氩氢保护下GMAW电弧特性的数值分析

以氩氢混合保护气GMAW焊接电弧为研究对象,依据流体动力学和电磁学理论构建了电弧的数学模型。使用有限元分析软件进行了热、电磁和流场的耦合计算,研究了二维稳态轴对称氩氢混合保护气下的GMAW焊接电弧形态,得到了Ar:H_2=3:1(摩尔比)混合气体保护下不同工艺参数焊接电弧的温度场、速度场、压力场和电势的分布特征,并与纯氩保护下GMAW焊接电弧特征进行对比。结果表明,加入氢气作为保护气体,电弧最高温度、速度、压力和电势都明显提高。另外,与纯氩相比,弧柱的高温区在中心轴线处更集中,且焊接电弧能量密度更高。     

激光对TIG电弧温度分布影响的数值模拟

在激光-TIG复合焊接过程中,根据激光与电弧等离子体相互作用原理及控制方程,利用有限元数值模拟方法研究激光对TIG焊接电弧等离子体温度分布的影响.在电弧稳定状态下,分别计算了不同焊接电流和激光强度的电弧等离子体温度分布情况,并由此分析激光对电弧等离子体温度分布的影响.结果表明:随着焊接电流的下降,激光对电弧温度的影响作用越来越明显,并且激光光强越大,影响越明显;决定电弧温度分布的主要因素也由焊接电流转变为由激光光强和焊接电流共同作用.本研究为进一步研究焊接质量奠定理论基础.     

焊缝金属强度匹配与扩散氢的关系

综述了焊缝金属强度匹配与扩散氢的关系。结果表明,常用焊接方法焊缝中氢的来源主要是焊接材料中的水分、坡口杂质及电弧周围的水气等。在焊缝中氢的影响因素中,GMAW方法扩散氢最低,电弧中除氢冶金反应取决于焊接方法,辅助除氢工艺作用不可小觑。高强钢采用低强匹配焊缝时,HAZ形成富氢带,是接头的薄弱环节;采用高强匹配焊缝时,HAZ富氢带不显著,而焊缝中的氢含量高,成为接头的薄弱环节。三种焊缝强度匹配与扩散氢关系的工程应用均获得了满意的工程质量;在马氏体耐热钢及其异种钢焊接中,高强匹配焊缝阻止HAZ形成富氢带的创新理论,尚需深入研究。     

K-TIG焊接电弧特性的数值分析

以K-TIG焊枪为研究对象,根据磁流体动力学理论建立了电弧的三维有限元数学模型,利用FLUENT软件对K-TIG焊枪内部保护气体和焊接电弧进行了数值模拟,获得大电流焊接时的温度分布、电势分布、电弧压力及等离子体速度场分布.模拟结果可以用于指导K-TIG大电流焊枪设计、焊接过程控制及焊缝质量评价等.     

氮氩气体保护TIG焊接电弧数值分析

以TIG焊接电弧为对象,依据磁流体动力学理论构建电弧的数学模型,运用ANSYS有限元分析软件对二维稳态下轴对称的、氩氮混合气体保护的TIG焊接电弧进行了数值分析,得到了50%N2 Ar混合气体保护下焊接电弧的温度场、速度场的形态分布特征.并通过与纯氩气保护的TIG焊接电弧温度、压力以及等离子体速度等分布的比较,得出了加入氮气作为保护气体时,TIG焊接电弧能量及形态的分布变化.对比结果表明,加入氮气作为保护气体提高了TIG焊接电弧的电弧温度、等离子体速度和电弧压力,能得到更高能量密度的焊接电弧.     

喷嘴孔径对等离子弧焊影响的数值分析

等离子弧焊喷嘴孔径对熔池影响极大,合理的喷嘴孔径是获得良好焊接质量的前提。根据磁流体动力学理论建立压缩等离子弧焊电弧的数学模型,采用ANSYS软件对焊接电流100 A时不同约束喷嘴孔径的三维稳态等离子焊接电弧进行数值模拟,获得了其焊接电弧的温度分布、电弧轴线上等离子速度分布、阳极表面径向压力和热通量的分布形态。结果表明,约束喷嘴孔径与电弧温度、等离子速度、电弧压力和热通量成线性关系,为不同焊接工件和焊接要求下喷嘴结构设计提供了理论依据。     

基于ANSYS的双丝间接电弧的数值模拟

双丝间接电弧焊(TWIAW)是一种新研发的具有理论研究价值和应用前景的焊接工艺。本文根据磁流体动力学理论,建立了双丝间接电弧的数学模型,运用ANSYS软件,对双丝间接电弧等离子体温度场、电流密度和等离子体流速分布等参数进行了数值模拟,数值模拟结果与焊接实际情况比较符合,为双丝间接电弧的进一步研究及该焊接工艺的推广应用提供了重要数据。     

基于ANSYS的TIG焊接电弧数值模拟研究

焊接电弧的数值模拟是一个复杂而重要的工程.通过理论假设,对TIG焊接电弧的数学模型进行了简化,成功地建立了实用的焊接电孤瞬态温度分布数学模型.采用有限元分析软件ANSYS,探索了电孤模拟分析中热、电磁、流场和温度场的耦合理论;采用过渡网格划分的非均匀网格划分方式,在保证计算精度的基础上,有效地缩短了模拟计算的时间,电弧温度场、电磁场的模拟计算结果与理论值和实验值基本吻合.     

