外加纵向磁场GTAW平板堆焊温度场数值模拟与验证

利用ANSYS对外加纵向磁场作用下GTAW平板堆焊过程温度场进行了数值模拟,并进行了实验验证.结果表明.所采用的简单磁控焊接电弧热源模型在外加磁场作用下形成"钟罩形"电弧,模拟焊接温度场与实验结果基本吻合.     

纵向磁场作用下MAG焊电弧的动力学分析

设计了一种工程实用性强、磁控稳定性好的纵向磁场发生装置,借助Ansys仿真软件发现电弧空间的磁场含有一定量的呈辐射状分布的径向分量.将该纵向磁场应用于喷射过渡MAG焊,利用高速摄像手段分析了电弧和液流束的运动特征.分析了电极磁场力的存在机理和特点,在此基础上通过分析不同形状电弧的受力情况,确定了电弧空间形态呈螺旋线状.     

Shape control of TIG arc plasma by cusp-type magnetic field with permanent magnet

The shape of arc plasma in gas-shielded arc welding is an important factor for the quality and efficiency of the welding. The arc plasma changes its shape by an external magnetic field because the arc is a flow of electricity and is subjected to the electromagnetic force. In this study, we examined the control of arc plasma by a cusp-type magnetic field. The field produces a high and low magnetic area alternatively, and changes the cross-section of the arc plasma from a circular to an elliptical shape. The previous study using solenoid coils to produce a cusp-type magnetic field reported that magnetized arc plasma provided deeper penetration. However, the solenoid device developed for the cusp magnetic field was too large in comparison with the size of the welding torch used for production welding. Therefore, this study investigated the magnetic control of arc plasma with permanent magnets that have recently become smaller in size and higher in intensity. Theoretical analysis model was constructed to determine the optimum arrangement of the magnets. This analysis requires a three-dimensional numerical model because the temperature-, velocity-, and electromagnetic fields of arc plasma change three-dimensionally by the additional magnetic field. It was analytically and experimentally shown in TIG arc welding that the arc shape could be elliptical cross-section even using the permanent magnets. Furthermore, our analysis showed that the effective magnetization direction of magnets was vertical, and this result was confirmed experimentally. As a result, we obtained the good bead appearance in the high-speed welding with this magnetic control.     

磁致旋转射流过渡MAG焊接工艺分析

在设计一种工程实用性强、小型化的纵向磁场发生装置的基础上,将纵向磁场引入到98％Ar＋2％O2保护的射流过渡MAG焊中,提出了一种稳定、可控、有规律的磁致旋转射流过渡MAG焊接工艺,并详细研究了励磁电流（磁场强度）对电弧形态及运动行为、焊丝熔化特性、熔滴过渡机制和焊缝成形的影响规律,同时指出了该工艺的不足之处一纵向磁场在抑制指状熔深的同时却形成了偏心焊缝。结果表明,外加纵向磁场后,MAG焊电弧、液锥和液流束都偏离焊丝轴线并高速旋转,熔滴过渡虽然偏离了焊丝轴线,但仍在电弧烁亮区内部进行;随着励磁电流的增大,电弧旋转角速度增加,可见弧长缩短,熔滴过渡速度加快,焊接电流减小,焊丝熔化系数提高。     

交变纵向磁场作用下MIG焊电弧行为研究

为了研究交变纵向磁场作用下MIG焊接电弧的物理特性,提高焊接质量,分析了交变纵向磁场作用下电弧带电粒子的受力情况和运动状态,并利用高速摄像手段研究了交变纵向磁场对电弧形态的影响。结果表明,无外加交变纵向磁场时,自由电弧稳定燃烧,电弧轴线与焊丝轴线相重合;当加入交变纵向磁场时,电弧围绕焊丝轴线做逆时针和顺时针交替变化的旋转运动,电弧轴线偏离焊丝轴线;随着励磁电流的增加,电弧的旋转半径增大,电弧偏离焊丝轴线的角度增大,电弧烁亮区域面积减小;当励磁电流为30 A时,电弧的最大偏转角度为45°,此时电弧燃烧变得不稳定,甚至息弧,焊接过程不稳定。     

