5083铝合金外加纵向磁场P-GMAW焊接技术研究
发布时间：2022-01-06 18:58
5083铝合金在液化天然气运输船制造中广泛运用,采用的焊接方法为脉冲熔化极气体保护焊（Pulsed Gas Metal Arc Welding,P-GMAW）,有相当数量焊接位置为横焊,焊接难度高。铝合金由于表面张力小、粘度低,横向焊接时,在重力作用下极易出现熔池下淌问题,从而产生焊瘤和未熔合等焊接缺陷。研究表明,可以通过外加纵向磁场作用在熔池上,产生与重力方向相反的洛伦兹力,从而抵消重力作用。由于电弧、熔滴及熔池中有电流流过,因此纵向磁场的引入势必会对电弧运动、熔滴过渡及熔池流动产生影响。本文构建了一套外加纵向磁场的GMAW焊接平台,包括自动焊接系统、磁发生装置、高速摄影系统以及电信号采集系统。针对5083铝合金PGMAW过程,研究了外加纵向磁场对电弧形态、熔滴过渡、熔池流动和焊缝成形的影响,分析其作用机理。本文的研究成果对进一步认识外加纵向磁场对5083铝合金P-GMAW过程的影响及作用机理具有重要的指导意义。结果表明,外加纵向磁场后,电弧下部扩张,并以焊丝为轴旋转。随着磁感应强度的增大,电弧弧长呈先减小后增大的趋势。当磁场方向改变时,电弧形态变化不大,但电弧旋转方向改变。当焊接电...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
083铝合金的横焊焊接接头[7]
第一章绪论2使用永磁体对5083铝合金P-GMAW横焊熔池施加磁场，永磁体与焊丝轴线呈70°夹角，熔池下淌得到抑制；35mm厚5083铝合金横焊道数由原来的10道减少到6道，焊接效率得到显著提高。但是关于外加磁场对5083铝合金P-GMAW过程的影响的系统研究尚未见报道，作用机理尚不明确。1.2外加磁场辅助焊接技术的研究现状磁控焊接技术通过磁场作用焊接过程，实现了改善焊缝成形、提高焊缝生产效率及改善焊缝微观等目标，是一种污染少、灵活便捷、应用范围广的焊接控制手段[8]。电弧焊中，电弧是由等离子体组成的特殊良导体，焊接电流通过电弧流向熔池。因此，外加磁场可以用来改变电弧的形状和运动行为。另一方面，焊接过程中的熔滴和熔池中金属熔体，有电流流入，外加磁场会使其受到洛伦兹力的作用，从而运动状态发生改变。外加磁场对焊接电虎熔滴过渡和熔池流动的影响与外加磁场的类型和强度有关，同时也与焊接类型有关系，这些变化是磁控焊接的主要研究内容。用于辅助焊接技术的磁场类型根据磁感应强度方向的不同可以分为：纵向磁尝平行磁尝横向磁尝尖角磁场和旋转磁场，具体示意图如图1-2所示。图1-2不同磁场类型示意图[9]Fig.1-2Schematicdiagramofthetypesofmagneticfield[9]
上海交通大学硕士学位论文31.2.1外加磁场对焊接电弧的影响电弧焊过程中，电弧的物理性质对焊接过程有重要的影响。国内外学者就不同类型的外加磁场对焊接电弧的影响开展了一系列的研究。（1）外加纵向磁场外加纵向磁场磁感应强度方向与焊丝或电极轴线平行，有学者又称为轴向磁场，磁场方向如图1-2(b)所示。外加纵向磁场以电弧轴线为中心轴，呈轴对称分布。西安交通大学的罗键[10]针对外加纵向磁场GTAW过程，测得了电弧的温度常保护气为纯Ar。外加磁场后电弧的温度分布比普通GTAW电弧变得分散，温度场形状变得“矮而胖”。温度分布范围变广，电弧的径向温度梯度变校电弧形态上部收缩，下部扩张，呈钟罩形。罗键[11]还通过实验研究了外加纵向磁场对GTAW电弧电流密度和电弧压力的影响。外加纵向磁场作用下，电弧压力的特征变成边缘区压力高、中心压力低的双峰分布。外加纵向磁场后，电弧中心电流密度变小，电流密度峰值出现在边缘，形成了环形导电截面，呈双峰分布。北京工业大学的华爱兵[12]设计了一种纵向磁场发生装置，冷却效果好，工程实用性比较强，磁控稳定性比较好，如图1-3所示。将该磁场发生装置用于喷射过渡MAG焊，保护气体采用98%Ar+2%O2，基于高速摄影图片研究了液流束和电弧的运动特征，分析了电弧的受力，确定了电弧的空间形态为螺旋线状。图1-3一种纵向磁场发生装置[12]Fig.1-3Deviceforgeneratingaxialmagneticfield[12]沈阳工业大学的常云龙[13,14]利用高速摄影装置研究了外加纵向磁场对GMAW电弧形态的影响。在外加纵向交变磁场作用下，电弧沿着焊丝轴线发生旋转运动，旋转方向逆时针和顺时针交替变化。当磁场频率相同时，随着励磁电流的增大，电弧亮度变小，
【参考文献】：
期刊论文
[1]液化天然气发展现状及前景展望[J]. 林珑,曹传超,刘燕妮,王文静. 能源研究与利用. 2017(03)
[2]外加横向磁场对高速GMAW焊缝成形的影响[J]. 王林,高进强,杨丰兆. 焊接学报. 2016(10)
[3]纵向磁场对CO2焊接电弧及焊缝成形的影响[J]. 常云龙,白金,刘丹,梅强. 沈阳工业大学学报. 2016(06)
