快速电弧模式增材制造316L不锈钢组织与性能

采用电流恒定的快速电弧模式对316L不锈钢进行电弧增材制造.探索了构件的工艺成形性,并采用金相显微镜与场发射扫描电子显微镜对比研究了成形件不同区域微观组织与力学性能.结果表明,在单层熔覆层内,一次枝晶随着沉积方向从针状树枝晶,薄带状树枝晶向柱状树枝晶转变.同时,二次枝晶尺寸也随着沉积层堆积高度逐渐增大.在试样底部,中部与顶部的二次枝晶臂尺寸分别为11.54μm,12.50μm,15.52μm,其尺寸随着热累积的增加而不断增大.此外,试样沿沉积方向与扫描方向的抗拉强度为517 MPa和527 MPa,均超过了锻材强度.试样断后伸长率为22.5%和15.0%.两种方向的拉伸试样断裂模式均为韧性断裂,但沿扫描方向制造的试样塑韧性优于沉积方向试样.创新点:采用快速电弧模式制造316L不锈钢样品,探讨了单道熔覆层内枝晶形态变化和热累积对二次枝晶臂在试样上部、中部与底部的尺寸变化的影响规律,分析了沉积样品不同方向的拉伸性能.

电弧增材制造Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的研究

使用CMT-PADV、CMT-ADV和CMT-P三种电弧模式电弧增材制造(WAAM)了Al-Zn-Mg-Cu合金直壁墙,探究了不同电弧模式对直壁墙显微组织和力学性能的影响。结果表明,三种电弧模式下的WAAM直壁墙均由粗大柱状晶构成,晶界上分布着连续的Mg(Al,Zn,Cu)_(2)共晶相,并且气孔率较高。粗大的柱状晶和晶界上连续的共晶相使直壁墙水平方向的拉伸性能,尤其是延伸率较差,并且其拉伸试样的断裂行为以沿晶断裂为主。CMT-PADV模式下直壁墙水平方向的拉伸性能最好,主要原因是该模式下直壁墙的气孔率最低,且柱状晶生长方向与拉应力方向的夹角最小。

基于阳极放电模式的杯状纵磁触头真空灭弧室分闸速度设计

真空断路器短路开断能力与真空电弧的控制技术及断路器分闸速度的控制技术紧密相关。该文的研究目标为基于真空电弧强电弧模式向扩散态模式转变规律对杯状纵磁触头真空灭弧室分闸速度进行设计。通过对杯状纵磁触头在不同分闸速度、不同燃弧时间条件下进行拉弧试验,研究的影响强电弧模式持续时间、强电弧模式转变为扩散态模式时刻的临界纵向磁场及与之对应的临界触头开距与分闸速度的关系。试验结果显示,真空灭弧室分闸速度和燃弧时间对真空电弧阳极放电模式的演变具有显著影响,较高的分闸速度能够使得强电弧模式快速转变为扩散态模式。强电弧模式转变为扩散态模式时刻对应的临界触头开距及其临界纵向磁场强度、强电弧模式持续时间,随电弧电流的增大而增大,且不同的分闸速度条件下强电弧模式转变为扩散态模式的临界触头开距具有峰值效应。在真空断路器分闸速度的设计过程中,宜使得真空灭弧室刚分速度高于该峰值临界触头开距所对应的分闸速度。研究结果可为应用杯状纵磁触头的真空断路器的分闸速度的设计提供理论依据。

不同气体成分添加对氮气滑动弧放电模式及特性的影响

研究表明滑动弧放电等离子体可高效降解生物质气化焦油,而气体种类和含量是影响滑动弧焦油降解性能的重要因素。为优化滑动弧放电的运行条件参数以及为实际应用效果的提升提供支撑,通过电学和光学等检测分析手段,采集并获得了在氮气滑动弧中添加不同体积分数的气体成分(二氧化碳、水蒸气和氧气)时放电的电学信号和放电图像,系统研究了不同运行条件下交流滑动弧等离子体的放电模式、伏安特性、光谱特性及电弧运动特性。研究结果表明:在氮气气氛中,滑动弧放电呈现出稳定滑动和击穿伴随滑动两种不同的模式,前者具有较大的平均放电功率和滑动周期,且能产生较大的电弧弧长和弧高;气体成分及其体积分数对放电模式具有显著的影响:HO的添加有利于电弧向稳定滑动模式发展,而CO_(2)和O_(2)的添加则使滑动弧放电表现出以击穿伴随滑动为主的模式;滑动弧放电模式直接影响其发射光谱强度,和击穿伴随滑动模式相比,稳定滑动模式下的发射光谱强度明显增强,这表明稳定滑动模式有利于产生更多的活性粒子,促进化学反应的进行;此外,在氮气滑动弧放电等离子体中引入CO和O会产生新的活性物种,如CO_(2)和O_(2)原子等,但氮气激发态活性粒子的强度会随添加气体体积分数的增大而降低,且滑动弧等离子体区域变小,放电逐渐趋于不稳定模式;而水蒸气的引入,利于电弧在气流推动下向电极下游发展和维持,获得较高的电弧弧长和弧高,由于水具有电负性,随着其体积分数的增大电场中自由电子数密度减小,电弧的发展受到抑制,电弧弧长和弧高逐渐减小,从而使等离子体范围逐渐变小。