外加磁场对焊接过程的影响

论述了外加磁场对焊接电弧形态、焊接熔池形状、焊缝显微镜组织、焊接缺陷、接头力学性能及残余应力的影响，并讨论了电磁作用下焊接技术的发展方向。     

外加纵向磁场GTAW焊接机理：Ⅰ电弧特性

针对外加纵向磁场GTAW（gas tungsten-arc welding)焊接过程,采用红外热像伪着色法测定了外加纵向磁场GTAW焊接电弧的温度场,并建立了外加纵向磁场GTAW焊接电弧热流密度径向分布模型,对焊接电反外形的变化,焊接电弧电流,电压与外加纵向磁场强度变化的关系进行了研究。     

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.     

轴向磁场对非熔化极焊接电弧的影响

利用设计的轴向磁场产生装置,采用理论与试验相结合的思路,将其作用于非熔化极焊接过程,包括等离子焊接和钨极氩弧焊(TIG)两种焊接方法.利用高速摄像装置观察电弧形态变化,获得并对比两种电弧的变化情况.结果表明,由于等离子电弧本身组成的特殊性,导致其与TIG电弧在同样磁场作用下发生变化的程度不同.然后做出运动受力分析,建立了轴向磁场下的粒子运动模型,由于粒子轴向运动速度的差异性,导致轴向磁场下带电粒子的运动阶段的不同,给出了两者在磁场下不同变化的原因.     

横向旋转磁场对TIG焊焊缝成形的影响

设计了一种横向旋转磁场发生装置,利用载波和高频调幅波分别控制励磁电流(0～15 A)和励磁频率(50～1 000 Hz)的大小.将该磁场应用于TIG焊,利用磁场的旋转带动TIG焊接电弧的旋转,并以奥氏体不锈钢0Cr18Ni12Mo2Ti为研究对象,重点考察了磁场参数对其焊缝成形的影响规律.分析了横向旋转磁场作用下TIG焊电弧瞬时形态的特点,并根据旋转电弧对工件作用区域的变化特征,论述了横向旋转磁场影响焊缝成形的机理.结果表明,合理设置横向旋转磁场的磁参数可简便、有效地控制焊缝成形,能够满足不同场合的焊接要求.     

磁控焊接技术的研究现状

介绍了磁控焊接技术的基本原理及装置,并从其对电弧形态、熔滴过渡形式、熔池内液态金属温度场及流动状态等的影响进行了阐述。与普通的焊接技术相比,磁控焊接技术将磁场产生的磁场力引入到焊接过程中并对其进行干涉,通过调节磁场的方向和大小能够改善焊缝成形、改变接头组织及提高力学性能等。因此开展磁控焊接技术的研究具有很高的工程实用价值。     

磁控电弧焊接工艺在非熔化极气体保护焊中的应用

针对非熔化极气体保护焊,介绍了作用于焊接过程中的平行磁场、横向磁场、纵向磁场、双尖角磁场和旋转磁场的特点及磁场发生装置的组成,分析了磁偏弧工艺、磁摆弧工艺、均匀纵向磁场作用下的磁旋弧工艺、非均匀纵向磁场作用下的磁旋弧工艺、旋转磁场作用下的磁旋弧工艺、磁再压缩技术等国内外典型的磁控电弧焊接工艺的基本原理、应用范围及存在的问题.并对焊接电弧外形的变化和运行机制,焊接电弧外加磁场强度的变化关系进行了研究.     

高频交变磁场对大电流GMAW熔滴过渡和飞溅率的影响

在熔化极气体保护焊过程中,采用大送丝速度,增大焊接电流和焊丝伸出长度是提高焊接熔敷率的直接途径.但当熔滴过渡转变为旋转射流过渡时,电弧不稳,飞溅增大,焊缝成形变差.施加不同频率的纵向交变磁场,对焊缝成形进行控制.采用高速摄像技术,拍摄焊接过程中的电弧形态和熔滴过渡,研究不同频率的磁场对熔滴过渡和焊接飞溅率的影响规律.结果表明,熔滴过渡形式不同,产生飞溅的机理不同;外加频率为1 000 Hz纵向交变磁场时,电弧的旋转半径减小,电弧的挺度增大,旋转射流过渡时电弧更稳定,焊接飞溅率降低,焊缝成形改善.     

