交流及脉冲GTAW铝合金焊接电弧温度及其形态数值模拟研究

控制钨极氩弧焊接(GTAW)的焊接电弧温度、形态等特性是制定其焊接工艺、提高其焊接质量与效率的措施之一。采用数值模拟研究方法,研究了6061铝合金GTAW焊接过程钨极氩弧温度及其形态,对交流及脉冲钨极氩弧温度及其形态进行了比较与分析,阐述了随焊接电流变化钨极氩弧温度及其形态变化规律。研究结果表明,在交流钨极氩弧焊接电流方向变化时焊接电弧将熄弧,其温度下降;焊接电弧形态基本保持钟罩型,其高温区域发生变化;在交流钨极氩弧达到稳定状态时,正接焊接电弧温度较反接的高,焊接电弧高温区域距工件更近,焊接电弧径向尺寸较反接的大;脉冲电流钨极氩弧焊接过程不会熄弧;从峰值到基值焊接电流过渡过程中,焊接电弧沿径向收缩,相反,焊接电弧沿径向扩张,其形态似“腰鼓”状;脉冲基值电流焊接电弧温度较峰值电流的小。

等离子与钨极双面电弧焊接热过程的数值模拟

利用由等离子电弧(PAW)与钨极电弧(TIG)构成的单电源双面电弧焊接(DSAW)工艺可以获得深宽比较大的焊缝,该工艺具有高效、低成本的特点,是一种先进焊接技术。本文综合考虑影响等离子弧小孔形成的等离子流力、重力、表面张力等力学因素,建立了小孔形成过程的数学模型,并以此为基础建立了DSAW电流密度分布和焊接传热的控制方程。采用数值模拟技术对上述方程进行耦合求解,定量分析了双面电弧焊接条件下的传热规律及热影响区性能,同时作为对比也模拟了PAW焊接的传热现象,揭示了DSAW大幅度增加熔深、改善热影响区性能的机理,为工艺参数优化设计提供了依据。

绝缘固壁约束片状偏钨极电弧载流区温度的静电探针差动分析

绝缘固壁和片状偏钨极的联合调控能够有效改变电弧温度分布,从而解决超窄间隙焊接过程中底角熔合不良的问题。为了明确绝缘固壁对片状偏钨极电弧温度的影响规律和调控机理,采用一种静电探针差动分析方法对绝缘固壁约束片状偏钨极电弧载流区进行诊断。结果表明,绝缘固壁对片状偏钨极电弧的固壁约束作用可提升电弧载流区温度峰值,使钨极厚度方向载流区温度分布范围明显收缩;约束作用能够强化片状偏钨极对电弧电流密度的引导作用,从而使电弧高温区沿钨极宽度方向向放电间隙小的位置发生整体偏移,且在电弧电场分布的影响下,沿弧长方向偏移程度由阳极向阴极减小;但过强的约束作用会导致钨极局部因电流密度过度集中而烧损,约束作用不足将无法对电弧载流区温度起到有效调控。