祁贵云[1]2004年在《旋转磁场作用下电弧特性和电弧行为的研究》文中指出摘 要 随着焊接技术在工业生产中的广泛应用，各生产厂家为了增强市场竞争力，越来越强烈要求降低成本，提高焊接生产效率。因此，高效、低成本的焊接方法已经成为焊接工作者研究的热点。而采用外加磁场控制焊接过程，具有附加装置简单、投入成本低、耗能少等特点，引起焊接工作者的重视。 本文通过对电弧的特点进行深入研究，利用带电粒子在磁场中运动的理论，建立了磁场作用下电弧的稳态模型和电弧的动态模型，分析了磁场作用下电弧的运动行为和运动机制，对磁场作用下电弧的运动过程进行了数学描述，为研究旋转磁场作用下电弧特性和电弧的运动行为提供了坚实的理论基础。 采用 ANSYS 有限元分析的方法，对各种情况下磁场的分布情况进行了仿真和计算。分析了励磁线圈的形状、位置、励磁电流的大小、铁芯大小和导磁杆角度的变化等诸多因素对磁场分布的影响。为选择和设计科学、合理的外加旋转磁场发生装置提供了理论上的支持。 在上述理论分析和计算基础上，建立了一套旋转磁场作用下电弧特性和电弧运动行为研究的实验系统。主要包括性能优良的焊接电源，成本低廉的保护气体和简单实用、灵活方便的旋转磁场发生装置。在上述实验系统的基础上，通过大量的实验，证明了外加旋转磁场对 TIG 电弧的控制作用，并且得到了外加旋转磁场作用下电弧静特性和电弧运动行为的变化规律。为实现旋转磁场作用下MIG/MAG 新工艺奠定一定的理论基础。
路林[2]2014年在《高频电磁双脉冲TIG焊电弧行为研究》文中研究指明钨极惰性气体保护弧焊（简称TIG焊）作为一种重要的焊接方法以其稳定的焊接电弧，优质的焊接成形，通用于各种金属连接，并属于非熔化极引弧过程无飞溅，但其电弧能量不集中，使得焊缝熔深浅（通常只能用于薄板焊接），焊接效率低等问题目前尚未得到圆满解决。焊接工作者针对其特点做了很多改进，如活性剂TIG焊、热丝TIG焊、超音频TIG焊等，然而其仍有其各自的局限性。如活性剂TIG焊的焊剂污染问题，热丝TIG焊不能用于铜、铝焊丝问题、超音频TIG焊的焊接电流小并且设备昂贵等问题。本文在阅读大量文献与前期大量实验的基础上，分析了TIG焊接电弧的特点，继而提出施加外加高频纵向磁场可以使电弧产生“压缩效应”，配合高频电流焊接设备更能提高焊接电弧能量，增大焊缝熔深的创新工艺；此种工艺附加装置成本低，体积小，使用方便，而且能够改善电弧形态与电弧行为。论文围绕这种新工艺主要进行了以下几方面的工作：论文提出一种电、磁双脉冲钨极氩弧焊接设备实现了大参数范围的电脉冲与磁脉冲共同作用，设备基本参数为：焊接电流0~500A；焊接电流频率：0~500Hz；激磁电流调节范围0~15A；激磁频率0~8kHz；占空比调节范围：50％；具有直流及交变方波输出功能。配备了与TIG焊焊枪配套的磁头结构。采用高速摄像对高频电、磁双脉冲控制下的电弧形态变化进行拍摄，通过光谱分析测定高频电、磁脉冲作用下的焊接电弧温度、利用自制环形同心裂极装置测定高频电、磁脉冲作用下电弧热量分布，采用探针法测试高频电、磁脉作用下电弧电流密度径向分布。实验结果表明：高频磁脉冲作用下焊接电弧旋转半径明显减小，形态由原来的锥形被压缩成为柱状，施加高频电路脉冲后电弧进一步被压缩。