針對(duì)焊接生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的GMAW（Gas Metal Arc Welding）方法,增大焊接電流能夠大幅提高其焊接效率,但是不穩(wěn)定的熔滴旋轉(zhuǎn)射流過渡阻礙了大電流GMAW在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。為了改善大電流GMAW熔滴過渡行為,采用外加交變軸向磁場(chǎng)的方式引入外加電磁力,使其作用在焊接電弧和液流束上,提高電弧挺度并控制液流束旋轉(zhuǎn)偏角,從而達(dá)到控制焊接飛濺和改善焊縫成形的目的。由于適用于GMAW的試驗(yàn)檢測(cè)手段非常有限,直接測(cè)量熔滴和電弧中的電流密度、電磁力等關(guān)鍵參數(shù)非常困難,而這些參數(shù)對(duì)于研究大電流GMAW熔滴旋轉(zhuǎn)射流過渡機(jī)理以及電弧-熔滴耦合行為至關(guān)重要。本課題將基于磁流體動(dòng)力學(xué)的數(shù)值模擬方法與高速攝像試驗(yàn)手段相結(jié)合,對(duì)復(fù)雜的焊接物理過程進(jìn)行適當(dāng)簡化,求解質(zhì)量、動(dòng)量、能量、金屬蒸氣組分輸運(yùn)方程,獲得包括焊絲、熔滴和電弧在內(nèi)的整個(gè)計(jì)算域中的溫度場(chǎng)、流場(chǎng)、電場(chǎng)、壓力場(chǎng)等結(jié)果,并在此基礎(chǔ)上考慮外加磁場(chǎng),研究了外加不同頻率軸向磁場(chǎng)對(duì)大電流GMAW電弧和熔滴過渡行為的影響,為磁控高效GMAW工藝開發(fā)與應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。對(duì)傳統(tǒng)GMAW焊機(jī)進(jìn)行改造,改造后的送絲速度可達(dá)50m/min,達(dá)到常規(guī)送絲速度的2... 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：160 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

T.I.M.E.焊工藝焊接過程高速攝像結(jié)果[16]

博士學(xué)位論文3生產(chǎn)中的應(yīng)用非常受限。圖1.1T.I.M.E.焊工藝焊接過程高速攝像結(jié)果[16]（2）磁控大電流GMAW工藝為了解決大電流單絲GMAW過程中熔滴過渡不穩(wěn)定的問題，殷樹言等提出了磁控大電流GMAW工藝[11,17]。這一焊接工藝在僅使用Ar氣和CO2混合氣體作為保護(hù)氣體的情況下，借助外加直流軸向磁場(chǎng)，使得原本不穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)射流過渡受控達(dá)到穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)射流過渡過程，同時(shí)獲得了成形良好的焊縫，送絲速度45m/min，焊接電壓55V，干伸長35mm，80%Ar+20%CO2保護(hù)氣體條件下，外加磁場(chǎng)前后的液流束和焊接電弧形態(tài)以及焊縫成形結(jié)果如圖1.2所示。研究表明：外加直流軸向磁場(chǎng)能夠使原先擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)混合的過渡形式變?yōu)榉�(wěn)定的旋轉(zhuǎn)射流過渡，雖然直流軸向磁場(chǎng)能夠使電弧收縮，與在保護(hù)氣中添加He氣使電弧收縮效果一樣，但是對(duì)于液流束而言，直流軸向磁場(chǎng)與偏斜液流束中的徑向電流作用產(chǎn)生的環(huán)向電磁力會(huì)加劇其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)產(chǎn)生的附加徑向力方向是向外的，如圖1.3所示。a)無磁場(chǎng)b)外加磁場(chǎng)圖1.2外加直流軸向磁場(chǎng)控制大電流GMAW電弧形態(tài)和焊縫成形[17]