Influence of longitudinal magnetic field on metal transfer in MIG arc welding

Metal transfer is an important phenomenon in metal inert gas (MIG) arc welding with longitudinal alternating magnetic field. It is of great significance to observe the metal transfer modes under different excitatory currents and frequencies. However, it is very difficult to view the metal transfer process directly during welding, due to the strong interference from the arc light. To obtain the relationship between the metal transfer modes and the different magnetic fields, a high-speed video camera was used to acquire the images of globules. Different metal transfer modes under the conditions of different magnetic fields and welding parameters were studied. The experiment shows clear images of droplet transfer as well as influence of longitudinal magnetic field on both metal transfer and globule shape.     

埋弧焊磁控电弧焊缝跟踪系统中的横向磁场ANSYS模拟

针对埋弧焊磁控电弧焊缝跟踪系统中磁控电弧传感器产生的外加横向磁场,文中采用有限元分析方法建立了由磁控电弧传感器产生的横向磁场计算模型.应用ANSYS软件对横向磁场进行了模拟;对该横向磁场的纵截面分布、磁流密度矢量的分布规律进行了仿真;并对模拟结果的偏差进行了分析.实际测试结果说明了磁感应强度模拟值与实测值的一致性.针对励磁电流对焊接电弧运动状态的影响进行了实际焊接试验.结果表明,焊接电弧随励磁电流的增大而摆动,且励磁电流越大电弧摆动幅度也越大.     

外加磁场对陶瓷复合材料性能的影响

在镍基高温合金等离子弧堆焊过程中引人横向交流磁场,利用磁场的作用来提高堆焊层的性能.在堆焊过程中,调节磁场参数和焊接工艺进行实验,测试了不同参数下的堆焊层硬度、磨损性能以及分析了其显微组织.结果表明,适当磁场参数产生的电磁搅拌可以细化堆焊层的组织,而且还能控制堆焊层中陶瓷复合材料的数量、形态及分布情况,从而改善了堆焊层金属的硬度和耐磨性.此外,电磁搅拌还能减小堆焊层化学成分不均匀性,提高堆焊层的塑性和韧性,降低结晶裂纹和气孔的敏感性,从而提高了堆焊层的综合力学性能.     

Low-pressure arc butt welding of 70 mm diameter pipe adapters made of AMg3+OT4 dissimilar alloys

The parameters of the technology of low-pressure arc butt welding 70 mm diameter pipe adapters in AMg3+OT4 dissimilar alloys are determined. Welding is carried out in modernized STYK-3 equipment using an improved welding procedure in which a transverse magnetic field is applied to the arc burning in the gap between the ends of the welded pipes. Equipment is fitted with an inverter arc power source. Taking into account the conditions of formation of welded joints by weldbrazing and restricting the temperature of the ends of the OT4 alloy to 850–1000°C, the wall thickness of the pipe blanks is selected and welding conditions determined. The mechanical properties and microstructure of the welded joints are investigated.     

横向交流脉冲磁场对堆焊金属组织及性能的影响

通过在低碳钢表面进行等离子弧堆焊时外加交流脉冲横向磁场,研究了交流脉冲磁场对镍基自熔合金组织及性能的影响,并利用光学金相、X射线衍射、显微硬度和湿砂橡胶轮磨损试验等方法,系统分析了不同脉冲磁场电流、占空比作用下的堆焊试样的硬度、耐磨性及组织.结果表明,外加横向交流脉冲磁场可以有效改善堆焊层金属的结晶形态,细化晶粒,在适当的脉冲磁场电流、占空比作用下,可以获得最佳的电磁搅拌效果,增加堆焊层金属中硬质相的数量,控制硬质相的生长方向,提高等离子弧堆焊层的硬度和耐磨性.     

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。     

An inverter power source for welding with modulated current

The mathematical model of the shape of the surface of the electrode droplet in arc welding in the magnetic field is discussed. An equation is derived for calculating the angular velocity of the rotating droplet. The results of experiments which confirm the accuracy of the equation are presented.