TIG-MIG间接电弧窄坡口焊侧壁未熔合缺陷数值分析及电场辅助抑制措施

文中用FLOW-3D软件模拟了TIG-MIG间接电弧焊接窄坡口厚4 mm 443铁素体不锈钢板对接侧壁未熔合缺陷的产生机理,提出一种电场辅助的抑制缺陷产生措施。研究结果表明:较窄的焊缝阻碍熔滴传热传质过程,在侧壁出现一个相比对侧低600℃的局部低温区域,进一步阻碍流体在此区域内与侧壁的熔合,因此产生侧壁未熔合缺陷。辅助电场的加入改善流体在焊缝侧壁的流动性,抑制未熔合缺陷的产生;焊缝内流体温度更高;侧壁熔合线距焊缝中心距离增加0.09 mm。

TIG-MIG间接电弧焊工艺

经过对传统的TIG焊接系统进行改造,使电弧在钨极和焊丝之间产生并稳定燃烧,建立了TIG-MIG间接电弧焊系统.以30CrMnSi为母材,CuSi3为焊丝,进行了TIG-MIG间接电弧堆焊试验.通过改变焊接工艺参数,分析了焊接电流和送丝速度对焊接稳定性的影响,分析了钎剂、焊接电流、焊接速度、焊枪距工件表面高度对接头成形的影响.结果表明,TIG-MIG间接电弧焊工艺可以在明显提高焊丝熔覆率的同时降低工件的热输入,减小熔覆合金与工件的互溶,抑制有害的泛铁现象,拓展了电弧焊的应用.

间接电弧焊技术的热量传输机制及研究现状

传统电弧焊技术焊接效率的提升伴随着焊接热输入的增加,不利于焊接质量的提升。间接电弧焊技术通过母材不接电极,实现了焊接效率与热输入解耦的效果,具有降低母材热输入的同时提高焊接效率的独特优势。本文对间接电弧焊与传统电弧焊的热量传输机制差异进行分析,并综述了现阶段间接电弧焊技术的研究现状。藉此指出,未来主要研究朝以下三个方向发展:一是研究多热源复合工艺;二是结合有限元建模技术研究熔滴行为特性及熔池热-力机制,促进空间多位置焊接适用性;三是研究异种焊丝的共同熔敷机理。

异质双丝间接电弧增材制造Al-Mg-Cu合金组织与力学性能

提出了一种新型异质双丝间接电弧增材制造(TWIA-AM)方法,同步送进ER2319和ER5356两种焊丝,制备了Al-3.5Mg-1.7Cu合金试样,并对沉积的Al-3.5Mg-1.7Cu铝合金试样的组织和力学性能进行了研究.结果表明,Al-3.5Mg-1.7Cu合金试样第二相主要由Al,Mg和Cu元素组成,为α-Al相和S相(Al2CuMg),晶粒形态在层间区域呈现粗大的柱状晶,层中心区域为等轴晶和细小的胞状晶组成;试样平均硬度为73.7HV,存在周期性低硬度区.试样平行增材方向(BD方向)、垂直于增材方向的平均抗拉强度和断后伸长率分别为225,235 MPa和9.0%,13.0%,力学性能表现为各向异性,观察断口形貌呈现典型的韧性断裂特征.创新点:提出了一种新型的异质双丝间接电弧增材制造方法,实现了Al-Mg-Cu合金的增材制造原位合成.

双丝间接电弧焊的电弧形态

用高速摄像系统及示波器对双丝间接电弧气体保护焊的电弧形态进行了研究。结果表明,双丝间接电弧气体保护焊在两丝端部形成电弧,其电弧本质仍然是气体放电的一种表现形式。焊接电流、电弧电压及两焊丝交点与工件间距离对电弧形态产生较大的影响,随焊接电流的变化,电弧形态会发生不同程度的集中与分散的变化;电压越大电弧越明亮电弧的形体也越大;两丝交点与工件间距离越小,电弧越集中并且变得短而亮。燃烧过程中电弧电压随时间而周期性变化,相应的电弧形态也随着时间发生周期性变化,电弧电压与电弧形态间有很好的对应关系。

焊接电流对双丝间接电弧焊电弧特性的影响

主要研究了焊丝伸出长度对焊接电流、电弧电压以及焊接电流对双丝间接电弧气体保护焊电弧特性的影响。结果表明,随着焊丝伸出长度的增加,焊接电流减小;双丝间接电弧气体保护焊负极焊丝的熔化速度随着焊接电流的增加而明显增大,正极焊丝的熔化速度随焊接电流的增加而缓慢增大,两者均随着电弧电压的增加而减小;随着焊接电流的增大熔滴变细;双丝间接电弧气体保护焊有多种电弧形态。

磁场对双丝间接电弧形态的影响

对双丝间接电弧在自身磁场及外加磁场变化的情况下,电弧形态随磁感应强度值的变化规律进行了研究.自身磁场变化通过改变两焊丝夹角角度实现,外加磁场由励磁线圈产生,对间接电弧施加横向及纵向磁场,磁场强度利用特斯拉计测出,并借助高速摄像系统对磁场变化时的电弧形态进行拍摄.研究表明,通过改变两焊丝夹角及施加横向磁场的方式,可使两焊丝所夹区域内外磁场强度之差变大,使得电磁力的外扩作用增大,电弧变细长;施加纵向磁场时,电弧在与两焊丝垂直的平面内发生偏转,其偏转程度随纵向磁场强度增加而增加.

