隨著制造業(yè)的迅猛發(fā)展,對焊接技術(shù)的效率、質(zhì)量和控制的要求越來越高。氣體保護電弧焊由于適應(yīng)性強、操作簡單方便、易于實現(xiàn)機械化和自動化等優(yōu)點在生產(chǎn)中被廣泛使用。但不論是GTAW還是GMAW在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中都存在一定的局限性,如GTAW電弧能量不集中,易發(fā)生磁偏吹,焊接效率低;GMAW增大焊接電流后會產(chǎn)生不穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)射流過渡,焊接飛濺大、成形差,焊縫組織粗大等問題。由于焊接電弧是滿足電磁規(guī)律的導(dǎo)電流體,可以通過外加磁場影響電弧與熔池行為,實現(xiàn)磁場控制焊接過程。因此,磁控電弧行為及其焊接過程研究成為近年來熱點課題之一。本文使用鎢極產(chǎn)生電弧,并通過自主研發(fā)的磁場發(fā)生裝置在電弧區(qū)域施加縱向磁場,研究了磁場對電弧特性的影響規(guī)律。使用含鐵鎳元素的特殊鎢極產(chǎn)生電弧,引入金屬蒸氣,研究了磁場和金屬蒸氣共同作用下的電弧特性變化規(guī)律。使用高速攝像拍攝磁場作用下的電弧形態(tài),發(fā)現(xiàn)電弧在直流磁場中繞軸線做定向旋轉(zhuǎn),電弧旋轉(zhuǎn)半徑和旋轉(zhuǎn)速度隨磁感應(yīng)強度增加而增加,電弧頂部收縮,底部擴張,電弧的剛度和穩(wěn)定性提高。引入金屬蒸氣后,隨磁感應(yīng)強度增加,旋轉(zhuǎn)的電弧變得發(fā)散,穩(wěn)定性降低。在交變磁場中有無金屬蒸氣的電弧均跟隨磁場頻率... 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

不同電流下He弧和Ar弧電弧壓力[17]

碩士學(xué)位論文51.3磁控焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀1.3.1磁場形式自從Brown發(fā)現(xiàn)電磁攪拌可細化晶粒的現(xiàn)象以來，國內(nèi)外學(xué)者便開始針對磁場作用下的焊接過程進行研究，并且相繼提出了不同的磁場形式，如縱向磁嘗尖角磁嘗橫向磁場以及旋轉(zhuǎn)磁�？v向磁場是通過與安裝在焊槍上的同軸通電線圈產(chǎn)生的，磁場方向與電弧軸線平行。根據(jù)通電形式的不同一般可分為直流磁場和交變磁場，根據(jù)交流電頻率還可分為低頻磁場和高頻磁�？v向磁場作用下的帶電粒子受力運動如圖1.2所示，自由放電狀態(tài)下的電弧中帶電粒子是相對穩(wěn)定的在陰極和陽極之間運動的，運動速度存在徑向和軸向兩個分量，由于徑向分量與外加磁場的磁感線方向不平行，帶電粒子便會受到洛倫茲力，洛倫茲力與電磁力、粘滯力等力形成合力使帶電粒子做類圓周運動，加之粒子本身存在軸向運動分量，所以縱向磁場作用下的粒子實際在兩極之間做螺旋運動，在宏觀上則表現(xiàn)為電弧的旋轉(zhuǎn)。縱向磁場控制電弧的優(yōu)點在于使電弧形態(tài)變?yōu)樾D(zhuǎn)電弧在一定程度上提高了電弧的剛度和穩(wěn)定性，并且可以通過調(diào)節(jié)磁場改變電弧作用形式和作用面積。圖1.2縱向磁場中帶電粒子受力運動[27]尖角磁場是1971年Arata和Maruo[28]在IIW（InternationalInstituteofWelding）年會上提出的，由于其橢圓形的特殊電弧形態(tài)，受到部分學(xué)者關(guān)注。尖角磁場作用下的焊接電弧如圖1.3所示，當(dāng)焊接電流方向為垂直于直面向上時，根據(jù)安培定律，電弧自身產(chǎn)生的磁場方向為逆時針，根據(jù)弗萊明左手定則，電磁力方向朝向弧柱中心。而四個磁極按圖中的相對位置擺放，產(chǎn)生的外加磁場方向則是N-S-N-S。這樣電弧自身磁場和外加磁場的方向在不同位置存在同向或反向，疊加后就交替產(chǎn)生了高磁區(qū)和低磁區(qū)。磁場增強的區(qū)域電弧所受電磁力增加，使電弧受到壓縮，反之?dāng)U張。因