当焊接电流有效值为80A，电流脉冲频率为500Hz，磁感应强度为30mT，磁脉冲频率为1500Hz左右时，电弧温度由自由电弧时的13402.21K提升到14958.3K，热量分布系数从39.52%升高到66.07%，电弧压力与电流密度呈单峰分布，中心压力由0.35KPa增加到0.54KPa，电流密度由20A/mm2提高到30.9A/mm2。高频电、磁双脉冲作用下焊缝成形实验结果表明：高频电、磁脉冲作用使得焊缝成形良好，熔宽减小，熔深显着增大，且电流脉冲频率越大，效果越明显，而磁场却存在着一个最佳的参数范围。首次对高频电、磁脉冲作用下TIG焊电弧行为进行了理论分析，采用叁维模型进行纵向磁场对焊接电弧温度场与流场分布计算。并建立高频磁场压缩焊接电弧的数学理论模型，系统解释高频磁场对焊接电弧气动压力变化规律（由环形双峰分布到柱形分布）为高频电、磁场控制TIG焊接过程提供新的研究思路。
刘新宇[3]2017年在《外磁场对直流接触器开断电弧特性影响的研究》文中提出低压开关电器作为关键的配电设备之一,在开断过程中不可避免地将会产生电弧。电弧在毫秒级时间、毫米级空间内快速动态变化,从而影响电器的开断能力。电弧衍生机理和发展规律是国内外研究者们广泛关注的研究热点与难点,相比于交流电弧,由于直流电弧不存在电流自然过零点现象,其熄灭更加困难。合理设计接触器触头结构,使之产生磁场有利触头开断是公用技术。磁场对电弧作用形成磁吹有利于电弧熄灭已是不争的事实,因此探索外磁场及其变化对直流电弧的影响及有利电弧熄灭意义重大。本文以电磁场数值计算为基础,建立外磁场及直流电弧数学模型,通过数值仿真分析为直流接触器外加磁场装置结构设计提供指导和方案。通过对多种永磁材料的磁场分布进行对比仿真分析,研究结果表明叁维磁场计算中的电弧模型由于电导率差异而产生磁场分布不均匀的现象,这为选择和设计合理的外加磁场发生装置提供了理论支撑。基于磁流体动力学(MHD)理论建立了综合电弧运动特性和电弧机理的空气电弧数学模型,分别对外磁场作用下电弧特性和电弧运动特性仿真分析,探究不同外磁场对直流电弧影响的共性机理,研究电弧在外磁场作用下运动特性的本质规律。通过外磁场对电弧特性的调控,为研究不同外磁场作用下电弧特性和电弧运动行为提供理论依据。为了进一步验证上述理论分析和仿真计算的正确性,搭建直流接触器电弧开断特性实验平台。利用高速摄像机对电弧开断过程进行图像采集并进行图像处理,根据实验图像及数据分析归纳出不同磁场作用下的电弧形态及变化规律,结合仿真分析结果,研究外磁场对直流感性负载产生电弧的反向运动现象,以及电弧的温度、气流场、受力及压强场等特性,结果表明:有外磁场作用电弧电压明显升高,熄弧时间减少,有利于电弧的熄灭;横向磁场作用可以缩短电弧随机运动时间,有助于电弧弧根运动,提高趋势性运动速度,增大电弧偏移量;径向磁场作用可使电弧温度和电导率降低,导致电弧的等效电阻增大。
李宇航[4]2018年在《纵向磁场作用下镁合金焊接电弧与熔池的传热及流动特性的研究》文中指出磁控焊接技术作为一种优化焊接工艺的方法通过对电弧与熔池施加外加磁场来改变电弧的能量分布以及熔池的流动与传热过程,对焊接质量的提高有着极为重要的作用。因此,采用科学的方法建立焊接电弧与熔池的数学模型,分析电弧在纵向磁场下的形态及能量分布以及熔池在电磁搅拌下的传热与流动特性,预测其对焊缝成形、熔池形貌的影响对实现焊接过程的智能化有着重要的理论意义与指导价值。