磁控高效GMAW電弧-熔滴耦合行為研究4圖1.3外加直流軸向磁場(chǎng)后GMAW液流束受力示意圖（3）其他大電流GMAW工藝大電流GMAW熔滴過渡不可避免會(huì)形成不穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)射流過渡，并且在鋼材焊接過程中，會(huì)引入氧化性氣體（例如CO2），用以提高液態(tài)金屬的流動(dòng)性和焊接效率。但是CO2的引入會(huì)惡化熔滴過渡環(huán)境，焊接飛濺增大。日本OTC（DAIHENcorporation）公司與日本大阪大學(xué)接合焊接研究所[18]在大電流潛弧熔化極CO2氣體保護(hù)焊基礎(chǔ)上，通過調(diào)整輸出電壓波形為200Hz，44±10V，單絲單道一次焊透19mm厚低碳鋼鋼板，并獲得了成形較好的焊縫，與普通多層多道焊工藝的對(duì)比結(jié)果如圖1.4所示。此外，還有研究表明，脈沖電流一定程度上也能起到改善大電流GMAW焊縫成型的作用[19]。圖1.4大電流潛弧CO2氣體保護(hù)焊工藝與傳統(tǒng)多層多道焊接工藝對(duì)比[18]1.2.2雙絲（多絲）焊接工藝雙絲（多絲）焊接工藝由于增加了熔化焊絲，焊接效率成倍增加。值得一提的是，該工藝中每根焊絲均形成獨(dú)立電弧，作用在母材表面的電弧壓力分布更為均勻，使得該方法適用于薄板的高速焊接。最開始兩路焊絲均是從一個(gè)導(dǎo)電嘴中送出[20]，無法單獨(dú)調(diào)節(jié)各路焊接參數(shù)，后來發(fā)展為多電極焊接，每一路焊絲配置獨(dú)立的電源、

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]大電流GMAW焊接飛濺和煙塵的形態(tài)及相結(jié)構(gòu)分析[J]. 樊丁,楊文艷,肖磊.  材料導(dǎo)報(bào). 2019(16)
[2]纜式焊絲埋弧焊殘余應(yīng)力有限元分析[J]. 方臣富,楊志東,陳勇,胥國祥,江家忠,喬建設(shè).  焊接學(xué)報(bào). 2016(11)
[3]雙絲旁路耦合電弧GMAW高效焊接工藝[J]. 樊丁,盛文文,黃健康,石玗,朱明.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2016(02)
[4]軸向磁場(chǎng)對(duì)非熔化極焊接電弧的影響[J]. 陳樹君,蒙丹陽,蘇再為,蔣凡,魯永生.  焊接學(xué)報(bào). 2014(10)
[5]縱向磁場(chǎng)作用下的鎢極氬弧焊電弧溫度場(chǎng)[J]. 殷咸青,孫江濤,張建勛.  西安交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2013(03)
[6]纜式焊絲CO2氣體保護(hù)焊工藝研究[J]. 方臣富,陳志偉,胥國祥,胡慶賢,周航宇,時(shí)振.  金屬學(xué)報(bào). 2012(11)
[7]雙絲間接電弧氬氣保護(hù)焊的熔滴過渡與電弧形態(tài)[J]. 曹梅青,鄒增大,曲仕堯.  焊接學(xué)報(bào). 2012(06)
[8]纜式焊絲CO2氣體保護(hù)焊接頭殘余應(yīng)力高效數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)[J]. 方臣富,王海松,劉川,胡慶賢,時(shí)振.  焊接學(xué)報(bào). 2012(05)
[9]雙絲旁路耦合電弧高效熔化極氣體保護(hù)焊過程模擬及控制[J]. 朱明,石玗,黃健康,樊丁.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2012(10)
[10]中國焊接制造領(lǐng)域?qū)W科發(fā)展研究[J]. 李曉延,武傳松,李午申.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2012(06)

博士論文
[1]纜式焊絲氣保焊電弧旋轉(zhuǎn)及熔滴過渡行為研究[D]. 楊志東.江蘇科技大學(xué) 2018
[2]集成環(huán)列三熔化極氣體保護(hù)焊中電弧協(xié)同控制及熔滴過渡特征研究[D]. 向婷.天津大學(xué) 2017
[3]GMAW雙絲焊和激光+GMAW雙絲焊焊接過程數(shù)值分析[D]. 丁雪萍.天津大學(xué) 2014
[4]電磁控制TIG焊電弧特性及焊縫成形機(jī)理研究[D]. 楊旭.沈陽工業(yè)大學(xué) 2012
[5]耦合電極的磁分散電弧等離子體的數(shù)值模擬研究[D]. 白冰.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2012
[6]磁場(chǎng)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
[7]磁控高熔敷率MAG焊機(jī)理研究[D]. 徐魯寧.北京工業(yè)大學(xué) 2001

碩士論文
[1]大電流MIG/MAG焊接試驗(yàn)研究[D]. 鄭發(fā)磊.蘭州理工大學(xué) 2018
[2]縱向磁場(chǎng)頻率對(duì)TIG焊電弧特性的影響[D]. 寇嬋.沈陽工業(yè)大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3292784