钨极间距对双钨极TIG焊电弧特性的影响研究

针对双钨极TIG焊电弧建立了三维稳态数学模型,通过假设和边界条件对控制方程组进行迭代求解,分析不同钨极间距下的电弧特性。通过与单钨极TIG焊电弧进行对比,探讨了电弧温度、等离子速度、电弧压力等的差异性。通过分析不同钨极间距的电弧特性,探讨电弧形态、电磁力、电弧压力的变化规律。结果表明:双钨极TIG焊耦合电弧形态呈非轴对称分布;与单钨极TIG焊相比,可大幅降低电弧温度、等离子速度和电弧压力,且在两钨极垂直方向的电弧压力变化较缓。随钨极间距的增大,电弧间的相互作用力变弱,耦合电弧逐渐分离为两个单独电弧;电磁力的方向逐渐由电弧中心向两侧偏移,且电磁力逐渐降低;电弧压力逐渐从单峰分布向双峰分布转换,最大电弧压力先降后升。

6061铝合金磁控钨极氩弧焊接电弧特性的模拟研究

以6061铝合金磁控钨极氩弧焊(GTAW)的焊接电弧为研究对象,建立GTAW三维模型,对比分析了无外加磁场和外加横向磁场作用下焊接电弧的电流密度、洛伦兹力以及温度场的变化规律。结果表明,未施加磁场时,电弧具有高度的对称性,内部电流密度最大值达到了2.66×10^(7)A/m^(2),洛伦兹力最大值达到了1.21×10^(5)N,电弧最高温度达到14862.4 K,径向上电流密度呈单峰分布,洛伦兹力呈双峰分布。随着横向磁场的施加,电弧发生偏转,洛伦兹力迅速增大,在磁场强度为0.2 m T时,洛伦兹力最大值增大到1.51×10^(5)N。偏转后电弧弧长增加,电势增大。

激光诱导航天器太阳电池阵放电电弧特性的研究与分析

太阳电池阵空间放电电弧严重威胁航天器的可靠运行和安全寿命。基于太阳电池阵在空间等离子体环境放电电弧理论,对高能脉冲激光诱导太阳电池阵放电电弧机理进行分析,采用空间放电地面模拟实验系统研究3种不同工况下的太阳电池阵放电电弧特性,得到3种工况下激光诱导放电电弧的功率密度阈值分别约为1.8×10^(8)W/cm^(2)、1.45×10^(8)W/cm^(2)和1.08×10^(8)W/cm^(2)。在近地轨道等离子体环境下每次施加脉冲激光诱导放电电弧的概率达到约60%,且激光诱导放电电弧电流峰值为5.4 A,平均持续时间达到16.68μs,极易对太阳电池阵造成较大危害。

电力系统不同故障类型电弧特性研究

【目的】电力系统的不同故障类型会产生不同的短路电流及电弧特性,研究这些特性对断路器成功切除故障起到至关重要的作用。为准确识别出电力系统中的不同故障类型,提出一种通过观测电弧及其弧后特性的方法。【方法】采用粒子模拟和电弧观测技术,模拟研究断路器在单相接地短路、两相短路和三相接地短路这三种故障类型下的电弧特性。【结果】研究发现,电弧及其弧后特性与不同故障类型的预警之间存在密切关系,不同故障类型下的电弧粒子和电势二维分布特征各异。【结论】真空电弧及弧后特性能反映出故障的具体类型,且以三相接地短路故障的真空电弧弧后粒子浓度最高、扩散时间最长,对弧后的介质恢复过程产生不利影响。这一发现为电力系统故障诊断和断路器设计提供了重要依据。

耦合磁吹和触头运动的直流接触器电弧特性研究

磁吹结构和运动机构特性是影响直流接触器电弧开断性能的重要因素。文中引入灭弧室中非均匀磁场分布与动触头运动特性的耦合影响,构建了电、磁、气流、温度等多场耦合的二维电弧磁流体动力学仿真模型,分析了不同磁吹结构、反力弹簧刚度系数、触头超程等参数对直流电弧特性的影响。搭建了直流接触器电弧特性实验平台,开展了对比实验验证仿真结果。研究表明:提出在静触头之间增加中间永磁体的两种新型磁吹结构,较原结构燃弧时间分别缩短20.2%与14.7%,在电极下方磁吹结构增加中间永磁体的提升效果更好;反力弹簧刚度系数的最优选择为1.0 N/mm,最佳触头超程为1.5 mm,实验与仿真结果相符,为提升陶瓷密封直流接触器分断能力的优化设计提供参考依据。

