钛管高速双枪TIG焊电弧和熔池动态行为的数值模拟

采用高速双枪TIG焊制造钛焊管。建立双钨极、双电弧和熔池耦合数学模型,研究温度场分布、电弧等离子体和熔池液态金属流动以及双枪TIG焊系统能量传输行为。电弧极性相同,在电磁力作用下,前后电极下方的电弧等离子体相向流动。熔池Marangoni力远高于电弧剪切力,是熔池上表面液态金属后向流动的主要驱动力。计算的双钨极电弧热效率为79.8%。高速双枪TIG焊可以提高钛焊管的制造效率和质量。

镍管纵缝等离子＋TIG焊接接头组织性能研究

针对纯镍焊接时易出现裂纹、气孔、熔合不良等缺陷,采用等离子+TIG双枪焊接方法,进行5 mm厚N6纯镍管纵缝平板模拟试焊,通过正交试验优化焊接工艺参数,并对接头的组织和性能进行了研究。试验结果表明,最优焊接工艺参数下,接头抗拉强度为328 MPa,达到母材的90%;焊接接头中等离子焊接区(焊缝中下层)范围大,焊接接头的断裂属于以韧性断裂为主的混合断裂;分析接头的显微组织可知:N6母材为单相奥氏体组织,焊缝的TIG焊接区(焊缝中上层),由于两次受热,主要由粗大的奥氏体柱状晶组成,焊缝的等离子焊接区是粗大的奥氏体胞状晶。

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.

低碳钢等离子-TIG耦合电弧高效复合焊接工艺性能分析

针对低碳钢材料焊接效率低的问题,提出了等离子-TIG耦合电弧焊接方法,通过设计集约化枪体结构促使等离子和TIG电弧在电磁力作用下实现稳定耦合,优化复合焊接热源特征,并研究了电弧形态、焊缝成形和力学性能.结果表明,等离子-TIG耦合电弧具有优异的深熔焊接特性,相对于等离子和TIG焊接方法具有更加合理的深宽比,且对熔滴、熔池有震荡搅拌效果,促使晶粒细化,并降低熔合区联生结晶倾向.使用5mm厚Q235B钢板进行对接试验,实现了稳定的单面焊接双面成形,焊缝美观无缺陷且抗拉强度优于母材.

活性化TIG焊熔深增加机理的研究

以不锈钢0Cr18Ni9为实验对象,涂敷含有Bi的SiO_2和TiO_2活性剂,通过1mm厚高熔点薄钨板挡住熔池流动的方法进行焊接实验,对钨板两侧Bi颗粒的分布进行了测试,分析涂敷SiO_2和TiO_2后熔池流动方向的变化,同时采集了电弧电压,结果表明:活性剂SiO_2和TiO_2改变了熔池的流动方向;SiO_2使电压提高约4.2 V,而TiO_2对电弧电压没有影响;活性剂并未使电弧整体发生收缩,而使电弧整体发生了膨胀;SiO_2使等离子体发生了收缩;电弧等离子体收缩和电弧导电通道变长是SiO_2活性剂提高电弧电压的主要原因,分析认为,SiO_2增加熔深是等离子体收缩、阳极斑点收缩和表面张力温度梯度由负变正共同作用的结果;TiO_2增加熔深只是表面张力温度梯度由负变正的作用。

Incoloy825合金TIG和PAW焊接接头耐晶间腐蚀性能的对比

采用ASTM A262-E标准方法对Incoloy825合金钨极氩弧焊(TIG)接头和等离子弧焊(PAW)接头进行晶间腐蚀试验,通过腐蚀速率、背弯曲性能以及腐蚀形貌对两种焊接接头的耐晶间腐蚀性能进行了对比。结果表明:PAW焊接接头的平均腐蚀速率为0.156 6g·m-2·h-1,TIG焊接接头的为0.229 3g·m-2·h-1;两种焊接接头经过背弯曲后,拉伸面上均未发现裂纹;TIG焊接接头紧邻熔合线的热影响区中晶粒较粗大,晶界上有细小的碳化物析出;PAW焊接接头紧邻熔合线附近区域的热影响区中晶粒长大不明显;PAW焊接接头的晶粒尺寸比TIG接头的粗大。

激光维持燃烧波对激光-TIG复合热源的影响

激光诱发的等离子体可分为金属蒸汽等离子体和保护气体等离子体 .激光 -TIG复合焊接过程降低了气体电离条件 ,促进了激光维持燃烧波 (LSC)的形成 .通过CCD监测激光 -TIG复合热源焊接过程 ,深入研究了LSC波的形成机理及对激光

