磁控焊缝跟踪传感器非对称纵向磁场下的焊缝识别

针对纵向磁场作用下的电弧难提取焊缝信息的问题,设计一种由3个纵向分布磁感线圈组成的‘山’形分布纵向磁场传感器.利用COMSOL软件模拟非对称纵向磁场作用电弧形态.取焊接过程电弧电压分布对应的磁感应强度作为焊缝识别试验的磁感应强度.用高速摄影仪拍摄非对称纵向磁场作用下的电弧运动轨迹,并与新型传感器设计的电弧运动轨迹进行比较,验证纵向磁场传感器产生非对称纵向磁场的电弧形态变化.结果表明,非对称纵向磁场能控制电弧进行焊缝识别,并能解决窄间隙焊接过程中的咬边和侧壁不融合.该方法为磁控焊缝跟踪传感器在窄间隙焊接的应用开辟了新的方向.创新点:(1)设计一种由3个纵向分布磁感线圈组成的‘山’形分布纵向磁场传感器,该传感器产生的非对称纵向磁场能控制电弧提取焊缝信息.(2)该传感器能改变电弧热分布,从而解决窄间隙焊接过程中的咬边和侧壁不融合.

纵向磁场对K-TIG焊接电弧形态及焊缝成形的影响

为了提高K-TIG焊接电弧能量密度、改善焊缝质量,研究了纵向磁场对K-TIG焊接电弧形态和焊缝成形的影响。结果表明:在直流纵向磁场作用下,磁场强度越大,焊接电弧被压缩的现象越明显;由于熔池受到定向洛伦兹力的影响,熔融金属会往焊缝一侧偏移,磁场强度越大,该现象越明显。在交流纵向磁场作用下,当磁场频率不变时,磁场强度越大,电弧压缩效果越明显;当磁场强度不变时,磁场频率越大,电弧越稳定,由于熔池变向受到洛伦兹力的影响,熔池被振荡搅拌,从而影响了焊缝成形。无论在直流纵向磁场还是交流纵向磁场作用下,电弧形态呈现更为"瘦小"的钟罩形。随着磁场强度或磁场频率的增大,母材完全熔透所需的焊接电流减小,焊缝宽度也越小。

外加纵向磁场GTAW焊接机理——Ⅰ.电弧特性

针对外加纵向磁场ＧＴＡＷ（ｇａｓ ｔｕｎｇｓｔｅｎ－ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ）焊接过程，采用红外热像伪着色法测定了外加纵向磁场 ＴＡＷ焊接电弧的温度场，并建立了外加纵向磁场ＧＴＡＷ焊接电弧热流密度径向分布模型，对焊接电弧外形的变化，焊接电弧电流、电压与外加纵向磁场强度变化的关系进行了研究．

GTAW外加间歇交变纵向磁场的数值计算及其对焊接行为的影响

针对奥氏体不锈钢外加纵向磁场的气体保护钨极电弧焊接（ＧＴＡＷ）时，与电极同轴的单个轴对称空心圆柱线圈在双向脉冲矩形励磁电流作用下产生的间歇交变纵向磁场，采用无暇点单积分磁场的数学模型，对＊ＴＡＷ焊接外加间歇交变纵向磁场进行了数值计算，该方法具有模型简单、计算速度快和精度高等优点并讨论了该间隙交变纵向磁场的分布、磁场的均匀性及其纵向分量与径向分量的比率等规律及其对焊接行为的影响，认为横磁分量将削弱ＧＴＡＷ外加纵向磁场的有利作用，影响磁控电弧的焊接质量.

纵向磁场参数对LD10CS铝合金TIG焊焊缝组织的影响

通过对外加间歇交变纵向磁场作用下ＬＤ１０ＣＳ铝合金ＨｅＴＩＧ焊缝组织的分析，发现磁场参数中磁感应强度Ｂ、磁场交变频率ｆ和磁场断通比Ｑ对焊缝组织细化效果影响很大．磁感应强度Ｂ与磁场交变频率ｆ不能单独选择，必须恰当匹配，同时还必须与焊接规范参数相适应，才能获得最佳细化效果．给出了试验条件下最佳的磁场参数．研究结果对磁控电弧焊接技术的应用具有重要的指导意义．