直流电源系统中直流电弧特性及其检测方法研究

直流电源系统中因绝缘缺陷、接头松动引发的直流串联电弧，不易熄灭且难以检测。容易引发火灾、爆炸等安全事故．因此对直流电弧电气特性进行研究并提出有效的检测方法意义重大。笔者利用步进电机拖动电极分离模拟直流串联电弧．建立了模拟串联直流电弧试验平台。同时．提取了电弧电压和电流波形．在此基础上得到了串联直流电弧的伏安特性曲线。通过改变极间距离、电极形状、电极移动速度等因素研究了直流电弧产生和发展过程中电弧电流的变化规律。对电弧电流进行频域分析表明电弧电流的高频分量主要集中在10～200kHz的频率范围内。通过分析电源电压输出波形在相应时间窗内的脉冲特性．初步提出了一种基于电源电压输出突变的故障电弧的检测方案，为直流电孤特性及检测方法研究奠定了重要基础。

掺杂对WCu电触头材料电弧特性的影响

利用粉末冶金技术制备出分别掺杂0.3%B、2.0%Nb和1.5%Ce(质量分数)的WCu电触头材料,采用高速摄影技术和抗电弧烧蚀实验探讨不同掺杂元素对钨铜电触头材料电弧特性的影响。结果表明:真空击穿时,WCu电触头材料的电弧演化过程可以分为起弧、稳定燃烧和灭弧3个阶段;掺杂0.3%B、2.0%Nb和1.5%Ce的WCu电触头材料的电弧寿命比未掺杂的长,截流值小;等离子云体积大,颜色浅,在样品表面燃烧区域大,电弧分散,燃弧能量分散;电弧燃烧稳定,无放射状光芒。含有掺杂元素的WCu电触头材料的抗电弧烧蚀性能均得到明显改善;其中最明显的为WCu-B电触头材料,其抗烧蚀性能提高了近30%。

串联直流电弧特性及其在故障诊断中的应用

直流电弧故障常常会威胁到各种电力电子系统的安全运行，由于其本身的随机性和不稳定性，直流电弧故障很难被有效地检测出来。笔者设计了一套串联直流电弧试验系统用以研究不同因素如负载电流、直流源电压以及电极间隙长度对直流电弧特性的影响。在试验中，负载电流在6～30A之间变化。直流源电压在75～300V之间变化。同时还进行了固定源电压和负载电流下不同间隙长度的试验以研究电孤长度对电弧特性的影响。根据以上试验结果。进行了初步的电弧电压一电流特性的研究。最后．通过对时间窗内电流变化率的分析．研究了电弧电流的脉冲模式。以上研究结果为直流电弧特性研究及直流电弧故障检测提供了重要的基础．

焊剂带约束电弧特性的试验分析

通过向电弧两侧连续送入焊剂带以约束电弧的方法,对焊剂带约束电弧的特性进行了研究。结果表明,焊剂带靠弧柱区的热量被加热熔化,在稳定的焊接条件下,形成一个确定的焊剂带与电弧作用长度,其大小随电弧电压的减小,送带速度的增加而增大,这一参数直接影响着焊剂带约束电弧的形态,增加它可使电弧长度增长而宽度减小,进而可使焊缝的熔深增加而熔宽减小;焊剂带与电弧中心距离的减小可明显减小电弧的宽度,使焊缝熔宽减小而熔深增加;利用焊剂带约束电弧的特性可以实现超窄间隙焊接。

离线时刻对弓网电弧特性的影响

由于高速铁路弓网离线存在随机性,离线可能发生在交流电压的任意时刻,所以需要研究离线时刻对弓网电弧特性的影响,以系统地研究弓网电弧机理。为此,基于在实验室中搭建的弓网离线模拟实验平台,进行了大量的随机离线放电实验,采集了不同离线时刻的电弧电压、电弧电流、相对光强波形及数据,并进行了统计分析。结果表明：静态弓网离线时的电弧燃弧时间在15～25 ms之间;在电压幅值上升区间（1～5 ms,11～15 ms）离线时的电弧相对光强较大,同时电弧电压的谐波含量较大;动态弓网离线时的电弧燃弧时间在1～8 ms之间;在电压幅值上升区间离线时的电弧燃弧时间要大于在电压幅值下降区间离线时的电弧燃弧时间,同时电弧电压的谐波含量较小。总之,离线时刻对静态及动态离线电弧的电气特性、燃弧时间、相对光强、谐波含量等均有不同程度的影响。