输油管TIG焊接电弧温度的光谱诊断

测定电弧温度对于深入理解焊接电弧在不同环境下的物理特性,从而寻求改善焊接质量的新途径有重要意义.笔者介绍了电弧等离子体光谱理论及光谱诊断方法,对TIG焊电弧光谱进行了采样分析.通过对光谱数据的分析指出钨元素谱线具有较好的利用价值.利用等离子体光谱诊断法对不同电流和不同弧长的电弧光谱和电弧温度进行了对比分析,并时其变化规律做出了解释.本研究工作对于输油管TIG焊接电弧物理的研究具有参考价值.     

不锈钢活性剂等离子弧焊焊接电弧

针对活性剂等离子弧焊焊接过程,对焊接电弧外形的变化,焊接电弧电压与活性剂之间的关系进行了研究,采用红外热像伪着色法测定了活性剂等离子弧焊焊接电弧温度场,并建立了活性剂等离子弧焊焊接电弧热流密度径向分布模型.研究结果表明,活性剂等离子弧焊焊接电弧收缩,弧尾翼消失,尾焰加大,电弧穿透力增强,电弧电压升高;活性剂等离子弧焊焊接电弧的温度分布比较紧凑,温度场外形窄,温度分布范围较集中,电弧径向温度梯度较大;电弧径向温度分布呈现正态Gauss分布模式;使用活性剂后的焊接接头性能与未使用活性剂焊接接头相当.     

Numerical modelling of the thermal interaction of macrocoolers with liquid metal in the electroslag process

Abstract

On the basis of plasma physics and optical spectroscopy theories, a new method named ‘Multilineal spectroscopy analytic solution’ for measuring welding arc plasmas is proposed. Using this method and the relevant measurement system, the radial distribution of hydrogen concentration is measured, together with the corresponding temperature and pressure in a TIG welding arc. The principles of the method and the relevant measuring system are described. Verification of the measured results is also given in this paper. The method is characterised by real time, quantitative and simultaneous measurement of multi-parameter space distributions. It can be applied to the measurement of various elements in a welding arc in principle, and may be considered as an effective way to solve many practical and theoretical problems in welding engineering.     

微机图象处理法对高频脉冲TIG焊电弧的诊断研究

本文提出了用红外摄象微机图象处理诊断电弧等离子体的新方法。实践证明,该方法正确可靠。它有一次获得全场信息,较现有方法简便、快速、直观。有利于实时检测和监控。利用该方法首次对高频脉冲(HF)电弧进行诊断,获得了HF 电弧的一些新信息,为研究HF 电弧特性及揭示“高频效应”机理开辟了新的途径。     

真空磁压缩等离子弧焊接方法的研究

本文介绍了一种新的焊接方法——真空磁压缩等离子弧焊接。真空磁压缩等离子弧是将低真空中的自由电弧用与电极同轴向的磁场压缩后获得的。实验表明,随着气压的降低,自由电弧会越来越扩展,弧根区的电流密度越来越低,直至产生“旁弧”,不能稳定燃烧而熄灭。而且这种低真空自由电弧难以用和普通等离子弧相似的机械方法压缩。采用轴向磁场可以有效地压缩真空电弧。磁压缩的效果随气压的降低趋于明显,气压低于1.33×10~2Pa 时,几十分之一特斯拉(T)的磁场就可获得略粗于电极、上下直径近似相等的弧柱,我们称之为真空磁压缩等离子弧。使用真空磁压缩等离子弧作为热源,可以焊接一般金属和活泼金属,其熔透工件的能力可超过大气氩弧,并可用调节磁场强度的方法,调节电弧的能量分布。与常规氩弧焊、等离子孤焊、电子束焊相比,真空磁压缩等离子弧焊接有其独到的优点,可望在不久的将来获得广泛的应用。     

A modified Fowler–Milne method for monochromatic image analysis in multi-element arc plasma welding

The monochromatic images of 794.8 nm Ar I and 487.98 nm Ar II spectrums are obtained by high speed camera, and these images are normalized with respect to their relative maximum emission coefficient in a pure argon (single element) arc. The relative maximum emission coefficient of 487.98 nm Ar II is calculated based on Olsen-Richter diagram. Unlike other spectroscopic methods, the presented method does not require spectra scan or the maximum emission coefficient of non-argon elements. This technique is applied to the measurement of radial profile of temperature and gas composition of argon–helium arc plasma in gas tungsten arc welding (GTAW), significant demixing occurs in the argon–helium arc plasma. Helium concentration in arc plasma is higher than that in original gas mixture, and it decreases as the point moves away from the axis along radial direction and increases as the point gets closer to the cathode. The calculated arc temperature and gas composition are compared with the data obtained using conventional method where a spectrometer is used for spectral line intensity measurement and two-line relative intensity method for calculation. Very good agreements have been observed. That means, the developed technique measures arc temperature and gas composition as accurate as the conventional spectroscopic methods. With the usage of a high speed camera, the developed technique enables measurement of arc temperature and gas composition distribution in a dynamic arc such as arc ignition, pulsing arc.     