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。

杯状纵磁触头纵向磁场滞后时间研究

用有限元法对杯状纵磁真空灭弧室触头简化的轴对称模型涡流场进行了分析,给出了触头间隙中纵向磁场滞后时间的空间分布,讨论了触头设计参数对纵向磁场滞后时间的影响。计算结果表明,纵向磁场滞后时间沿径向分布的形状近似于凹面朝下的抛物线右半部,在触头边缘处纵向磁场滞后时间随径向位置增大而线性增加。纵向磁场滞后时间沿轴向的分布规律是,靠近触头中心处,纵向磁场滞后时间沿轴向的变化接近一条直线;越靠近触头边缘这种变化越显著,在杯壁中间处呈不规则的“正弦曲线”分布,在触头边缘处呈凹面朝上的抛物线分布。纵向磁场滞后时间与设计参数的关系是:纵向磁场滞后时间随开距的减小而线性增加;随触头直径的减小而单调递减;随触头片厚度的增加而线性增加;触头材料从CuCr50变到CuCr25时纵向磁场滞后时间增幅显著;杯壁厚度和杯高度对纵向磁场滞后时间几乎没有影响。

外加纵向磁场作用下的TIG焊接电弧

以单粒子理论假设为基础,详细阐述了外加纵向磁场在等离子体中的不均匀分布形态,以及这种不均匀磁场对TIG焊接电弧形状的影响,分析了电弧区的受力情况,建立了等离子体中带电粒子在这种非均匀磁场中的运动方程.由分析可知带电粒子在磁场作用下的运动轨迹是一条汇聚的螺旋线,且等离子弧外围的带电粒子的圆周运动的速度远大于弧柱中心的粒子运动速度.结果表明,在外加纵向磁场的作用下,TIG焊电弧发生了明显的收缩,激磁电流一定,激磁频率越高,电弧收缩越明显.

外加纵向磁场GTAW焊接熔池流动机理

以外加纵向磁场GTAW (钨极氩弧焊 )焊接LD10CS铝合金过程为研究对象 ,建立外加纵向磁场GTAW焊接熔池流体流动和传热数学模型 ,对固定电弧的外加纵向磁场GTAW焊接熔池流体流动过程进行数值分析 ,研究外加纵向磁场GTAW焊接熔池流体流动和传热行为。

一种高开断能力两级纵向磁场电极结构的真空灭弧室

设计了一种两极纵向磁场电极结构的真空灭弧室，对其三维磁场分布进行了计算分析，并将这种电极结构进行了装管试验，试验表明这种电极结构在燃弧期间的电弧电压降较低，它的开断能力与其他结构相比有大幅度提高。

五种纵向磁场真空灭弧室触头磁场特性分析比较

用三维有限元法研究了线圈、杯状,两极和四极及双线圈五种纵磁真空灭弧室触头的纵向磁感应强度分布、触头片上涡流分布和纵向磁场滞后时间。研究表明:(1)电流峰值时纵向磁场由强到弱依次排列为:线圈式触头、两极式结构、双线圈式触头、杯状和四极式触头;(2)电流过零时剩余磁场由弱到强依次为:四极式触头、两极式触头、杯状触头、双线圈式触头和线圈式触头;(3)纵向磁场较强处滞后时间由小到大依次为:两极式触头、四极式触头、线圈式触头、双线圈式触头和杯状纵磁触头。

外加纵向磁场GTAW焊缝成形机理

以外加间歇交变纵向磁场GTAW (气体保护钨极氩弧焊 )为研究对象 ,通过采用测量相关参数和拍摄电弧的方法 ,研究了间歇交变纵向磁场GTAW焊接低碳钢、不锈钢和铝合金等材料焊缝成形发生变化的规律和原因。认为在本研究条件下 ,无论处于熔池下方还是上方的单励磁线圈产生的外加纵向磁场都使GTAW焊接电弧特征、熔池行为和结晶过程发生了变化 ,从而导致焊缝成形的改变 ;同时发现当励磁线圈和电弧中心线不同轴心时 ,外加磁场对焊缝成形的影响较为强烈 ,其中铁磁性材料所受影响较显著。

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.