基于上下表面电弧特性的交流绝缘子污秽闪络电压计算

根据上下湿污表面交流局部电弧特性的差异,建立了交流污闪电压双电弧计算模型。为获得模型参数,测量了三角形玻璃板上下表面的局部电弧,分别获得了上下表面局部电弧的静态伏安特性和重燃条件;利用高速摄像机对局部电弧进行观察,得到了上下表面弧道半径与泄漏电流峰值之间的关系;同时,研究了∏型玻璃板装置闪络过程中局部电弧延伸过程,发现上下表面局部电弧弧长均随泄漏电流峰值线性增加,弧长增量之比与表面盐密有关,由此获得了上下表面弧长之比与表面盐密的关系式。结果表明:该双电弧模型可以较为准确地计算交流绝缘子的污闪电压。

304L不锈钢激光-脉冲MAG复合焊电弧特性及焊缝成形分析

针对SUS304L不锈钢激光-脉冲MAG复合焊接过程激光与脉冲MAG电弧的过程参数匹配及优化控制问题,系统研究了过程参数对电弧特性及焊缝成形尺寸的影响,获得了复合焊接过程的电弧特性及成形控制策略.结果表明,激光的介入会使复合焊接过程稳定性加强,当脉冲MAG电弧处在电流基值时,较大的激光功率会吸引MAG电弧而造成基值电压的波动,并且大功率激光会对脉冲MAG电弧具备一定的压缩作用,但在峰值阶段影响幅度较小.焊缝形貌的几何尺寸与过程参数的耦合效应有着直接的关系,过程参数的匹配优化能够有效控制焊缝成形尺寸.

纳米晶W-La_2O_3电极材料的电弧特性

采用高能球磨和真空热压烧结工艺制备出块体纳米晶W La2 O3 电极材料 ,研究了不同La2 O3 含量对纳米晶钨电极材料电性能的影响 ,同时用扫描电镜和能谱仪测定了燃弧后电极尖端La的分布及显微组织。结果表明 :纳米晶W La2 O3 电极的电性能优于传统的粉末冶金粗晶电极。当La2 O3 含量在 6 %～ 8%时 ,其热电子发射能力和稳定性最好。

Ar与H2混合气体保护下GTAW电弧特性数值模拟

针对Ar与H2混合气体保护下GTAW焊接电弧的传热与流动特性,建立基于磁流体动力学的二维轴对称数学模型,结合麦克斯韦方程组与流体动力学理论对电弧的温度、电势、电弧压力以及电流密度等进行求解,又分别将传统氩弧与氩氢混合气体保护下电弧的阳极热进行分析与对比.结果表明,加入10%氢气后的电弧轮廓较传统氩弧略微收缩,电磁力增至约传统氩弧的2倍,温度、等离子体流速、电势、电流密度等都明显增大,导致更多热量传递给阳极,在一定程度上提高了焊接热效率.可为高效GTAW焊接工艺的进一步开发提供理论参考.

坡口宽度对超窄间隙焊接电弧特性的影响

坡口宽度小于5mm的超窄间隙焊接中,当坡口宽度进一步减小时,电弧特性变得很敏感,对焊接工艺参数的适应性要求提高.采用焊剂带约束电弧超窄间隙焊接技术,通过调节坡口宽度和焊接工艺参数研究其对超窄间隙电弧特性的影响规律.结果表明:在超窄间隙坡口中,保持工艺参数不变,坡口宽度减小,会使焊接电流增大,侧壁熔深变宽.当坡口宽度和送丝速度一定时,其焊接电流随电弧电压的增大呈上升趋势,且坡口宽度越窄,焊接电流对电弧电压的变化越敏感.利用不同坡口宽度下的电弧特性可对超窄间隙焊接时所匹配的工艺参数进行有效调控,坡口宽度变窄,所适用的焊接参数减小.