双丝间接电弧氩弧焊的熔滴过渡

采用氙灯背光高速摄像系统及示波器对双丝间接电弧氩气保护焊的熔滴过渡及其对应的电压、电流波形进行了研究。结果表明,双丝间接电弧氩弧焊焊接电流与电弧电压的不同匹配选择,熔滴具有短路过渡、大滴过渡、混合过渡、射滴过渡、射流过渡等不同过渡形式。随着焊接电流的增大熔滴尺寸减小,熔滴细化,随电弧电压的增大,熔滴尺寸减小。熔滴过渡形式与电压、电流的波形之间有很好的对应关系。

双钨极间接气体保护焊接电弧的数值模拟

间接电弧焊接是一种新型的焊接方法,具有高效、节能、焊接应力和变形小的优点。为了研究间接电弧的电弧参数的分布特点以及这种焊接方法热输入低的根本原因,利用有限元分析软件,建立双钨极间接电弧的三维有限元数学模型,计算得到双钨极间接电弧的温度、等离子体流速、电弧压力以及热流密度分布等特征参数;通过高速摄像拍摄到的电弧形态照片与计算得到的温度云图对比验证模拟结果的可信性。结果表明双钨极间接电弧面对称且向阳极方向偏转,呈上宽下窄的倒钟罩形态,阳极一侧的各项特征参数大于阴极一侧;与惰性气体钨极保护(Tungsten inert gas arc,TIG)焊接和等离子弧焊接相比,双钨极间接电弧被焊接工件不接电极,主要靠热流密度、等离子体流速、电弧压力等参数都比较低的弧柱区端部加热,造成工件焊接热输入低、熔深浅。

熔滴主动靶向的激光间接电弧复合增材制造技术初探

对制造精度和效率相矛盾的原因进行了分析,为解决此矛盾,提出了一种新型的熔滴主动靶向的激光间接电弧复合增材制造技术.该技术利用交流双丝间接电弧能量熔化金属丝材实现高熔敷率,利用熔滴主动靶向激光,脉冲激光辅助定量的熔滴定点过渡到熔池保证成形精度.文中对固定质量的熔滴交替形成在固定位置进行了建模分析和初步试验研究,结果表明,通过控制送丝速度和电流频率,可实现双丝交替定点定量熔化,为熔滴主动靶向激光提供了先决条件.

磁场对双丝间接电弧焊熔滴过渡的影响

对磁场作用下的双丝间接电弧气体保护焊熔滴过渡变化规律进行了研究,通过励磁线圈对间接电弧施加外部横向及纵向磁场,磁感应强度值由特斯拉计侧出,熔滴过渡过程借助于高速摄像系统拍摄,并由示波器同步记录下电流和电压值的变化.研究表明,随正向横向磁场强度增加,熔滴颗粒变细,过渡频率增加,随负向横向磁场强度增加,熔滴颗粒变大,过渡频率减小;在纵向磁场作用下,熔滴脱离焊丝后发生偏转,且偏转程度随磁场强度增加而增大,在正向纵向磁场作用下,熔滴向阴极焊丝一侧偏转,在负向纵向磁场作用下,熔滴向阳极一侧焊丝偏转.

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.

窄间隙气体保护三丝间接电弧焊缝成形特征

首次提出了窄间隙气体保护三丝间接电弧焊新方法,并阐述了其原理,研究与分析了参数对焊缝成形的影响.针对焊缝表面成形凸起的成形缺陷,提出了在三丝间接电弧后,放置钨极电弧的方法.结果表明,窄间隙三丝间接电弧实现了良好的侧壁熔合,并且随着焊接电流增大、焊接速度降低、母材对接间隙减小,侧壁熔深增加.在没有后置钨极电弧的情况下,焊缝表面成形呈凸起状,后置钨极之后表面成形改善为凹状.在窄间隙焊接中,凹状的焊缝成形有利于下一道焊接时,焊根部母材熔合和焊道层间熔合.