本文基于能量守恒的基本原理,结合流体动力学方程和麦克斯韦方程组建立了GTAW二维轴对称电弧稳态模型与叁维熔池瞬态模型。模拟了纵向磁场作用下镁合金焊接电弧与熔池的传热过程及流动特性,并采用无量纲分析法对熔池内浮力、自发电磁力、表面张力、外加电磁力等驱动力的相对作用强弱以及单独作用下对熔池形貌的影响进行了系统研究。通过完成合理的网格划分,设定合理的边界条件,编译复杂的源项程序后,采用SIMPLE系列算法对守恒方程进行求解,最后通过实验与已发表的文献数据来验证模型的合理性。模拟结果表明:施加外加纵向磁场后焊接电弧中心温度升高,等离子体流速下降,当纵向磁场强度达到0.03T时,高速旋转的电弧在其根部产生径向扩张和中心空洞,造成沿轴线的正压力梯度,从而产生对熔池的磁抽吸作用,使阴极弧根受压缩,阳极附近扩张。与此同时,电弧中心出现的负压将传递到熔池的热量汇聚到电弧内部,使其与熔池界面的热流分布与电流分布从常规的高斯分布向双峰分布转变,导致焊接热效率降低。熔池在纵向磁场作用下产生的电磁搅拌作用,使其内由Marangoni对流主导的发散式流动变成定向旋转流动,降低熔池内温度梯度,使其形貌变得宽而浅,整体呈非对称分布。随着磁感应强度的提高,熔池内流动速度增加,增大对熔化前沿的冲刷作用。通过无量纲常数分析得到熔池内驱动力相对作用强弱依次为表面张力,自发电磁力,外加电磁力,浮力,其中外加电磁力主要作用在熔池的前进端,使熔池的对流换热得到增强。
杨旭[5]2012年在《电磁控制TIG焊电弧特性及焊缝成形机理研究》文中研究说明钨极惰性气体保护弧焊（简称TIG焊）是使用纯钨或活化钨（如钍钨、铈钨等）作为非熔化电极，采用惰性气体（如氩气、氦气等）作为保护气体的电弧焊方法，在现代工业中应用广泛，它的优点是焊接接头质量高，几乎可用于所有金属的连接，特别适合薄板或薄壁管件的焊接。但TIG焊熔深小、生产效率低。为了提高TIG焊接效率，人们采取了许多有效的方法，如活性剂TIG焊（A-TIG）、超声波TIG复合技术（U-TIG）、热丝TIG焊和高速TIG焊等，其中高速TIG焊是采用提高焊接速度的方法来提高焊接效率，焊接速度一般都在1m/min以上。但焊速提高会导致TIG电弧阳极斑点滞后，电弧后拖，进而产生咬边、驼峰等焊接缺陷。焊速越高，电弧后拖越严重，咬边和成形不良加剧。如何改善TIG电弧形态，提高TIG电弧的能量密度，解决电弧的挺直度（即电弧沿电极轴向挺直的程度）问题成为高速TIG焊的关键技术。论文查阅了大量国内外文献资料，提出了一种在TIG焊接区外加磁场的方法。针对磁控电弧特性以及磁场对焊缝成形的影响规律进行了深入研究，丰富了外加磁场作用下TIG焊接电弧理论，为扩展TIG电弧的应用范围提供一种有效途径。论文研制了可调节参数范围广的TIG焊电磁控制设备，设计技术参数为：输入电源电压220V/50Hz；空载直流电压：60V；电流调节范围0~10A；负载持续率：100％；低频范围：2~500 Hz；中高频0.5~5 kHz；占空比调节范围：30~70％；具有直流及间歇交变方波输出功能。设计了与TIG焊焊枪配套的磁头结构，磁头类型有双L型的横向磁场磁头与螺线管绕制的纵向磁场磁头。采用高速摄像对磁场控制下的焊接电弧行为进行了观测，拍摄了不同外加磁场条件下的焊接电弧形态变化。