环境压力对滑动弧放电等离子体助燃激励器特性的影响研究

在航空发动机上运用等离子体助燃技术能够有效减少燃烧化学反应所需的活化能,提高燃烧效率。为了将该项技术真正应用到航空发动机燃烧室,搭建了三维旋转滑动弧放电等离子体助燃激励器放电特性的实验平台,采用实验与理论分析相结合的方法,探索环境压力对三维旋转滑动弧放电等离子体助燃激励器特性的影响。结果表明,在三维旋转滑动弧放电过程中,电弧在击穿伴随滑动模式(B-GI)和稳定电弧滑动模式(A-G)之间还存在一种过渡模式(B-GII),同时具有以上两种模式特征。环境压力对电弧滑动模式影响显著,当压力小于1bar(1bar=0.1MPa)时,电弧滑动模式随气压升高逐渐从B-GI模式发展为A-G模式。与此同时,随着环境压力的增大,电弧击穿电压和峰—峰值电压也随之增大,但由于放电过程中的电弧滑动模式转换,击穿电压在0.5~0.7bar范围附近会有小幅度的减小。

铁心式双极纵磁触头纵向磁场测量及磁场饱和特性研究

铁心式双极纵磁触头是高压真空灭弧室中常用的触头类型之一。为探究铁心式双极纵磁触头真空灭弧室燃弧过程中真空电弧不可控模式出现的成因,对铁心式双极纵磁触头的纵向磁场特性进行了实验与仿真研究。采用霍尔效应传感器阵列搭建了触头磁场测量平台,对1~15 kA下铁心式双极纵磁触头的纵向磁场分布进行了测量,基于实测结果验证了铁心式双极纵磁触头磁场仿真模型的准确性,并利用该仿真模型进一步仿真分析了1~40 kA电流下的触头磁场饱和特性及40 kA电流等级下燃弧过程中触头间纵向磁场的动态变化规律。结果显示,铁心式双极纵磁触头的纵向磁场在电流大于10 kA后开始呈现出显著的饱和趋势,由于磁场饱和现象的存在,大电流燃弧过程中触头磁场随时间的变化曲线在电流峰值附近将出现数毫秒的畸变。铁心式双极纵磁触头的纵向磁场饱和现象及纵向磁场随触头开距增大的衰减共同导致了该触头大电流燃弧过程中电流峰值附近真空电弧不可控模式的出现。文中的研究加深了对铁心式双极纵磁触头控弧过程的理解,并对该触头的设计具有指导价值。

高功率激光对不同模式熔化极气体保护焊熔滴过渡与焊缝成形的影响

通过对10 mm厚Q345钢进行高功率激光-电弧复合焊接实验,对比研究了7.5 kW激光对不同模式电弧焊接熔滴过渡与焊缝成形的影响。结果表明:高功率激光的加入对标准熔化极活性气体保护电弧焊(MAG)、冷金属过渡弧焊(CMT)和脉冲电弧焊接过程中的熔滴过渡有显著影响。在标准MAG焊接过程中,激光会吸引和压缩电弧,导致电弧长度显著缩短,同时匙孔喷出的金属蒸气与等离子体会降低熔滴过渡频率;在CMT焊接过程中,激光会延长单次短路过渡周期,同时引起的熔池振荡会降低短路过渡的稳定性;在脉冲电弧焊接时,激光的加入提高了熔滴过渡频率,同时匙孔处的气流对熔滴过渡起阻碍作用,使熔滴向熔池侧面过渡,造成飞溅的产生。与单一电弧焊接相比,激光-标准MAG与激光-脉冲电弧复合焊接中的焊缝熔宽增加,而激光-CMT焊接中的焊缝熔宽的变化不明显;受熔滴直径和过渡频率的影响,激光-标准MAG与激光-CMT焊接中的焊缝余高减小,而激光-脉冲电弧焊接中的焊缝余高略有增加。三种电弧模式下激光与电弧相互作用的熔化能增量值(ψ)不同,其中,激光-脉冲电弧复合焊接的ψ值最高(36%),其次为激光-标准MAG复合焊接(19%),激光-CMT复合焊接的ψ值最小(-12%)。