%.     

外加磁场对钨极电弧压力分布与焊缝成形的影响

采用小孔法分别测量了直流磁场和交变磁场作用下的钨极电弧压力分布,并采用高速摄像采集焊接电弧形态.结果 表明:直流磁场作用使钨极电弧中心压力减小,而且随着磁感应强度的增加电弧中心压力不断减小,并在200 Gs时出现负压;交变磁场作用下,随着交变磁感应强度增加和频率降低,电弧中心峰值压力下降,周边上升,这与其电弧形态顶部阴...     

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.     

单枪耦合电弧AA-TIG焊

采用优化后的单枪耦合电弧AA-TIG焊枪,以SUS304不锈钢板材作为试验材料进行了焊接试验,对比了单枪耦合电弧AA-TIG焊与TIG焊电弧和焊缝成形的不同,研究了主要工艺参数对单枪耦合电弧AA-TIG焊焊缝的影响,并分析了单枪耦合电弧AA-TIG焊对接接头性能. 结果表明,氧气流量、钨极间距、电弧长度对单枪耦合电弧AA-TIG焊熔深有重要影响. 与普通TIG焊相比,在相同的总电流下,单枪耦合电弧AA-TIG焊焊缝变窄,熔深增加,焊缝性能良好.12 mm厚SUS304不锈钢板,单道焊缝熔深可超过11 mm,深宽比达到1.3,显著提高了生产效率.     

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…     

旁路分流双面电弧焊耦合电弧形态及电弧压力测量

建立旁路分流MIG-TIG双面电弧焊接试验系统,利用高速摄像机拍摄电弧形态,采用"小孔快速起弧法"测量施加旁路分流前后的电弧压力分布.结果表明,施加旁路分流后,由于洛仑兹力的作用,耦合电弧的体积膨胀,电弧形态由原来的发散状变为"钟罩"形,沿弧长方向电弧截面直径变化梯度减小.与单独MIG焊电弧相比,由于耦合电弧形状的改变,导致耦合电弧压力整体显著降低,电弧中心的压力峰值仅为单独MIG焊电弧的29.4%,压力分布更加均匀,使得焊缝成形均匀美观,接头质量明显改善.     

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.     

The arc characteristic of ultrasonic assisted TIG welding

Many applications of ultrasonic-assisted methods were used during metal solidification, but they could not be introduced into weld pool. In this paper, a way of ultrasonic assisted TIG welding is introduced. By directly imposed ultrasonic vibration on welding arc, the vibration interacts with arc plasma and passes to the weld pool. Measurement results show that arc pressure is significantly increased with the ultrasonic vibration and the arc pressure distribution models are changed. Bead-on-plate welding tests on SUS304 confirm that this technology can influence the style of metal melting and increase weld penetration depth.     

耦合电弧AA-TIG高速焊工艺

传统TIG焊焊接熔深浅、效率低,焊接速度提高时会出现咬边和驼峰等焊接缺陷.传统活性焊(A-TIG)相对于传统TIG焊可以显著增加熔深,但由于电弧压力作用,在高于一定焊接速度时仍会出现咬边和驼峰等焊缝缺陷.以SUS304不锈钢为母材,提出新型的耦合电弧AA-TIG(arc assited activatingTIG we...     

定点TIG焊接电弧与熔池交互耦合数值模拟

电弧与熔池的交互作用在两者之间形成了一个不断移动变化的自由界面,对界面的处理是实现电弧与熔池交互耦合的关键。运用建立的三维统一数学模型对TIG焊接电弧与熔池进行了动态耦合数值模拟,揭示电弧-熔池相互作用的机制以及电弧-熔池动态行为的基本规律。结果发现电弧与熔池不断交互耦合计算得出的熔池形状与试验测得的熔池形状比较吻合。     

双电极焊条单弧焊的电弧特性

针对双电极焊条单弧焊焊接新工艺，作者研究了其电弧静特性和双电极焊条的熔化特性，并用高速摄像机对双电极焊条单弧焊的电弧形态进行了研究。结果表明。双电极焊条单弧焊具有上升的电弧静特性，静特性曲线随两焊芯间距的增大而上移；在两焊芯间距合适的情况下，双电极焊条阴、阳极熔化速度可以保持一致，故双电极焊条单弧焊可使用交、直流电源，其熔化速度比单芯焊条的大并随焊接电流的增大和两焊芯间距的减小而增大；双电极焊条单弧焊电弧有多种形态。