磁場及金屬蒸氣對電弧特性的影響6圖1.3尖角磁場作用下的焊接電弧[29]橫向磁場是指磁場方向垂直于電弧軸線方向的磁常也可根據(jù)通電形式的不同分為直流橫向磁場和交變橫向磁常橫向磁場作用于電弧的機理如圖1.4所示。電弧中電流方向自下而上，根據(jù)左手定則，施加直流磁場時電弧受力偏向一側(cè)，施加交變磁場時電弧隨著交變頻率左右擺動。橫向磁場控制電弧的優(yōu)點在于可以增加電弧挺度，抑制電弧磁偏吹和高速焊接過程中的電弧拖尾現(xiàn)象。圖1.4橫向磁場作用下的焊接電弧[30]旋轉(zhuǎn)磁場是由相差一定角度放置的幾對繞組線圈磁極產(chǎn)生的，給每對線圈提供一定相位差的勵磁電流，使之交替產(chǎn)生磁場，如圖1.5所示。旋轉(zhuǎn)磁場的發(fā)生裝置一般安裝在焊槍上，每對線圈工作時產(chǎn)生的磁場對電弧的作用與橫向磁場類似。電弧會跟隨磁場變化頻率和方向繞軸線進行圓周運動。旋轉(zhuǎn)磁場控制電弧的優(yōu)點在于可以增加電弧的作用面積，改變電弧壓力、電流密度和電弧溫度的分布。圖1.5旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置示意圖[31]

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于光譜診斷的多絲熔化極氣體保護焊電弧干擾分析[J]. 徐琛,華學(xué)明,葉定劍,馬曉麗,李芳,黃曄.  光譜學(xué)與光譜分析. 2018(07)
[2]氦弧與氬弧電弧特性對比研究[J]. 趙紅星,王國慶,宋建嶺,劉憲力,周政,楊春利.  機械工程學(xué)報. 2018(08)
[3]厚板窄間隙磁控電弧TIG焊接自動控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 賈傳寶,杜永鵬,武傳松,袁新.  華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(09)
[4]外加磁場對高速GMAW電弧和熔池行為的主動調(diào)控效應(yīng)[J]. 王林,武傳松,楊豐兆,高進強.  機械工程學(xué)報. 2016(02)
[5]活性MAG焊電弧特征及熔池流動分析[J]. 路浩,邢敬偉,邢立偉,梁志敏.  焊接學(xué)報. 2014(10)
[6]傅里葉變換法計算焊接電弧光譜Stark展寬研究[J]. 潘成剛,華學(xué)明,張旺,李芳,肖笑.  光譜學(xué)與光譜分析. 2012(07)
[7]交變縱向磁場作用下MIG焊電弧行為研究[J]. 朱勝,王啟偉,殷鳳良,梁媛媛,王曉明,李顯鵬.  材料熱處理學(xué)報. 2011(11)
[8]縱向磁場控制高效MAG焊接工藝的試驗研究[J]. 王軍,王會霞,梁志敏,胡云巖.  河北科技大學(xué)學(xué)報. 2010(03)
[9]旋轉(zhuǎn)磁場作用下的MAG焊電弧運動特征[J]. 陳樹君,張曉亮,華愛兵,湯金蕾,白紹軍.  電焊機. 2009(06)
[10]外加縱向磁場作用下的MIG焊電弧形態(tài)[J]. 常云龍,邵禮光,李多,李大用.  焊接技術(shù). 2009(05)

博士論文
[1]電磁控制TIG焊電弧特性及焊縫成形機理研究[D]. 楊旭.沈陽工業(yè)大學(xué) 2012
[2]直流電弧等離子體炬的數(shù)值模擬[D]. 周前紅.復(fù)旦大學(xué) 2009
[3]磁場控制高效MAG焊接旋轉(zhuǎn)射流過渡穩(wěn)定性的研究[D]. 王軍.北京工業(yè)大學(xué) 2003

碩士論文
[1]磁控焊接電弧旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置的設(shè)計[D]. 王學(xué)震.北京工業(yè)大學(xué) 2006



本文編號：3541974