结果表明：在纵向直流和低频交流磁场作用下，电弧形态由锥形变为钟罩形；在高频纵向磁场作用下电弧形态由锥形变为柱形。采用电弧压力传感器测量外加不同磁场作用下焊接电弧压力值，结果表明：在纵向直流和低频交流磁场作用下，电弧压力随着磁感应强度以及磁场频率的增加而呈现环形双峰分布，且当磁感应强度为50mT时，电弧中心出现负压；在焊接电流100A，气流量10L/min，磁感应强度30mT，磁场频率1.5kHz，激磁电流5A，电弧中心压力由不加磁场时的280Pa增大到370Pa，增长幅值32.1%。采用研制的测量装置进行了磁场作用下的电流密度测量，电流密度与电弧压力分布呈现相同变化趋势。电弧等离子体受到高频磁场的磁压力拘束作用，产生磁压缩；磁场频率越高，电弧压缩越明显，在磁场频率为1.5kHz时，压缩效果最好。论文分析了磁压缩机理。对磁场作用下的TIG焊焊缝进行一系列性能试验，结果表明：不加磁场时，焊接速度在高于4.5m/min条件下，焊缝出现开裂；外加横向直流磁场和高频纵向磁场将提高TIG焊接速度；在焊接电流100A,气流量10L/min，激磁电流4A时，焊接速度将达到5.5m/min并且焊接质量最佳；焊缝成形情况测试表明：高速焊时，不加磁场将出现开裂；当施加磁场后焊缝成形良好。力学性能试验表明：外加横向直流磁场作用下抗拉强度较不加磁场时提高20MPa，伸长率增加5.5%，并建立了磁场作用下抗拉强度和焊缝成形系数回归模型。论文对磁控TIG焊焊缝成形机理进行了理论分析，外加磁场可以改变液态金属表面张力的差值，进而改变熔池的流动方向。当eσ/eT>0时，熔池液态金属凝固时容易产生咬边；eσ/eT<0时，咬边倾向减小。理论分析表明：外加磁场时TIG焊电弧阳极斑点的有效直径与无磁场时相比大，这将有助于减小表面张力温度系数，从而有助于解决高速焊接时出现的咬边与驼峰等问题。
张亮[6]2016年在《交叉耦合电弧焊接方法及热力传输机制研究》文中认为交叉耦合电弧焊接方法作为一种新型的高效焊接方法,将非熔化极电弧(GTA或PA)和熔化极电弧交叉耦合,非熔化极电弧在电极和工件之间燃弧,主要决定工件的热输入、熔滴和熔池的力输入,熔化极电弧在两根焊丝之间燃弧,与工件之间没有电的联系,主要控制金属的熔敷和部分工件的热输入。交叉耦合电弧的非熔化极电弧和熔化极电弧焊接规范参数可以单独调整,实现了工件热输入、金属熔敷和电弧力的解耦控制,可根据焊缝的需求,调整焊接规范得到理想的焊缝,为实现优质高效电弧焊接提供新的技术手段。为了深入研究交叉耦合电弧焊接方法的电弧耦合特性、电弧行为和熔滴过渡机理,本课题针对交叉耦合电弧焊接方法,在其成弧原理、电弧行为、熔滴受力分析和熔滴过渡行为方面展开研究:(1)对交叉耦合电弧成弧原理及特点进行研究。针对交叉耦合电弧多参数和焊接过程的复杂性,以等离子弧焊接电源、双丝间接电弧焊接电源和交叉耦合电弧同步控制器为硬件基础,搭建了交叉耦合电弧焊接电源系统,实现了等离子电弧和丝间电弧的协调控制。搭建了交叉耦合电弧高速影像采集分析系统和电弧力测量系统,为后续交叉耦合电弧焊电弧行为和熔滴过渡行为的实验研究提供了良好的硬件平台。交叉耦合电弧焊接方法中主电弧和丝间电弧独立调整的工作模式,改变了传统电弧在金属熔敷和焊接热输入固有的搭配,实现焊接过程中的传热、传力和传质的解耦控制。通过调整交叉耦合电弧焊的工艺参数可实现高熔敷量焊接和焊缝成形可控的焊接工艺。