双钨极TIG电弧压强分布及其与等离子体喷射的关系

建立一个三维的统一的双钨极TIG焊模型,利用磁流体动力学理论对双钨极、电弧、阳极三个区域进行统一求解,获到双钨极电弧的压强分布,探究等离子体喷射与对电弧压强的关系。研究发现,双钨极TIG在钨极下方、阳极上方以及两束等离子体流交汇处存在较大的电弧压强,这些高压区的形成与等离子体喷射存在因果关系。计算发现,双钨极TIG焊在阳极表面上的最大压强远小于单钨极TIG焊的,这为双钨极TIG焊的应用提供了一些理论基础。

TIG焊和PAW焊中活性剂对焊缝熔深的影响

针对常规TIG焊生产效率低、熔深小等问题 ,研究了TIG焊和PAW焊中应用活性剂对焊缝熔深的影响。结果表明 ,应用活性剂后 ,在同样的参数下 ,同传统TIG相比 ,活性剂能够大幅度提高不锈钢、铝合金和钛合金的焊缝熔深。对于PAW焊 ,熔深也有增加 ,但是增加的幅度不如TIG效果明显 ,但对焊缝成形有很好的改善。同时 ,活性剂对铝合金焊接背面能够起到保护作用。对于钛合金 ,活性剂除了增加焊缝的熔深外 。

TIG电弧等离子体双温度数值模拟

基于连续性方程、动量守恒方程、电子能量守恒方程、重粒子能量守恒方程及麦克斯韦方程组,建立了TIG电弧等离子体二维轴对称双温度数学模型.等离子体的热力学性质及输运系数均为电子温度(Te)、重粒子温度(Th)的函数,采用FLUENT软件进行求解得到了TIG电弧等离子体的电子温度场、重粒子温度场、压力场、流场和电势场等,重点比较了等离子体电子温度和重粒子温度的分布规律.结果表明,TIG电弧的外形为典型的钟罩形,在电弧中心重粒子温度与电子温度几乎处处相等,而在电弧边缘及阳极表面两者差异较大,存在很明显的非平衡现象.

316L不锈钢PAW-TIG复合焊接的研究

采用等离子弧焊PAW和氩弧焊TIG组合的焊接方法,在6 mm厚的316L不锈钢板上进行焊接对接试验,研究在最佳工艺参数下焊接接头的表面成型、显微组织及力学性能。结果表明:采用PAW+TIG组合焊接工艺,在不开坡口的情况下,6 mm不锈钢一次焊透,实现了单面焊双面成型;焊缝表面成型美观、热影响区窄小;焊缝组织主要由奥氏体和少量铁素体组成,其截面呈"漏斗"形;焊缝内部纯净,无缺陷,经100%RT无损检测合格。焊接接头的力学性能良好,工艺性能优良。

双TIG焊接电弧数值分析

针对双TIG电弧建立了包括钨极的双TIG焊接电弧数学模型。通过数值求解,得到了不同电流分配条件下双TIG焊接电弧的温度场、流场和电磁场等重要结果,并对等离子流剪切力和电弧压力进行分析。研究表明,在总电流不变的情况下,当钨极分配电流相同时,电弧温度场、流场和电弧压力等呈对称分布;当钨极分配电流不同时,电弧高温区域更靠近大电流钨极,但电弧整体上向小电流钨极一侧偏移。电流分配相同时,母材表面的电弧压力和等离子流拉力与相同条件下的单TIG电弧相比均显著下降,而钨极分配电流不同时,电弧压力和等离子流拉力峰值偏向于小电流钨极一侧。模拟结果与已有的研究结果吻合良好。

绝缘片约束TIG电弧载流区的静电探针分析

为了认识绝缘片约束TIG电弧载流区形态及电流密度的变化,采用一种低扰动静电探针,在电弧轴向不同高度截面内测定悬浮探针电位及饱和离子电流,并对不同约束程度下电位电流波形进行对比分析.结果表明,绝缘片高于弧根时,电弧不会受到绝缘片的固壁约束作用;在绝缘片的约束作用下,载流区电位梯度增大,并在绝缘片约束方向上发生收缩;载流区电流密度和温度随绝缘片约束程度增加而增大,且在靠近电弧截面中心的区域内,电弧能量更加集中.

TIG焊接参数对全息干涉条纹的影响

采用全息干涉方法研究了不同TIG焊接参数对全息干涉条纹的影响规律,确定了全息干涉在TIG电弧分析中可用的焊接参数范围,同时,采用极差分析定量讨论了各焊接参数对全息干涉条纹的影响程度.结果表明,在焊接电流不大于100 A,焊接弧长在4~14 mm范围内,保护气流量不大于6 L/min时,能够获得清晰的全息干涉条纹;随着焊接电流的增大,全息干板上形成的干涉条纹变粗;随着电弧长度逐渐增大,电弧条纹的密集程度逐渐减小.极差分析可知焊接电流(R1)、焊接弧长(R2)和保护气体流量(R3)对全息干涉条纹钨极尖端附近的干涉条纹数量(N1)、近工件部分中心圆环横向直径(d1)与径向直径(d2)的影响程度顺序分别为R2>R1>R3,R2>R3>R1和R2>R1>R3.

