超声钨极氩弧复合焊接电弧压力特征研究

为了揭示超声钨极氩弧(Tungsten inert gas,TIG)复合焊接电弧特性,采用小孔法获得的稳定电弧压力分布形式,分析超声能量作用下电弧压力分布形式与普通电弧压力分布形式之间区别。研究焊接电流、电弧长度及保护气喷嘴高度对压力分布的影响。试验中发现,电弧长度由2mm增加到6.2mm时,与普通电弧压力一直减小不同,复合电弧的压力分布呈现出周期性变化,并且在弧长为4.4 mm时,电弧压力达到最大值。普通TIG焊接中不作为工艺参数的保护气喷嘴高度,在复合焊接中对压力分布有很大影响,喷嘴高度由2mm升高到5mm,电弧压力峰值从170.8Pa减小到60.5Pa。试验结果表明:超声钨极氩弧复合焊接方法能获得较高的电弧力,并且压力分布接近于高斯分布,有利于增加焊接熔深,提高焊接生产效率。

高频脉冲变极性焊接电源及电弧压力分析

采用变极性和高频脉冲电路叠加,设计了一套变极性和高频脉冲复合电流输出特性的焊接电源,将高频脉冲电弧特性引入变极性焊接过程。建立电弧压力数学模型,结合具体工艺试验,分析了高频脉冲电流对于变极性焊接电弧特性的改善。结果表明,在相等电流有效值的情况下,电弧压力随脉冲频率的提高而增加,高频脉冲电流频率达到5kHz附近时,弧柱区电弧压力较常规直流电弧提高2倍左右,电弧的挺度和能量密度都有所增加,为进一步研究高频脉冲变极性焊接方法在铝合金焊接中的应用提供了理论依据。

耦合电弧AA-TIG焊电弧压力测量与分析

针对耦合电弧AA-TIG焊接法(arc assisted activating TIG welding),采用基于不锈钢作阳极的静态小孔法对其电弧压力进行了测量,研究了主要工艺参数对电弧压力分布的影响规律.与常规钨极氩弧焊相比,在相同条件下耦合电弧AA-TIG焊的电弧压力峰值明显降低,并随着焊接电流的减小、钨极间距的增大、弧长的增大、辅助电弧中氧含量的减小而减小.在2 mm钨极间距时,电弧压力服从高斯分布,随着钨极间距的增大电弧压力向双峰分布过渡.

双钨极氩弧焊耦合电弧压力分析

双钨极氩弧焊(twin-electrode TIG,T-TIG)的耦合电弧是由设置在同一个焊枪中的两个相互绝缘的钨极各自产生的电弧耦合而成的。这个耦合电弧在物理特性上不同于传统单钨极TIG电弧。以试验为基础,分析了耦合电弧的电弧压力特性,并对比单钨极电弧就焊接电流、电弧弧长、钨极间距和钨极形状对耦合电弧压力分布的影响进行了研究。

电流脉冲频率对TIG焊电弧压力的影响

为了研究电流脉冲频率对TIG焊电弧压力的影响,采用小孔探针法检测了TIG焊的电弧压力分布形式以及在不同电流脉冲频率作用下焊缝的熔深和熔宽.结果表明,TIG焊电弧压力曲线类似于正态分布曲线,电弧中心位置处的压力最大,越靠近边缘处压力越小.当在一定范围内增加电流脉冲频率时,曲线会发生横向收缩和纵向伸长现象,且TIG焊电弧压力的峰值以及焊缝的熔深均增加,而熔宽减小.因此,可以通过改变电流脉冲频率的方法来改变TIG焊的电弧压力.

电弧压力对MIG焊接熔池几何形状的影响

根据电弧物理基本原理，建立了ＭＩＧ焊接电流密度在变形熔池表面的分布模型，在此基础上得到电弧压力计算模型计算结果表明，ＭＩＧ焊接电弧压力在电弧中心线附近呈双峰分布，且双峰向电弧后方偏移，在离开电弧中心线一定距离处变为单峰分布．熔池表面变形程度对电弧压力分布有显著影响．采用双峰分布的电弧压力、热流密度分布模型，定量分析了焊接工艺参数对解地几何形状的影响规律，为焊缝几何尺寸的预测和控制提供了可靠数据．基于该模型计算的焊缝几何形状与实测的吻合良好。

变极性等离子电弧压力的影响因素分析

利用U形压力计测试了不同工艺参数条件下的变极性等离子焊接的电弧压力,利用正交试验测试了不同正极性电流、反极性电流、正反极性时间比和等离子气流量四种参数条件下的电弧压力.结果表明,电弧压力随着这些因素的增加而增加,而四种因素对电弧压力影响的大小依次为:等离子气流量>正极性电流>正反极性时间比>反极性电流.分析原因,等离子气流量是通过冷却压缩提高电弧压力,压缩了电弧尺寸,而焊接电流则通过电磁压缩,但也提高了电弧半径.由于正反极性阶段电弧压力的差异较为明显,因此正反极性时间比对电弧压力也有显著的作用.