(2)对多电极耦合电弧行为进行研究。针对多电极耦合电弧焊接方法中不同的电弧耦合方式以及多参数的特点,通过交叉耦合电弧高速影像采集分析系统,采用电弧形态和电弧电信号同步分析的方法,分析了多电极耦合电弧的行为特性,实验发现多电极耦合电弧存在绕弧行为,这一特性改变了熔滴受力状态和电弧热量分布,结合电场和磁场的理论揭示了绕弧行为的本质。交叉耦合电弧焊接方法中,主电弧在丝间电弧磁场的作用下有规律地左右摆动,主电弧偏移至丝间电弧的阴极。旁路耦合电弧GMAW焊实验中,旁路电弧受到主电弧磁场的影响发生弯曲偏移,甚至直接建立在钨极和工件之间。旁路熔丝耦合电弧焊实验中,旁路电弧在主电弧磁场的影响下稳定的“绕行”钨极。(3)对交叉耦合电弧熔滴受力状态进行研究。交叉耦合电弧焊接方法中主电弧存在绕弧行为,改变了熔滴上作用力的方向、大小、数量,针对交叉耦合电弧焊中熔滴受力的复杂性,对熔滴受力的状态进行分析,研究发现,主电弧力对熔滴过渡有促进作用,促使熔滴脱离焊丝过渡至熔池中。交叉耦合电弧焊方法中主电弧(等离子电弧)对熔滴的作用力分解为两部分:一是等离子体对熔滴的冲击力,二是电弧自身对熔滴的推力,分别从两方面对主电弧(等离子电弧)的电弧力进行推导,建立交叉耦合电弧焊主电弧(等离子电弧)力的计算公式。(4)焊接参数对熔滴过渡行为影响。交叉耦合电弧熔滴过渡方式不同于传统熔滴过渡方式,影响熔滴过渡稳定性的工艺参数众多。实验研究等离子电弧的脉冲时间、峰值电流、离子气流量和脉冲频率等参数对熔滴过渡过程的影响规律,并确定熔滴过渡过程的稳定参数。
赵博[7]2009年在《窄间隙MAG焊电弧行为研究》文中进行了进一步梳理窄间隙MAG焊是针对厚板焊接的一种高效焊接方法。窄间隙MAG焊有许多具体的焊接方式,其中高速旋转电弧方法焊接过程稳定;双丝方法焊接热输入范围大,适于全位置焊。所以这两种方法是窄间隙MAG焊中最常用的方法,涵盖了窄间隙MAG焊的所有应用领域,且二者具有各自的优势和适用领域,不能相互替代。高速旋转电弧方法由于电弧旋转频率较高,因而具有独特的电弧特性、熔滴过渡特性以及焊丝熔化特性;双丝方法由于两个电弧间的干扰,电弧稳定性较差。所以本文针对这两种方法的电弧行为以及电弧行为对焊缝成形的影响规律进行了研究。通过本文的研究,实现了钢材料在窄间隙坡口中的稳定焊接,丰富了窄间隙MAG焊接电弧理论,为规范参数的优化选择奠定基础。首先提出了焊丝双锥摆旋转方式,在此基础上设计了高速旋转窄间隙GMAW焊炬。焊炬较好地解决了导电嘴磨损和侧壁熔合不良的问题。根据流体力学计算和烟气试验设计了插入式保护气喷嘴,能够对深坡口焊接进行有效的保护。为进一步研究窄间隙高速旋转电弧行为和实际应用奠定了基础。采用高速摄像对窄间隙中直流反极性高速旋转电弧的熔滴过渡行为进行了观测,并对电信号进行采集。结果表明:由于侧壁和熔池表面形状的影响,旋转过程中弧长变化,引起焊接电流波动,导致熔滴过渡形式和焊丝熔化速度发生周期性变化。对比不同旋转频率下的熔滴过渡形式和尺寸,证明旋转电弧能够促进熔滴过渡,但熔滴尺寸并不一定减小,并揭示了离心力在促进熔滴过渡中所起的作用。根据高速摄像,计算了坡口中不同位置的熔滴过渡时间和过渡速度,指出高速旋转电弧飞溅较少的原因在于靠近侧壁时熔滴过渡时间很短;在坡口中间时虽然过渡时间增大但熔池后部较长,从而保证熔滴落入熔池中。