纵向磁场作用下的旋转射流过渡的机理

介绍了纵向磁场作用下的旋转射流过渡的动态过程,分析了由于导电流体的旋转而引起的周向电流,以及由于周向电流与外加磁场的相互作用而产生的对熔滴过渡过程的影响。通过试验验证了外加磁场可以有效的控制高效MAG焊接的旋转射流过渡过程。在送丝速度45m/min,保护气体为80%Ar+20%CO2,得到稳定性好、可控性好的旋转射流过渡,从而大大提高了焊接生产效率。实现了在连续大电流的区间获得稳定的无氦保护的低成本高效MAG焊接新工艺。

MAG焊旋转射流过渡时液流束的稳定性分析

介绍了大电流MAG焊旋转射流过渡液流束的稳定性,指出液流束自身所具有的压缩不稳定性和螺旋不稳定性,是引起旋转射流过渡的内在因素。分析了焊丝直径对液流束稳定性的影响,指出焊丝直径越细旋转射流过渡的稳定性越强,为实现稳定的旋转射流过渡提供了理论依据。

高效MAG焊接旋转射流过渡时液流束的运动分析

利用高速摄像研究了高效MAG焊接旋转射流过渡过程,对旋转射流过渡过程中液流束以及电弧运动进行了观察.通过分析液流束和焊接电弧上的作用力,揭示了旋转射流过渡时液流束的运动特性以及液流束的运动与焊接电弧的运动之间的主从关系.指出旋转射流过渡时特有的焊接电弧形态所产生的电弧力促使液流束的旋转,而液流束的旋转又带动焊接电弧的旋转.在旋转过程中,液流束上阳极斑点力促进了液流束的旋转,而工件上阴极斑点的粘着性阻碍了电弧的旋转.因此可以通过控制焊接电弧形态,达到控制旋转射流过渡过程的目的.

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1000Hz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.

高效MAG焊接熔滴过渡行为及交变磁场控制试验分析

探索更加高效的焊接方法和工艺是当前国际焊接界一个热点课题,而增大焊接电流和焊丝伸出长度可直接提高MAG焊焊接效率.文中对商用MAG焊机进行改造,使送丝速度达到50 m/min,焊接电流提升至500 A以上,以进一步提高焊接效率.但是熔滴旋转射流过渡的形成,导致电弧不稳,飞溅增大,因而采用外加交变磁场来改善电弧形态和熔滴过渡行为.通过焊接工艺试验,分析了焊接电流对焊接飞溅率和金属蒸发速率的影响规律,研究了交变磁场对熔滴过渡行为和焊缝成形的作用.结果表明,外加低频交变磁场可以有效提高大电流下电弧挺度和稳定性,缩短液流束长度,减小液尖偏斜程度,进而改善焊缝成形,大幅度提高焊接效率.

大电流GMAW的熔滴过渡行为及控制

具有稳定熔滴过渡过程的单丝大电流GMAW(熔化极气体保护焊)焊接方法拥有其他高效GMAW焊接方法不可取代的优势.通过采集大电流GMAW的熔滴过渡高速摄像和焊接电流电压信号,对比分析了大电流MIG(熔化极惰性气体保护焊)和MAG(熔化极活性气体保护焊)焊接过程中不同的熔滴过渡行为,分析了焊接电流和保护气体成分对熔滴过渡频率的影响.结果表明:大电流MIG焊接熔滴过渡形式为单一的旋转射流过渡,且旋转频率随着焊接电流的增大先减小后增大;大电流MAG焊接熔滴过渡形式为摆动和旋转射流混合过渡,且摆动过渡频率会因为液流束与熔池接触短路而增大;外加磁场能够改变大电流GMAW液流束和电弧的旋转方向,减小旋转角度,这一发现为400A以上稳定单丝高效GMAW焊接工艺的研发提供了新思路.

交变磁场控制的高效MAG焊接试验

为进一步提高MAG焊接效率,测试了在焊接电流为400～600A,焊丝干伸长为20～40mm内焊接的焊丝熔化速率,得出焊丝熔化速率最高可达到24kg/h,相比于常规MAG焊接的10kg/h,将焊接效率提高了一倍以上,通过统计回归分析得到高效焊接焊丝熔化速率的定量计算公式,并对高效焊接参数下出现熔滴旋转射流过渡的原因进行了分析,采用外加交变磁场解决了旋转射流过渡时熔滴过渡不稳定和飞溅大的问题.通过试验发现外加300Hz的交变磁场改善了熔滴过渡稳定性,焊接飞溅显著减小,同时焊缝熔深增大,熔宽减小,消除了旋转射流过渡焊缝漫溢现象,从而实现了高效MAG焊接.

纵向磁场控制高效MAG焊接工艺的试验研究

基于高速摄像的研究手段,对纵向磁场控制下的MAG焊旋转射流过渡过程的稳定性以及焊接工艺性等方面进行试验研究。结果表明,外加纵向磁场可以有效控制MAG焊接的旋转射流过渡过程,在送丝速度为45 m/min、保护气体为80%(体积分数)Ar+20%(体积分数)CO2时,可得到稳定性好、可控性好的旋转射流过渡,大大提高焊接生产效率。

大电流GMAW焊接飞溅和烟尘的形态及相结构分析

在熔化极气体保护焊(Gas metal arc welding,GMAW)过程中,当熔滴过渡转变为旋转射流过渡时,电弧不稳,焊缝成形变差。在Q235低碳钢上开展工艺试验,探究焊接过程中产生的飞溅和烟尘的形态及相结构。结果表明,高温熔融的金属被甩出雾化,雾滴在飞行过程中球化并快速凝固,飞溅颗粒表面具有特殊形貌,其成分以氧化物为主。电弧燃烧时,焊丝端部形成电流密度很高的斑点,斑点处温度很高,随着焊接电流的增大,金属蒸发量增加。金属蒸发带走了焊丝中大部分的Si、Mn等合金元素,而Si和Mn均是有效脱氧的元素。因此,金属蒸发带走了合金元素,影响O含量,进而影响焊缝性能。烟尘粒径与熔滴过渡方式有关,其粒度范围可达10^-1~10^2μm,分布概率较大的是10~60μm的粒子,它能通过人体上呼吸道进入肺部,对人体呼吸系统、神经系统等造成损伤。

基于80C196KC控制的交变磁控电源研究

为了使大电流下的熔化极气体保护焊(GMAW)应用于工业生产中,研制了一台交变磁控电源,作用于和焊枪同轴的励磁线圈,产生纵向交变磁场,使大电流下旋转射流过渡可控,从而提高焊接效率。该电源采用16位的80C196KC单片机作为主控芯片,主电路采用双逆变结构,前级为半桥逆变结构实现恒电流输出,后级逆变控制输出方波交流的频率、占空比。该磁控电源设计了数字化的人机界面,并且具有过热、过电流以及过/欠电压等保护功能,保证了电源的可靠运行。结果表明,研制的磁控电源能产生励磁电流、频率以及占空比可调的交变电流,作用于励磁线圈来控制不稳定的旋转射流过渡。