耦合电弧钨极TIG焊电弧压力的测量与分析

开发了一种耦合电弧钨极,可显著降低电弧压力,消除咬边和驼峰焊道等缺陷,实现较高速度的TIG焊接.针对这种钨极进行了TIG电弧压力测量,研究了主要工艺参数对电弧压力分布的影响规律.结果表明,与传统TIG电弧相比,在相同参数下耦合电弧钨极TIG电弧压力峰值明显降低,并且随着弧长的增加、钨极伸出长度的增加、焊接电流的减小、电极槽宽的增大以及钨极直径的增大,耦合电弧钨极TIG焊的电弧压力峰值减小.对电弧压力的影响由大到小依次为焊接电流、钨极伸出长度、弧长和钨极直径、电极槽宽.

变极性等离子电弧压力的径向分布

变极性等离子焊接过程中产生的电弧压力将直接影响到熔池的形态以及最后的焊缝成形,因此对其的研究有着十分重要的意义.关于电弧压力径向上的分布规律的探讨,对于电弧以及熔池的力学分析及数值模拟也具有现实的指导意义.利用U形压力计测量了不同焊接电流条件下的变极性等离子弧压力沿径向的分布,讨论了其分布规律,认为变极性等离子弧压力的径向分布仍然属于高斯分布,而不是双面指数分布.同时发现,电弧压力随着电流的增加而增长,但是增长幅度趋于缓和.

电弧电流密度和电弧压力测量技术研究现状

电弧电流密度和电弧压力是焊接过程中两个重要的参数。论文综述了测量电弧电流密度和电弧压力的常用方法。测量电弧电流密度的方法包括分裂阳极法、烧蚀痕迹分析法、高速摄影法等间接测量法和探针法等直接测量法,其中详细论述了分裂阳极法。测量电弧压力的方法主要是指非熔化极焊接的电弧压力测量方法,包括传感器的连续测量法和气压计的静态测量法等。

基于不锈钢阳极的TIG电弧压力特性

以不锈钢作阳极,采用静态小孔法测量TIG电弧压力.结合电弧阳极电流密度分布、伏安特性和弧长电压特性曲线分析不锈钢TIG焊的电弧压力特性.与水冷铜作阳极时的电弧压力对比,结果表明:在相同条件下不锈钢作阳极时电弧压力的分布服从高斯分布,分布半宽值较大,电弧压力峰值较低并随着电弧电流的增大、弧长的减小而增大;2种阳极条件下电弧压力峰值的差值随电流增大而增大,随弧长增大无明显变化.

气体熔池耦合活性TIG焊弧长影响电弧压力机理的数值分析

针对气体熔池耦合活性TIG(GPCA-TIG)焊电弧压力随弧长增加而减小的现象,运用FLUENT软件及其UDF的二次开发功能,建立GPCA-TIG焊电弧的二维轴对称稳态模型,通过提取相同电流不同弧长等离子体轴向的电磁力和粘度,分析电弧压力随弧长增加而减小的机理.结果表明:随着弧长增加,沿电弧轴向的电磁力几乎没有变化,而近阳极表面的氩等离子体温度下降使其粘度增大,最终导致氩等离子体沿电弧轴向的流速下降,阳极表面的电弧压力下降.

不同工艺参数对等离子电弧压力的影响

通过巧妙的设计水柱压差法来试验测量等离子弧柱压力,研究分析了不同工艺参数对等离子电弧压力的影响规律,并创新性的应用Language数值分析方法结合MATLAB软件编程对试验数据进行插值分析,对比了直流与有效电流值相同的脉冲情况下的电弧压力,得出脉冲条件下电弧压力相对较小的结论并给出了理论分析依据。

变极性TIG焊电弧压力分析

采用压力传感器获取不同条件下的变极性钨极氩弧焊(VPTIG)横焊时的电弧压力,研究分析了电弧压力在径向上的分布规律,对比研究了直流TIG焊、反极性期间占5%,15%的变极性TIG中心电弧压力.结果表明,变极性TIG焊电弧压力的径向分布属于双面指数分布.焊接电流在100~140 A范围内,在电流均值相等的情况下,由于反极性期间电子发射机制和电弧发散等原因,随着一个周期内钨极为正半波的时间比例增加,电弧压力逐渐减小,且焊接电弧积分力与电流的平方近似成正比例关系.