基于ANSYS的双丝间接电弧的数值模拟

双丝间接电弧焊(TWIAW)是一种新研发的具有理论研究价值和应用前景的焊接工艺。本文根据磁流体动力学理论,建立了双丝间接电弧的数学模型,运用ANSYS软件,对双丝间接电弧等离子体温度场、电流密度和等离子体流速分布等参数进行了数值模拟,数值模拟结果与焊接实际情况比较符合,为双丝间接电弧的进一步研究及该焊接工艺的推广应用提供了重要数据。

双丝间接电弧气体保护焊工艺研究

双丝间接电弧气体保护焊是一种新的焊接工艺。介绍了使间接电弧双丝焊送丝速度与其熔化速度相等的送丝机构,主要研究了焊丝伸出长度、两焊丝交点与工件间的距离以及焊接速度等对焊缝成形及其焊接电流、电弧电压的影响。结果表明,随着焊丝伸出长度的增加,焊接电流减小;随两焊丝交点与工件间距离的增加,焊接电流增大,焊缝宽度减小,熔合比降低;随焊速的增加,焊缝宽度减小,熔深减小,熔合比降低。

TIG-MIG复合焊电弧分析及计算模拟

采用高速摄像系统对TIG-MIG复合焊系统的起弧和稳弧过程进行观察。用帕邢定律分析在有MIG焊电弧提供的导电通道情况下TIG焊电弧击穿的路径,确定了双电弧复合焊时的起弧过程,并用Fluent软件对双电弧系统不同起弧路径下的工件温度场进行模拟。研究发现,当电极间距小于8.5 mm时,TIG焊在MIG焊引弧后,2个熔池可形成一共同熔池;而间距为10 mm时引弧后2个熔池形成"8"字形;间距为12 mm时,2个电弧中间有一低温区,呈分离态。根据模拟结果制备的焊接接头最大抗拉强度为518 MPa。

双丝间接电弧氩弧焊的熔滴过渡形式

采用氙灯背光高速摄像系统及示波器对双丝间接电弧氩气保护焊的熔滴过渡进行了研究。结果表明:双丝间接电弧氩弧焊正、负极的熔滴过渡形式并不完全相同,根据正、负极熔滴过渡形式的不同组合将熔滴过渡分为大滴—大滴过渡,射滴—大滴过渡,短路过渡,射滴—射滴过渡,射流—大滴过渡,射流—射滴过渡及射流过渡7种类型。在焊接过程中以射流过渡及射流—射滴过渡为主。双丝间接电弧氩弧焊主要靠电弧热量及熔滴携带热量熔化母材,熔滴过渡方向与电流流动方向不同,正、负两极熔滴同时过渡,两极的过渡频率、尺寸有所不同。

三丝间接电弧焊电弧形态及焊缝成形分析

气体保护三丝间接电弧焊是一种新型的焊接方法,电弧建立在主丝与边丝之间,工件不连接电源.文中建立了稳定的三丝间接电弧,针对焊缝侧壁熔合问题,分析了不同焊丝分布方式产生的电弧形态对侧壁熔合的影响;针对焊缝层间熔合问题,采用后置钨极的方法实现了焊缝层间熔合.结果表明,主丝与边丝送丝速度与熔化速度相匹配,可建立稳定的三丝间接电弧;焊丝分布Ⅳ沿焊接方向的电弧偏向两侧壁,垂直于焊接方向的电弧形态集中,电弧稳定性好,可实现焊缝侧壁均匀熔合,熔合深度为1~1.2mm;施加后置钨极,可实现焊缝层间熔合,焊缝抗拉强度为420MPa,断裂位置发生在母材.

工艺参数对交流双丝间接电弧弧长和熔滴尺寸的影响

分析了交流双丝间接电弧的技术原理,利用高速摄像拍摄了不同电流、方波频率和双丝夹角时的电弧形态和熔滴过渡,测试了不同工艺条件下的电弧弧长和熔滴直径,分析了不同参数对弧长和熔滴直径的影响规律。结果表明,交流双丝间接电弧形态呈"V"形,随着电流的增加,电弧斑点尺寸变大,亮度变大;交流双丝间接电弧的弧长随电流频率、双丝夹角的减小而增加,随电流的增加而增加;交流双丝间接电弧的熔滴过渡形式属于排斥滴状过渡,熔滴过渡尺寸随电流、方波频率的增加而减小。

基于计算机仿真的双钨极间接气体保护焊接电弧参数分布

采用计算机仿真方法、针对间接电弧的参数分布特点对双钨极间接气体保护焊进行了数值模拟研究。该焊接方法节能、高效且焊接工件的变形小,但热输入却很低。为了分析其热输入较低的原因,首先利用有限元软件建立了间接电弧的有限元模型,并计算电弧的一系列特征参数,并与实测结果进行对比。结果表明:双钨极间接电弧具有面对称特征,且电弧偏向阳极方向,呈倒钟罩形态。阴极区电弧参数均小于阳极区。与等离子弧焊和钨极惰性气体保护焊(TIG)相比,在该焊接方法中被焊工件并不与电极相连,主要靠弧柱区端部加热,该区域较低的电弧压力、热流密度和等离子体流速使得工件的热输入低,且熔深浅。