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。     

基于流体动力学的外加磁场对焊接电弧运动行为的仿真分析

采用基于磁矢量的麦克斯韦方程组与流体动力学方程组耦合求解的方法,利用F luent流体仿真软件建立在外加纵向磁场作用下的自由电弧数值模型。分析在不同强度磁场焊接电弧速度场与温度场的分布情况,着重研究焊接电弧分布规律,为纵向磁场下的电磁焊接行为的研究奠定了一定的理论基础。     

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。     

外加磁场下GMAW熔池电磁力的有限元计算

针对外加各种磁场作用下的GMAW堆焊过程,开发了基于电弧简化模型的熔池电磁力工程化有限元计算方法. 利用此方法,系统研究了无外加磁场、外加纵向磁场和横向磁场三种工况下熔池内电磁力的分布情况,并预测了电磁力对熔池对流的影响. 结果表明,焊接自有磁场驱动了熔池中心收缩下沉流;外加纵向磁场导致周向搅拌流,形成电磁搅拌细化晶粒;外加横向磁场可以驱动熔池流动演变为"单涡"对流状态,有利于熔池接纳熔滴减少飞溅. 基于模拟结果的预测与试验结果吻合,因此验证了所用计算方法的正确性.     

外加磁场对CO2焊接焊缝成形的影响

针对CO2气体保护焊飞溅大、成形差的特点,利用外加纵向磁场控制CO2焊短路过渡.通过试验得出:在外加纵向磁场作用下,熔深减小,熔宽增加,焊缝堆高略有增加,焊缝大致成"宽而浅"的形状,明显改变了CO2焊短路过渡的焊缝成形.     

外加磁场对镁合金焊接接头疲劳性能的影响

在镁合金TIG焊焊接过程中引入外加纵向磁场,通过对其焊接接头的疲劳试验、断口分析和显微组织观测,研究了外加磁场对焊接接头疲劳寿命的影响规律及作用机理.结果表明,外加磁场与电弧、溶池中的导电粒子相互作用产生电磁搅拌,改变焊接熔池液态金属结晶过程中的传热和传质过程,从而改变晶粒的结晶方向,细化一次组织,球化净化杂质,减少偏析,提高接头的力学性能和疲劳性能.外加磁场状态下焊接接头的疲劳寿命高于无磁场下的疲劳寿命,达到母材的90%.     

外加磁场对异种金属焊接质量的影响

利用外加磁场对Q45CrNiMolVA和20铜进行了TIG焊,并分析了焊缝外观、内部组织和质量的变化.结果表明:在适当的电磁参数条件下,焊缝外观和内部组织得到改善,缺陷得到有效抑制,可保证产品的焊接质量.外加磁场通过影响熔池的传热、传质、晶粒和缺陷的形核而发挥作用.     

外加磁场和深冷处理在铝合金焊接中的应用现状

文中对铝合金焊接在外加磁场和深冷处理方面的研究进展进行了系统的综述,重点分析了外加磁场和深冷处理对铝合金焊接过程中电弧物理和宏观效果影响及其与焊接工艺之间的关系,并从微观相组织、力学性能、形成机理等不同尺度对微观组织方面的研究成果进行了综述和分析。结果表明,外加磁场的引入改变了焊接电弧的形态、熔滴过渡的方式、熔池中熔融金属的流动,在合适的磁场工艺参数下可以得到良好的焊缝组织和形态;深冷处理后铝合金的晶粒发生转动,并且细化,最终可使深冷处理部位的性能更加优异。该文为铝合金焊接在外加磁场和深冷处理方面的研究和应用提供一定的指导。     

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。     

外加纵向磁场作用下的MIG焊电弧形态

利用高速摄像装置拍摄外加纵向磁场作用下的MIG焊接电弧,对电弧形态的变化进行研究.通过电弧照片可以明显看出,在外加间歇交变纵向磁场的作用下,MIG焊接电弧沿着焊丝轴向发生逆时针和顺时针交替变化的旋转运动.磁场频率一定时,随着激磁电流的增大电弧扩张、亮度变小、电弧电流减小;激磁电流一定时,随着磁场频率的增大.焊接电弧旋转频率变大.在外加纵向磁场作用下,熔滴形态发生椭球形变化,焊接电弧随着熔滴形态的变化而改变.激磁电流为0.5～0.8A时,随着激磁电流的增大,焊接电流衰减幅度较大;激磁电流为0.8～1.5 A时,随着激磁电流的增大,焊接电流衰减幅度减小,逐渐趋于平缓.     

