隨著制造業(yè)的迅猛發(fā)展,對(duì)焊接技術(shù)的效率、質(zhì)量和控制的要求越來(lái)越高。氣體保護(hù)電弧焊由于適應(yīng)性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單方便、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)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(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)射流過(guò)渡,焊接飛濺大、成形差,焊縫組織粗大等問(wèn)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(guò)外加磁場(chǎng)影響電弧與熔池行為,實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)控制焊接過(guò)程。因此,磁控電弧行為及其焊接過(guò)程研究成為近年來(lái)熱點(diǎn)課題之一。本文使用鎢極產(chǎn)生電弧,并通過(guò)自主研發(fā)的磁場(chǎng)發(fā)生裝置在電弧區(qū)域施加縱向磁場(chǎng),研究了磁場(chǎng)對(duì)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(chǎng)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(chǎng)作用下的電弧形態(tài),發(fā)現(xiàn)電弧在直流磁場(chǎng)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(qiáng)度增加而增加,電弧頂部收縮,底部擴(kuò)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(qiáng)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(chǎng)中有無(wú)金屬蒸氣的電弧均跟隨磁場(chǎng)頻率... 

【文章來(lái)源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：68 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)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(chǎng)形式自從Brown發(fā)現(xiàn)電磁攪拌可細(xì)化晶粒的現(xiàn)象以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者便開(kāi)始針對(duì)磁場(chǎng)作用下的焊接過(guò)程進(jìn)行研究，并且相繼提出了不同的磁場(chǎng)形式，如縱向磁嘗尖角磁嘗橫向磁場(chǎng)以及旋轉(zhuǎn)磁常縱向磁場(chǎng)是通過(guò)與安裝在焊槍上的同軸通電線圈產(chǎn)生的，磁場(chǎng)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(chǎng)和交變磁場(chǎng)，根據(jù)交流電頻率還可分為低頻磁場(chǎng)和高頻磁常縱向磁場(chǎng)作用下的帶電粒子受力運(yùn)動(dòng)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(duì)穩(wěn)定的在陰極和陽(yáng)極之間運(yùn)動(dòng)的，運(yùn)動(dòng)速度存在徑向和軸向兩個(gè)分量，由于徑向分量與外加磁場(chǎng)的磁感線方向不平行，帶電粒子便會(huì)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(yùn)動(dòng)，加之粒子本身存在軸向運(yùn)動(dòng)分量，所以縱向磁場(chǎng)作用下的粒子實(shí)際在兩極之間做螺旋運(yùn)動(dòng)，在宏觀上則表現(xiàn)為電弧的旋轉(zhuǎn)�？v向磁場(chǎng)控制電弧的優(yōu)點(diǎn)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(guò)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)改變電弧作用形式和作用面積。圖1.2縱向磁場(chǎng)中帶電粒子受力運(yùn)動(dòng)[27]尖角磁場(chǎng)是1971年Arata和Maruo[28]在IIW（InternationalInstituteofWelding）年會(huì)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(chǎng)作用下的焊接電弧如圖1.3所示，當(dāng)焊接電流方向?yàn)榇怪庇谥泵嫦蛏蠒r(shí)，根據(jù)安培定律，電弧自身產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向?yàn)槟鏁r(shí)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(gè)磁極按圖中的相對(duì)位置擺放，產(chǎn)生的外加磁場(chǎng)方向則是N-S-N-S。這樣電弧自身磁場(chǎng)和外加磁場(chǎng)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(chǎng)增強(qiáng)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(chǎng)及金屬蒸氣對(duì)電弧特性的影響6圖1.3尖角磁場(chǎng)作用下的焊接電弧[29]橫向磁場(chǎng)是指磁場(chǎng)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(chǎng)和交變橫向磁常橫向磁場(chǎng)作用于電弧的機(jī)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(chǎng)時(shí)電弧受力偏向一側(cè)，施加交變磁場(chǎng)時(shí)電弧隨著交變頻率左右擺動(dòng)。橫向磁場(chǎng)控制電弧的優(yōu)點(diǎn)在于可以增加電弧挺度，抑制電弧磁偏吹和高速焊接過(guò)程中的電弧拖尾現(xiàn)象。圖1.4橫向磁場(chǎng)作用下的焊接電弧[30]旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是由相差一定角度放置的幾對(duì)繞組線圈磁極產(chǎn)生的，給每對(duì)線圈提供一定相位差的勵(lì)磁電流，使之交替產(chǎn)生磁場(chǎng)，如圖1.5所示。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的發(fā)生裝置一般安裝在焊槍上，每對(duì)線圈工作時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)電弧的作用與橫向磁場(chǎng)類似。電弧會(huì)跟隨磁場(chǎng)變化頻率和方向繞軸線進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制電弧的優(yōu)點(diǎn)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(chǎng)發(fā)生裝置示意圖[31]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于光譜診斷的多絲熔化極氣體保護(hù)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(duì)比研究[J]. 趙紅星,王國(guó)慶,宋建嶺,劉憲力,周政,楊春利.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2018(08)
[3]厚板窄間隙磁控電弧TIG焊接自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 賈傳寶,杜永鵬,武傳松,袁新.  華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(09)
[4]外加磁場(chǎng)對(duì)高速GMAW電弧和熔池行為的主動(dòng)調(diào)控效應(yīng)[J]. 王林,武傳松,楊豐兆,高進(jìn)強(qiáng).  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2016(02)
[5]活性MAG焊電弧特征及熔池流動(dòng)分析[J]. 路浩,邢敬偉,邢立偉,梁志敏.  焊接學(xué)報(bào). 2014(10)
[6]傅里葉變換法計(jì)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(chǎng)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(bào). 2011(11)
[8]縱向磁場(chǎng)控制高效MAG焊接工藝的試驗(yàn)研究[J]. 王軍,王會(huì)霞,梁志敏,胡云巖.  河北科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2010(03)
[9]旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下的MAG焊電弧運(yùn)動(dòng)特征[J]. 陳樹(shù)君,張曉亮,華愛(ài)兵,湯金蕾,白紹軍.  電焊機(jī). 2009(06)
[10]外加縱向磁場(chǎng)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(jī)理研究[D]. 楊旭.沈陽(yáng)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(chǎng)控制高效MAG焊接旋轉(zhuǎn)射流過(guò)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(chǎng)發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)[D]. 王學(xué)震.北京工業(yè)大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3541974