厚壁焊接钛管的等离子填丝+脉冲TIG双枪焊接工艺研究

钛及钛合金厚壁焊管是海水淡化和海洋工程等行业的主要部件。采用前置直流等离子填丝+后置脉冲TIG电弧的双枪焊法,无耦合的等离子焊+TIG焊形式利用等离子弧焊与TIG焊的优点实现了大口径壁厚4 mm的TA1焊接钛管的优质、稳定焊接。结果表明,随着等离子气体流量的增加,直流等离子填丝焊的熔深增加,厚壁钛管全熔透;后置TIG电弧对已形成焊缝进行重熔,TIG焊脉冲频率的增加可以降低焊缝晶粒尺寸,提高接头性能,并对前置等离子填丝焊过程出现的咬边等缺陷具有较好的修复作用。本方法不但扩大了焊缝成形的工艺窗口,而且焊接过程稳定,接头抗拉强度达到354 MPa,经实际生产验证,实现了厚壁焊接钛管的低成本优质焊接生产。

工艺参数对4003铁素体不锈钢等离子+TIG复合焊焊缝晶粒尺寸及力学性能的影响

通过金相分析、室温拉伸以及维氏硬度测试等对4003铁素体不锈钢的等离子+TIG复合焊焊缝晶粒尺寸及力学性能等进行了研究。试验结果表明:4003铁素体不锈钢的等离子+TIG复合焊接能够得到成形良好的焊缝。热输入在1.12~1.26 kJ/mm时,热输入越低焊缝晶粒尺寸越小,最小的平均晶粒尺寸为28.7μm。等离子气流量为4.0 L/min时可以获得相对细小的晶粒。适当加快焊缝焊后冷却速度也能够起到细化晶粒尺寸的作用。不同的工艺参数下焊接接头拉伸试样均断裂在母材处,表明等离子+TIG复合焊能得到较高性能的焊缝。焊接接头焊缝区的硬度最高,热影响区次之,母材最低。

电场提高激光-TIG复合焊熔深的机制

通过对比电场对单激光和单TIG焊接电弧在镁合金板材上堆焊熔深的影响,分析了外加电场对激光-TIG复合焊熔深的影响机制.同时通过研究在不同激光功率、不同TIG电流强度下电场的作用效果,对该机制进行了验证.结果表明,外加电场对激光-TIG复合焊熔深的作用是通过对激光小孔内等离子中带电粒子运动的控制来实现的.外加电场使小孔内电子向小孔底部运动时,可以增加焊接熔深;激光功率越大,外加电场增加熔深效果越明显;增大TIG焊接电流,削弱外加电场对熔深的增加作用.

电弧电场强度对激光等离子体引燃TIG电弧性能的影响

以峰值时间为10 ms的CO2脉冲激光进行TIG电弧的引弧试验,并采用高速摄像观察了激光等离子体引燃TIG电弧过程中的等离子体形态.结果表明,成功引燃TIG电弧的必要条件之一是必须使激光等离子体在电场作用下向阴极(钨极)方向偏移,致使激光等离子体与阴极接触产生热电子发射和场致发射并形成自持放电.在此基础上,为了探索激光等离子体引燃TIG电弧过程中电弧电场强度的影响,通过改变TIG电弧钨极形状、高度、激光与钨极相对位置等物理试验的方法,进一步分析了不同电场强度对CO2激光等离子体引燃TIG电弧引弧特性的影响规律.

薄TA2板的等离子＋TIG焊接工艺方法研究

本文主要通过对等离子＋TIG焊接机的焊接特点介绍，对TA2薄板（3-10mm）采用本焊接方法，进行工艺摸索，稳定工艺。对不同厚度TA2拼接试板进行焊缝的力学性能检测和金相组织观察及焊缝的化学成分分析，从而找出最佳焊接工艺参数。

CuInSe2 Films Prepared by a Plasma-Assisted Selenization Process in Different Working Pressures

The effects of working pressure on the composition, structure and surface morphology properties of CuInSe2 （CIS） films selenized with a plasma-assisted selenization process is investigated. Higher selenium content, better crystalline quality and much more regular surface particles compared to the others are found in the CIS film with 40 Pa working pressure. A Cu（In,Ga）Se2 device fabricated with the optimized plasma-assisted selenization process is demonstrated to be better than our previous result. After discussion, the reason for these phenomena is attributed to the compromise of electron temperature and plasma density.