旁路分流双面电弧焊耦合电弧形态及电弧压力测量

建立旁路分流MIG-TIG双面电弧焊接试验系统,利用高速摄像机拍摄电弧形态,采用"小孔快速起弧法"测量施加旁路分流前后的电弧压力分布.结果表明,施加旁路分流后,由于洛仑兹力的作用,耦合电弧的体积膨胀,电弧形态由原来的发散状变为"钟罩"形,沿弧长方向电弧截面直径变化梯度减小.与单独MIG焊电弧相比,由于耦合电弧形状的改变,导致耦合电弧压力整体显著降低,电弧中心的压力峰值仅为单独MIG焊电弧的29.4%,压力分布更加均匀,使得焊缝成形均匀美观,接头质量明显改善.

外加磁场对钨极电弧压力分布与焊缝成形的影响

采用小孔法分别测量了直流磁场和交变磁场作用下的钨极电弧压力分布,并采用高速摄像采集焊接电弧形态。结果表明:直流磁场作用使钨极电弧中心压力减小,而且随着磁感应强度的增加电弧中心压力不断减小,并在200 Gs时出现负压;交变磁场作用下,随着交变磁感应强度增加和频率降低,电弧中心峰值压力下降,周边上升,这与其电弧形态顶部阴极收缩,底部阳极扩张相对应。交变磁场强度和频率通过影响电弧压力和电弧搅拌作用,进而影响焊缝成形,在磁场频率500 Hz以内,磁场频率越大,磁感应强度越小,深宽比越大。

超声复合焊接系统声场模拟及焊接电弧压力分析

提出了超声复合焊接空间中声场参数的分析方法,根据超声复合焊接特性构建了分析模型,利用COMSOL有限元分析软件模拟分析了声场参数随着发射端半径的变化情况,同时模拟分析了声场参数在不同电弧空间高度的变化规律.采用静态小孔法对不同焊接参数下稳定燃烧的直流U-TIG焊和普通TIG焊的电弧压力分布进行了测量.结果表明,U-TIG焊电弧压力峰值明显高于普通TIG焊,复合电弧能够提高焊接时熔池表面上方的电弧压力水平,但是随着电流增加,U-TIG焊和普通TIG焊电弧压力峰值的差值减小.分析认为大电流时,弧柱中心区域温度很高,电流密度很大,使TIG焊电弧压力峰值明显升高,而U-TIG焊电弧等离子流力受到气体流量的限制,电弧压力峰值增幅减小.

船舶6.6KV配电系统增配电弧压力保护

作为5000吨起重铺管船的复杂、核心系统——中压配电系统,在设计之初只采用传统的三段式过电流保护,不能满足该配电系统的电流选择性保护,也不能对中压母线进行有效的保护,因此需要增配电弧压力探测。本文对三段式电流保护、电弧压力保护原理和特点,以及本船电弧压力检测装置进行了论述。

电流脉冲频率对TIG电弧形态及压力的影响研究

在厚板的窄间隙焊接过程中,电弧受干扰发生偏吹,从而影响焊缝成形效果。采用高速摄像和水冷铜板压力测试系统采集电流脉冲频率在2~15000 Hz范围内的TIG电弧形态和压力数据。结果表明,不同频段范围内频率对电弧的影响效果存在显著差异:(1)频率2~50 Hz时,电弧压力最大值均为80 Pa,电弧宽度均为8.15 mm;(2)频率50~5000 Hz范围内,电弧压力最大值与频率的自然对数成正线性关系,电弧宽度与频率的自然对数成负线性关系;(3)频率5000~15000 Hz时,电弧压力最大值为155 Pa,电弧宽度为5.70 mm。在工程应用中可以通过调整50~5000 Hz范围内的频率来控制电弧力和电弧宽度。

纵向磁场作用下MIG焊电弧数值模拟

为了提高焊接质量,建立了纵向磁场作用下MIG电弧的三维有限元数学模型,利用ANSYS有限元分析软件对纵向磁场作用下的电弧进行模拟,得到了纵向磁场作用下电弧的物理特性,并与无外加纵向磁场时进行了对比.结果表明,焊接过程引入纵向磁场后,电弧温度和电弧压力显著降低,电弧温度梯度减小;当焊接电流为120 A,励磁线圈安匝数为1 000时,电弧中心最高温度由16 950 K降到13 700 K,最大电弧压力由91 Pa降到57 Pa;在阳极表面,电弧压力峰值从53 Pa降到20 Pa,并偏离电弧轴线.可以得出结论,在纵向磁场作用下电弧的物理特性发生较大变化,电弧扩张,电弧温度和电弧压力减小,电弧中心形成空心弧.