电弧电流以及纵向磁场对小电流真空电弧特性影响的数值仿真

建立了小电流真空电弧的双温度磁流体动力学模型,根据该模型首先对小电流真空电弧的基本特性进行了仿真研究,分析了不同电弧电流和不同纵向磁场强度对小电流真空电弧特性的影响。仿真结果表明,电弧电流和纵向磁场对小电流真空电弧特性的影响是明显的,仿真结果与实验结果基本吻合,尤其是离子温度的仿真结果与实验更加接近。另外,仿真结果还表明,对于小电流真空电弧而言,随着纵向磁场的增大,电子温度逐渐增大,变化趋势与实验结果一致。

线圈式纵向磁场真空灭弧室磁场特性

分析了1/2、1/3和1/4匝纵向磁场真空灭弧室触头设计参数对纵向磁感应强度分布、触头片上涡流分布、纵向磁场滞后时间以及导体电阻值的影响。研究表明:增加触头直径、线圈高度或触头开距会减弱纵向磁感应强度,线圈厚度及触头材料采用CuCr50或CuCr25对其影响不大;减小触头直径、增加开距可使纵向磁场滞后时间减小。触头片上开槽数以及触头材料会对滞后时间产生影响;增加触头直径、线圈高度、线圈厚度、都可以减小导体电阻,而触头片上开槽数以及触头材料也会对导体电阻产生影响。由于设计参数的变化对纵向磁感应强度分布、触头片上涡流分布、纵向磁场滞后时间以及导体电阻值会产生不同的影响,因此设计者应综合考虑各种参数的影响,得到综合性能优的结果。

外加纵向磁场GTAW焊接机理——Ⅱ.电弧模型

针对外加纵向磁场ＧＴＡＷ（ｇａｓｔｕｎｇｓｔｅｎ－ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ）焊接过程，采用小孔气体微压传感器法和钨极探针法分别测定了外加纵向磁场ＧＴＡＷ焊接电弧在水冷ＣＵ阳极板上的等离子流力和电流密度的分布，并对其规律进行了研究，建立了外加纵向磁场 ＧＴＡＷ焊接电弧等离子流力和电流密度的径向分布数学物理模型．

纵向磁场作用下MAG焊电弧的动力学分析

设计了一种工程实用性强、磁控稳定性好的纵向磁场发生装置,借助Ansys仿真软件发现电弧空间的磁场含有一定量的呈辐射状分布的径向分量。将该纵向磁场应用于喷射过渡MAG焊,利用高速摄像手段分析了电弧和液流束的运动特征。分析了电极磁场力的存在机理和特点,在此基础上通过分析不同形状电弧的受力情况,确定了电弧空间形态呈螺旋线状。

纵向磁场对TIG焊电弧形态的影响

为了研究外加纵向磁场对TIG焊焊接电弧形态的影响并分析电弧形态的变化机理,在常规的TIG焊焊接过程中施加纵向磁场,利用高速摄像机对焊接电弧形态进行拍摄和记录.实验结果表明,当无磁场作用时,弧柱呈锥形且未发生旋转运动.在外加磁场作用下,弧柱呈收缩状态且沿顺时针旋转.当焊接参数不变时,随着磁场强度的增加,弧柱的收缩程度随之增加.根据磁场的理论公式,可推导出在外加纵向磁场作用下,电弧的旋转半径与磁感应强度成反比.

纵向磁场对CO_2焊接电弧及焊缝成形的影响

为了促进CO_2焊接的发展,降低焊接飞溅率与改善焊缝成形显得至关重要.在具有不同磁场强度与磁场频率的外加纵向磁场作用下,通过高速摄像技术观测了焊接电弧形态,同时测量了焊缝熔宽和熔深的变化.结果表明,当励磁电流为1 A、励磁频率为50 Hz时,焊接电弧由最初的锥形变为钟罩形,并按一定方向旋转,焊接电弧的刚性和稳定性得到了增强,因而焊接效果较好.随着磁场参数的增加,焊缝的熔宽与熔深先增加后减小.因此,通过采用一定范围内的磁场参数,可以达到有效改善焊缝成形并降低焊接飞溅的效果.

纵向磁场作用下MIG焊熔滴过渡过程的分析

以外加间歇交变纵向磁场MIG焊接铝合金为研究对象，采用高速摄像技术拍摄熔滴形成、长大及脱离的过程，观测并分析外加纵向磁场和不加纵向磁场时熔滴过渡的特点．结果表明，外加间歇交变纵向磁场的熔滴在过渡过程中发生了明显变化，其形态由不加磁场时的球形变为扁长的椭球形，偏离焊丝轴线下落，并且熔滴自身发生旋转．在磁场频率相同的情况下，激磁电流较小时熔滴过渡所需时间在4．5—6ms范围，激磁电流较大时熔滴过渡所需时间在5～15ms范围内，可知激磁电流对熔滴过渡影响较大．