熔滴过渡过程中等离子流力对其加速作用很小。采用高速摄像对电弧形态观测表明:窄间隙旋转电弧跟随焊丝端部液柱发生偏转摆动。随着旋转频率增加,电弧摆动角增加;焊接电流增加,摆动角略有减小。电弧摆动角增加,导致电弧旋转半径增大。通过对电弧和金属液柱受力分析,以及对比有无液柱时的电弧形态,阐明了电弧摆动是液柱与电弧间电磁力以及液柱与侧壁间可以形成导电通道引起阴极斑点移动共同作用的结果。试验表明高速旋转电弧方法仅适用于直流反极性。系统的研究了直流反极性旋转电弧对焊缝成形的影响规律和机理。提高旋转频率和降低保护气中CO2含量能够增加焊缝表面弯曲和侧壁熔深。窄间隙旋转电弧还可以增大焊接规范区间,但对焊丝熔化效率影响不大,因而旋转电弧改变焊缝成形完全是由于电弧热量的合理分配,而不是通过改变整体焊接热输入。进而指出侧壁熔深增加主要是电弧旋转半径增大和靠近侧壁时焊接电流增加共同作用的结果;侧壁热输入增加,侧壁与熔池的润湿能力增强,导致焊缝表面弯曲增大。另外旋转频率增加,焊丝端部金属液柱的摆动幅度增大,容易造成液柱与侧壁短路,频繁的短路过渡恶化焊缝成形,所以规范选择的前提是液柱与侧壁不发生短路过渡。最后针对双丝(电弧不旋转)窄间隙MAG焊电弧稳定性进行了研究。较大的送丝速度可以获得更宽的稳定规范区间。电弧不稳定主要体现在由于电弧间干扰导致断弧严重。通过试验得到了焊接规范对断弧的影响规律,分析了断弧的发生过程及电信号变化规律。在此基础上建立窄间隙焊接模型和电弧受力模型,阐明了焊接规范对断弧的影响机理。通过对比焊缝成形及改变双丝倾角试验,揭示出电弧断弧的机制是电弧间电磁力和熔池波动共同作用的结果。双丝近距离时电弧稳定是因为在电弧力及熔池流动的作用下使两个电弧间熔池波动很小,不能形成导电通道引起阴极斑点移动,从而抑制了电弧偏移。进而提出了保证电弧稳定的解决对策。
王健[8]2015年在《基于粒子物理学的水下湿法旋转电弧模拟仿真》文中研究说明电弧放电主要是针对工业焊接中的电弧放电现象来说的，电弧放电是一个很复杂的过程，至今有很多问题尚不清楚，特别是阴极电子发射问题。很多学者从磁流体的角度对焊接电弧进行了研究，得出了电弧的温度场和电流密度的分布规律。本文主要是从粒子物理学和静电场的角度对电弧（空气和水下）进行模拟仿真，在此基础上，再结合旋转磁场，来研究焊接电弧在旋转磁场下的运动行为。本文在探讨电弧放电机理的基础上，利用电磁有限元分析软件Vector Fields建立空气和水下湿法TIG焊的模型。仿真过程中将水下湿法TIG焊介质分为气泡层、过渡层和液体层。仿真结果与前人的试验结果基本一致，证明了此种方法的可行性与合理性。仿真对电弧温度进行了测算，并得出了电流密度的分布规律：在径向位置上服从高斯分布，即电弧中心处的电流密度最大；在轴向位置上，离阴极的距离越近，其电流密度值越大。同时，在电弧模拟的基础上，又对焊接电弧的体二次发射和阳极的背散射运动轨迹进行了探讨，得出体二次发射和背散射的运动轨迹与粒子的出射角以及粒子所带的电荷的关系。之后设计了一个旋转磁场发生装置，在Vector Fields中对旋转磁场进行了模拟仿真。接着对旋转磁场和电弧进行了联合仿真，得出以下结论：电弧的旋转频率随着磁场的旋转频率的改变而改变，电弧的旋转半径与磁场的旋转频率成反比，磁场的旋转频率越大，电弧的旋转半径越小；通过改变励磁电流的大小可以改变电弧的运动形态，电弧的旋转半径随着励磁电流的增大而增大，所以可以通过调整励磁电流的大小得到不同的旋转电弧的运动形态。本文从一个全新的角度对焊接电弧及焊接电弧在旋转磁场下的运动行为进行了模拟仿真，为以后焊接电弧的科学研究和工程应用提供了一定的借鉴。