等离子—熔化极气体保护焊电弧特性研究现状

等离子—熔化极气体保护焊的电弧形态和熔滴过渡方式直接关系到焊缝质量,采用不同的电极连接形式,如直流正接、直流反接,电弧形态及熔滴过渡方式均不同;主要介绍了目前等离子—熔化极气体保护焊在采用不同的电极连接形式下,不同的电弧形态和熔滴过渡方式,以及电弧成分组成和温度分布;通过对熔化极等离子弧静特性等方面的研究发现,熔化极电流的大小不是由焊丝与工件间的电压决定的,而是由导电嘴与焊丝端部处的等离子弧电位差决定的,并决定电流的方向。

激光-MIG双丝复合焊电弧特性与熔滴过渡研究

利用搭建的激光-熔化极惰性气体保护(Metal inert-gas,MIG)双丝复合焊接系统进行焊接试验。在试验中,主要研究激光功率、送丝速度、光丝间距和离焦量等几个主要变量对复合焊接稳定性、电弧特性和熔滴过渡的影响规律。分别选取电弧电压变异系数、电弧偏转角、熔滴过渡方式及过渡频率作为评价参量对稳定性、电弧特性和熔滴过渡进行分析。研究发现,随着激光功率增加,电弧偏转角先减小后增加,在1 000 W附近偏转角最小,焊接过程最稳定。引导丝熔滴始终为粗滴过渡,而跟随丝熔滴为粗滴过渡+少量短路过渡,熔滴过渡频率呈现先增加后下降的趋势。在送丝速度为4 m/min时引导丝和跟随丝的电弧稳定性最好,电弧偏转角先减小后增加最终趋于稳定。在离焦量为–1 mm时,引导丝和跟随丝熔滴过渡频率均达到最大值,分别为8.6Hz和6.3Hz。

真空阴极弧离子镀电弧特性及其电源选择

研究了高纯氩气、高纯氩和高纯氢的混合气及高纯氩和乙炔的混合气等气体，对铜、钛及石墨等靶材电弧特性的影响．低熔点、导电性能好的铜及钛靶电弧燃烧时，电弧电压低，电压的波动小，电弧可以在很小的电流下工作；而石墨电弧弧压较高，电压的波动很大．石墨电弧在氩气中比它在冷却性强的Ａｒ＋Ｈ２及Ａｒ＋Ｃ２Ｈ２中稳定得多．当Ｃ２Ｈ２的含量大于８４％时，我们所采用的主电源已经不能维持正常的放电过程．另根据真空阴极弧弧光放电电弧静特性与其工作电源特性曲线的关系，分析了铜靶、钛靶及石墨靶所需电源外特性曲线的形状，针对石墨电弧的不稳定性，从理论上提出了应用范围广泛的真空阴极弧离子镀电源的特性具有较高的空载电压。

双丝夹角对双丝间接电弧特性的影响

建立了双丝间接电弧的三维有限元数学模型,分析了不同双丝夹角对双丝间接电弧特性的影响.利用高速摄像机拍摄电弧图片与计算结果对比,以验证计算结果的准确性.结果表明,双丝间接电弧的温度、速度和电流密度等电弧参数在阴极区和阳极区较高,在弧柱区较低,弧柱区下端最低;随着双丝夹角的增加,双丝间接电弧的温度、速度、电流密度在阴极区、阳极区以及弧柱区上端增加,在弧柱区下端下降;上述电弧参数的变化率在阴极区和阳极区大于弧柱区,阳极区大于阴极区,弧柱区上端大于弧柱区下端;双丝间接电弧的偏转程度随着双丝夹角的增加而增加.

混合气体保护焊焊接过程电弧特性分析

通过焊接机器人在给定的试验条件下进行混合气体保护焊,采用汉诺威焊接质量分析仪对电弧电压和焊接电流信号进行采集,并通过分析焊接过程的电弧特性找到熔滴过渡以及焊缝成形的主要影响因素。结果表明:在给定的混合气体流量比的条件下,电弧电压会影响熔滴的过渡频率、电弧稳定性、飞溅大小、焊缝熔宽等,而焊接电流则会影响焊丝熔化速度、焊缝熔敷率、过渡频率、飞溅大小、焊缝成形等。合适的焊接电流与电弧电压相匹配可以获得稳定的电弧、良好的过渡特性及美观的焊缝。