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。     

螺柱焊旋弧磁场仿真

利用电磁仿真软件Maxwell对螺柱焊的径向对称旋弧磁场的影响因素进行研究。结果表明:有无磁心、有无外壳、磁心高度、磁心直径以及外壳上延伸与磁心之间的较小间隙,都会对电弧区磁场产生明显影响,而螺线管直径大小对磁场影响较小;磁心高度越小、磁心直径越大或外壳上下延伸间隙越小,磁场越大。并以此来指导旋弧磁场装置的结构设计和材料选择,设计出一种磁场转化效率较高的螺母焊接磁控旋弧装置。     

Suppressing of humping bead using an external magnetic field in high-speed gas metal arc welding

During high-speed gas metal arc welding （GMAW）, the backward flowing molten jet with high momentum in the weld pool is considered to be responsible for the occurrence of humping bead. To suppress humping bead, an electromagnetic device is developed and coupled with the welding system. By adjusting the conditions of external magnetic field, forward electromagnetic force is obtained to reduce the momentum of the backward flow of molten metal in weld pool. Consequently, the humping bead can be suppressed by adjusting the external magnetic field. Bead-on-plate welding experiment was conducted on mild steel plates, and the influence of magnetic flux density on the arc deflection angle and weld bead quality is investigated. It is found that external magnetic field can remarkably adjust the momentum of backward flow jet and significantly improve the quality of weld bead.     

磁控电弧旋转磁场发生装置的设计

基于逆变电路脉冲宽度调制技术和三相步进电机原理,以智能功率模块IPM作为开关器件,研制了一种旋转磁场发生装置。通过改变励磁线圈的励磁转换频率和励磁电流大小来调节磁场的旋转频率和磁场强度,产生一个转速和场强连续可调的空间旋转磁场,并利用此旋转磁场来控制焊接电弧。试验证明,该装置产生的旋转磁场可以很好地控制焊接电弧,并能使焊接电弧以不同的速率稳定地旋转。     

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CO2焊飞溅的控制机理

用纵向磁场控制CO2气体保护焊飞溅，以低碳钢Q235为试验对象，在不同焊接工艺参数下进行了有、无外加纵向磁场的焊接对比试验，并且改变外加磁场的大小，测试了不同磁感应强度下的焊接飞溅率。探讨了外加纵向磁场控制焊接飞溅的机理。试验表明，在一定的焊接规范下，外加纵向磁场能有效地控制CO2焊短路过渡中的焊接飞溅，获得较好的工艺效果；同时，存在一个最佳的磁场范围，在这个范围内，磁场对飞溅的控制效果较好。     

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.     

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.     

Modelling the transverse magnetic field generated by equipment in arc welding

The design of equipment for generating the transverse magnetic field in arc welding can be optimised by modelling the direct magnetic field produced by the device for generating (GD) the transverse magnetic field (TMF) by the electric field of the current flowing in flat models made of electrically conducting materials. The lines of force of the electric field in the flow of the current in the modelling medium correspond to the lines of force (induction lines) of the magnetic field generated by GD TMF. Using these modelling methods, it is shown that to obtain the maximum values of the transverse component of the induction of the magnetic field in the zone of the welding arc of the electrode droplet and liquid metal of the weld pool, the optimum design of GD TMF is the one in which the angle of inclination of the bars to the vertical is equal to 45° and the end surfaces have chamfers parallel to the plane of the welded sheets.