贺优优[9]2007年在《磁控焊接电弧特性和熔滴过渡机理研究》文中提出电磁作用焊接技术是近年来完善起来的一种新的焊接技术,应用也日趋广泛。电弧弧柱区是由自由电子和带正、负电荷的离子组成的等离子体,具有导电性、电准中性和与磁场的可作用性,因此通过外加磁场可以控制电弧的形态;同时也对处在电弧当中的熔滴过渡过程产生巨大影响。加入适当磁场可以改善焊接的质量。论文将电磁控制电弧焊接机理研究和MIG/TIG焊接技术结合起来,在焊枪上外加间歇交变纵向磁场,使焊接电弧、熔滴过渡过程以及熔池表面都在外加磁场的包围之中,采用先进的高速摄影技术拍摄了纵向磁场作用下的MIG/TIG焊电弧和MIG焊熔滴过渡过程,利用带电粒子在磁场中运动的理论,分析了磁场作用下电弧行为和运动机制,对磁场作用下电弧的运动过程进行了描述,并且得到了外加纵向磁场作用下电弧形态和电弧运动行为的变化规律;同时研究了纵向磁场参数对熔滴形态、熔滴过渡轨迹和熔滴过渡频率的影响规律,为研究纵向磁场作用下电弧特性和熔滴过渡机理提供了坚实的理论基础。在上述理论分析基础上,论文采用外加纵向磁场焊接技术对低碳钢和5A05铝合金进行MIG焊接,研究了外加纵向磁场对低碳钢及铝合金焊缝金属组织及性能的影响。试验结果表明:外加合适纵向磁场作用下,焊缝表面成形良好、焊缝组织得到明显细化,同时发现低碳钢及铝合金焊缝各项力学性能在适当匹配参数的纵向磁场作用下得到不同程度的提高。
赵华夏[10]2010年在《高压环境焊接电弧特性及熔滴过渡行为研究》文中研究说明进入新世纪以来,我国海洋石油发展迅猛,而海洋石油平台的水下部分、海底管道等水下结构物的修复需要广泛地使用水下焊接技术。熔焊法对于深水输油管线的安装以及修复都具有潜在的优势。焊接工艺特性决定了其是结构物修复和水下操作的最佳选择。而水下高压环境对焊接电弧及熔滴过渡行为将产生重要影响。要实现高压环境下熔焊工艺的可靠实施,则必须对高压环境下的电弧及熔滴过渡行为进行深入研究。本文利用已有的高压焊接实验舱,自主搭建焊接过程多信息同步采集系统,对高压环境下的脉冲MIG焊接电弧及熔滴过渡行为进行了深入研究,对外加纵向磁场作用下的TIG及MIG焊接过程进行了理论及实验分析,论证了外加纵向磁场对于改善高压环境焊接过程的可行性。具体的研究工作如下：1、设计制作了高速摄像机保护装置,成功实现了高速摄像机在高压环境下的图像采集,并且实现了高速图像数据的稳定穿舱传输。利用高压环境焊接过程多信息同步采集系统,实现了高压环境下焊接过程高速图像、电弧电压及焊接电流的真正意义上的同步分析。编写了高压环境焊接过程多信息同步显示、采集、分析程序。通过一定的算法,实现了对采集到的电信号和高速图像信号的自动同步显示,大大简化了实验数据分析过程,提高了实验效率。2、利用有限元分析软件,对高压环境下焊接电弧物理特性进行有限元分析,研究环境压力的升高对于焊接电弧温度、电子密度、等离子流速等物理参数的影响。并首次将焊接电弧看作等离子体,分析电弧弧柱区氩离子密度的分布情况。