小孔等离子弧焊接热场瞬时演变过程的数值分析

根据小孔等离子弧焊接的工艺特点,考虑等离子弧对熔池的“挖掘”作用,提出了一种新的焊接热源模型（TPAW）,以描述和反映等离子弧作用下“倒喇叭”状焊缝横断面的特点以及等离子弧热流沿工件厚度方向的分布．在此基础上,对小孔等离子弧焊接热场进行了有限元计算,分析了引弧后熔池及周围温度场的瞬时演变过程．计算出的小孔等离子弧焊缝形状与实验结果基本吻合,达到准稳态的时间与实验测试值一致．     

双尖角磁场再压缩等离子弧的物理特征及焊接工艺性能

本文介绍了等离子弧经双尖角磁场再压缩以后电弧的状态和行为。通过电弧负载特性,电流密度和压力的分布以及稳定性指标的测定,对其物理特征进行了分析研究。在此基础上,进行了不锈钢板的熔入型及小孔型焊接试验。试验表明:等离子弧经外磁场再压缩后,能量密度明显提高且容易调整、有利于控制焊缝成型、抑制“双弧”产生、增加小孔型的焊接厚度,具有广泛的应用价值。     

气流再压缩等离子弧焊接电弧行为

电弧等离子体行为对焊接接头组织结构和性能具有决定性作用,开展气流再压缩等离子弧特性研究对于指导先进材料的气流再压缩等离子弧焊接工艺和提高焊接接头质量具有重要意义. 针对气流再压缩等离子弧焊接新工艺,基于流体动力学和电磁理论,建立气流再压缩等离子弧数值分析模型,采用ANYSYS Fluent软件,通过C语言进行二次开发,定量计算等离子弧温度分布、流场分布、电势分布,分析压缩气对等离子弧温度场、流场、电弧电压的影响规律. 模拟结果表明,压缩气对喷嘴内的等离子弧温度分布基本没有影响,压缩气对喷嘴外的等离子弧具有拘束压缩作用;压缩气对等离子弧流场分布基本没有影响;压缩气能够提高电弧电压. 相同电流条件下,与常规等离子弧焊接相比,气流再压缩等离子弧焊接电弧穿透能力有望提高.     

Through arc sensing in gas metal arc welding with signature images

Abstract

This work presents a new method for through the arc estimation of welding parameters in gas metal arc welding based on signature images. The method is generally applicable and makes use of a novel data fitting procedure. The work covers unassisted through the arc estimation, without auxiliary techniques such as welding head oscillation. The technique is demonstrated for both pulse and short circuiting welding, with estimation of position relative to an overlap joint and a narrow gap weld, and estimation of the width of a 'V' groove. The accuracy of the technique is affected by how closely the welding signatures match the fitting data and the signature image quality match provides a valuable check which shows when through the arc estimates cannot be relied on. Overall, the results demonstrate that through the arc measurements can have application in specialised situations, although accuracy is ultimately limited by phenomena that affect the arc and are not correlated with the measurement.     

Some features of welding arc radiation

0IntroductionRadiationisanimportantphenomenonofarcweldingprocess.Essentially,itreflectsthephysicalprocessesoccUrringinthearcregion.Ithasbeennotedthattheinformationconcerningthearcprocess,suchastemperature.componentsandtheirdistributions.canberealizedthroughtheobservationofradiationbyarcself-emissionl'.ZI.Therefore,moreknowledgeaboutthefeatUresoftheradiationisneededtoenhancetheunderstandingofti)eldingarc.Inthisarticle.somephenomenaofweldingarcradiation,suchaspossiblewavelengthrangeoftheradiat…     

等离子弧焊接SiCp/Al基复合材料焊缝“原位”合金化分析

采用等离子弧焊焊接SiCp／Al基复合材料,以Ar＋N2为离子气,并以Ti作为合金化填充材料,研究了焊缝“原位”合金化元素Ti对焊缝显微组织的影响。结果表明,采用焊缝原位合金化方法焊接SiC颗粒增强铝基复合材料（sicp／A1MMCs）,可以有效抑制焊缝中针状脆性相Al4C3的形成,并且由于耶的加入,改善了增强相和Al基体之间的润湿性,形成了稳定的熔池,得到以均匀分布的TiN、AlN等为增强相的新型铝基复合材料焊缝,焊接性能得到有效提高。同时还研究了Ti的添加量对焊缝显微组织的影响,结果发现,随着耶含量的增加,焊缝中还生成如Ti5Si3等新的增强相。焊缝“原位”合金化等离子弧焊接是焊接SiCp／Al基复合材料的一种新方法。