沈阳大学 辽宁省沈阳市 110044
摘要：为了探究外增纵向磁场对TIG焊电弧形态的作用，同时介绍电弧形态的改变原理，在一般的TIG焊焊接环节外加纵向磁场，借助高速摄像机来拍摄与记录焊接电弧形态。其结果显示，外增纵向磁场转变了电弧形态，令电弧底部扩大，顶部收缩，电弧电压提高，令焊缝熔宽变大。通过下文的详细分析，为今后更深入的探究磁控电弧焊接工艺做好铺垫。
关键词：纵向磁场；TIG焊；电弧形态；影响
1、实验方式和过程
实验磁场通过恒定纵向磁场发生设备衍生，这个设备以直流电源为励磁线圈提供可靠的励磁电流，从而出现恒定的和电弧共轴的纵向磁场。直流励磁电流能够在1-3A以内随意调整，调整时以万用表检测励磁电流的高低，通过高斯计检测磁发生设备出现的磁感应强弱。焊接过程把磁发生设备固定在焊枪上面来焊接Q235钢，且经过自主研发的电弧摄像结构来拍摄焊接电弧。焊接后留意焊缝外形，且把试样从中心切开，对焊纹横截面实施抛光、腐蚀后检测焊缝断面大小。其所需焊接工艺数据见表1。
2 实验结果及分析
2.1对电弧形态的作用
图1是没有外加磁场作用下TIG焊接电弧的状态。没有外加磁场干扰时，电弧里的带电粒子分别遭受纵向电场EZ、径向电厂ER和浓度差异导致的扩散运作长KS的影响。假设上述各长导致运作的等效力分别FEZ、FER、FKS，在忽视带电粒子重力和微观位置带电粒子之中引力与斥力的条件下，电弧遭到本身横向电场力的影响，造成在阳极周围正离子朝着中心位置移动，电子朝外围移动，在阴极位置则恰好相反[1]。并且，电弧里的正离子在横向电场力的影响下朝阴极移动，电子朝阳极运作。而电弧里的带电粒子大概99.8%以上均是电子，由此，在没有任何外加磁场的影响下，电弧里的电子因为上述各力的集中作用出现定向运转V（见图2），这时，就出现了图1显示的TIG焊电弧形态。
外加恒定纵向磁场之后，TIG电弧形态见图3所示。由此不难发现，焊接电弧形状出现了明显的改变，焊接电弧形状底部扩大，顶部收缩，并有着轴对称性。
焊接环节外加纵向磁场后，电弧外形所出现的诸多变化，是因为电弧里的带电粒子在多种力的集中影响下出现高速螺旋式旋转运作的结果。
带电粒子在洛伦磁力的影响下出现旋转运行，其运行半径是：
R=mv/qB
其中，m为带电粒子的质量。
带电粒子不但受到洛伦磁力的影响，并且还遭受电弧中磁收缩力、热扩展力、横向张力、横向电场力、带电粒子运行所导致的离心力等横向力的影响[2]。全部的横向力令带电粒子出现横向运转，而洛伦磁力令带电粒子产生圆周运动，在这类力的集中影响下，弧柱中带电粒子的运作不再仅仅为简单的圆周运动，其为更繁杂的漂移旋转运行。因为旋转运行的离心力，令带电粒子朝弧柱边沿某一区域运动。因为气体粒子之中的粘滞力，带电粒子的运行推动中性粒子运转，由此出现弧柱等离子流的运行。旋转所出现的离心力使得整个电弧等离子流脱离电弧中心，由此就会出现钟罩式空心电弧。
2.2对焊缝外形的作用
如图4所示，其是在加入纵向磁场影响下，焊纹熔宽岁加入的磁场磁感应大小改变的关系曲线图。通过图4不难发现，在相同焊接环境下，伴随纵向磁场磁感应大小的加大，焊纹宽度也不断增加[3]。其主因在于：首先，因为外加纵向磁场的影响，促使焊接电弧下部扩大，磁场愈大，电弧扩大愈明显，熔池受热范围也会愈大；其次，因为纵向磁场的加入，提高了对熔池金属的电磁搅拌影响，令熔池内液态金属的搅拌与流动加剧。
结语
综上所述，在没有磁场的作用下，弧柱表现出锥形且没有旋转运行；在加入纵向磁场影响下，弧柱表现出收缩状态且顺着顺时针旋转，伴随磁场强度的加大，弧柱的收缩性会随之加大；此外，在加入纵向磁场影响下，电弧的运行半径和磁感应强度是反比关系。
参考文献：
[1]华爱兵，殷树言，陈树君，白韶军，张晓亮.纵向磁场对MAG焊电弧及熔滴过渡的控制作用[J].机械工程学报，2014，46（14）：95-100.
[2]苏允海，刘政军，王玉，张桂清.磁场参数对AZ31焊接接头组织和性能的影响[J].焊接学报，2017（05）：45-48+115.
[3]罗君，刘政军，苏允海，田雨.纵向直流磁场对AZ31镁合金TIG焊焊接接头组织及性能的影响[J].焊接学报，2017（07）：53-56+115-116.
论文作者:张文明,董志海,田野
论文发表刊物:《基层建设》2017年第31期
论文发表时间:2018/2/3
标签：电弧论文; 磁场论文; 纵向论文; 粒子论文; 横向论文; 形态论文; 熔池论文; 《基层建设》2017年第31期论文;