3、对高压环境下的MIG焊接过程进行研究,利用高压环境高速摄像系统对高压环境下脉冲MIG焊接熔滴过渡行为进行研究,从而更加直观的了解高压环境下MIG焊接工艺的可行性及改进措施。研究表明,高压环境下脉冲MIG焊接过程中电弧形态受到高压气氛的冷却压缩作用,这一方面使得熔滴过渡时机提前,另一方面降低了维弧阶段电弧的稳定性,这增加了脉冲再燃弧的难度,从而使得脉冲起弧失败率提高,甚至导致维护阶段的熄弧现象发生。4、开展高压环境MIG焊接过程中,反向等离子流现象对于焊接过程的影响研究。研究发现,反向等离子流的强度随着焊接电流强度的增大而减弱,0.3MPa压力环境下,当焊接电流大于300A时,反向等离子流就已经被湮没,从而可以实现熔滴的稳定过渡。研究还发现阳极射流与阴极射流往往并不同轴,这种不同轴现象对于稳定焊接过程来说是一种有利行为。因为这将有效避免反向等离子流对于熔滴过渡的阻碍作用。对高压环境下反向等离子流的研究为将来在国内开展干式高压MIG焊接建立了重要的理论基础。5、利用高速摄像系统对外加纵向磁场下的直流TIG焊接电弧进行研究,进一步揭示外加纵向磁场对电弧行为的影响方式。研究发现常压环境下直流TIG纵向磁控电弧为封闭的空心圆锥体,而高压环境下由于环境气氛冷却效果的加强,纵向磁控电弧难以形成封闭的空心圆锥体,其形态为螺旋曲线。电压波形主要表现为电弧旋转产生的波动,这种波动表现为周期性,而不再是普通高压环境下TIG焊接电弧电信号的无规律波动。这使得TIG焊接电弧的运动行为变得更加可控,提高了电弧的稳定性,而电弧运动行为的稳定一方面降低了对焊接电源的性能要求,另一方面改善了焊缝成形。因此,在高压环境TIG焊接过程中施加纵向磁场是降低焊接成本,提高焊接质量的有效方法。6、利用高速摄像系统对外加纵向磁场下的脉冲MIG焊接过程进行研究。研究证明外加纵向磁场对于高压环境脉冲MIG焊接峰值阶段的阴极等离子射流具有一定的抑制作用。本文通过有限元分析以及实验研究等手段对高压环境下的焊接过程进行了深入研究,为干式高压MIG焊接将来在国内海洋石油及其它领域的应用奠定了重要的理论基础。
参考文献：
[1]. 旋转磁场作用下电弧特性和电弧行为的研究[D]. 祁贵云. 北京工业大学. 2004
[2]. 高频电磁双脉冲TIG焊电弧行为研究[D]. 路林. 沈阳工业大学. 2014
[3]. 外磁场对直流接触器开断电弧特性影响的研究[D]. 刘新宇. 沈阳工业大学. 2017
[4]. 纵向磁场作用下镁合金焊接电弧与熔池的传热及流动特性的研究[D]. 李宇航. 沈阳工业大学. 2018
[5]. 电磁控制TIG焊电弧特性及焊缝成形机理研究[D]. 杨旭. 沈阳工业大学. 2012
[6]. 交叉耦合电弧焊接方法及热力传输机制研究[D]. 张亮. 北京工业大学. 2016
[7]. 窄间隙MAG焊电弧行为研究[D]. 赵博. 哈尔滨工业大学. 2009
[8]. 基于粒子物理学的水下湿法旋转电弧模拟仿真[D]. 王健. 华东交通大学. 2015
[9]. 磁控焊接电弧特性和熔滴过渡机理研究[D]. 贺优优. 沈阳工业大学. 2007
[10]. 高压环境焊接电弧特性及熔滴过渡行为研究[D]. 赵华夏. 北京化工大学. 2010
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