[4]外加磁场对高速GMAW电弧和熔池行为的主动调控效应[J]. 王林,武传松,杨丰兆,高进强. 机械工程学报. 2016(02)
[5]外加纵向磁场对CO2焊接短路液桥的影响[J]. 常云龙,李海涛,梅强,路林,刘明旭. 沈阳工业大学学报. 2015(06)
[6]大型LNG船围护系统低温金属材料焊接技术现状及发展[J]. 华学明,蔡艳,吴毅雄,王欢,石少坚,唐永生. 电焊机. 2015(05)
[7]外加纵向低频磁场对CO2焊过渡频率的影响[J]. 常云龙,牛野,Babkin A S,路林. 沈阳工业大学学报. 2015(03)
[8]轴向磁场对非熔化极焊接电弧的影响[J]. 陈树君,蒙丹阳,苏再为,蒋凡,鲁永生. 焊接学报. 2014(10)
[9]轴向磁场对焊接电弧作用的数值模拟研究[J]. 王城,陈塘,查俊,白冰,夏维东. 高电压技术. 2013(07)
[10]纵向磁场作用下的钨极氩弧焊电弧温度场[J]. 殷咸青,孙江涛,张建勋. 西安交通大学学报. 2013(03)
博士论文
[1]外加横向磁场对高速GMAW驼峰焊道抑制机理的研究[D]. 王林.山东大学 2018
[2]外加电磁场作用下的电弧熔积成形过程的数值研究[D]. 柏兴旺.华中科技大学 2014
[3]预热温度对GMAW焊丝端部热量传输和熔滴过渡影响研究[D]. 倪俊.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]磁场对CO2焊熔滴过渡的同步控制[D]. 邢志奇.沈阳工业大学 2018
[2]用于调控高速GMAW熔池后向液体流的外加电磁场数值分析[D]. 李琰.山东大学 2015
[3]外加磁场对高速GMAW驼峰焊道的抑制作用[D]. 杨丰兆.山东大学 2014
[4]外加纵向磁场对水下湿法FCAW电弧特性及熔滴过渡的影响[D]. 陈弈.哈尔滨工业大学 2013
[5]脉冲MIG焊参数一元化研究[D]. 蒋成燕.兰州理工大学 2013
本文编号：3572996
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
083铝合金的横焊焊接接头[7]
第一章绪论2使用永磁体对5083铝合金P-GMAW横焊熔池施加磁场，永磁体与焊丝轴线呈70°夹角，熔池下淌得到抑制；35mm厚5083铝合金横焊道数由原来的10道减少到6道，焊接效率得到显著提高。但是关于外加磁场对5083铝合金P-GMAW过程的影响的系统研究尚未见报道，作用机理尚不明确。1.2外加磁场辅助焊接技术的研究现状磁控焊接技术通过磁场作用焊接过程，实现了改善焊缝成形、提高焊缝生产效率及改善焊缝微观等目标，是一种污染少、灵活便捷、应用范围广的焊接控制手段[8]。电弧焊中，电弧是由等离子体组成的特殊良导体，焊接电流通过电弧流向熔池。因此，外加磁场可以用来改变电弧的形状和运动行为。另一方面，焊接过程中的熔滴和熔池中金属熔体，有电流流入，外加磁场会使其受到洛伦兹力的作用，从而运动状态发生改变。外加磁场对焊接电虎熔滴过渡和熔池流动的影响与外加磁场的类型和强度有关，同时也与焊接类型有关系，这些变化是磁控焊接的主要研究内容。用于辅助焊接技术的磁场类型根据磁感应强度方向的不同可以分为：纵向磁尝平行磁尝横向磁尝尖角磁场和旋转磁场，具体示意图如图1-2所示。图1-2不同磁场类型示意图[9]Fig.1-2Schematicdiagramofthetypesofmagneticfield[9]
上海交通大学硕士学位论文31.2.1外加磁场对焊接电弧的影响电弧焊过程中，电弧的物理性质对焊接过程有重要的影响。国内外学者就不同类型的外加磁场对焊接电弧的影响开展了一系列的研究。（1）外加纵向磁场外加纵向磁场磁感应强度方向与焊丝或电极轴线平行，有学者又称为轴向磁场，磁场方向如图1-2(b)所示。外加纵向磁场以电弧轴线为中心轴，呈轴对称分布。西安交通大学的罗键[10]针对外加纵向磁场GTAW过程，测得了电弧的温度常保护气为纯Ar。外加磁场后电弧的温度分布比普通GTAW电弧变得分散，温度场形状变得“矮而胖”。温度分布范围变广，电弧的径向温度梯度变校电弧形态上部收缩，下部扩张，呈钟罩形。罗键[11]还通过实验研究了外加纵向磁场对GTAW电弧电流密度和电弧压力的影响。外加纵向磁场作用下，电弧压力的特征变成边缘区压力高、中心压力低的双峰分布。外加纵向磁场后，电弧中心电流密度变小，电流密度峰值出现在边缘，形成了环形导电截面，呈双峰分布。北京工业大学的华爱兵[12]设计了一种纵向磁场发生装置，冷却效果好，工程实用性比较强，磁控稳定性比较好，如图1-3所示。将该磁场发生装置用于喷射过渡MAG焊，保护气体采用98%Ar+2%O2，基于高速摄影图片研究了液流束和电弧的运动特征，分析了电弧的受力，确定了电弧的空间形态为螺旋线状。图1-3一种纵向磁场发生装置[12]Fig.1-3Deviceforgeneratingaxialmagneticfield[12]沈阳工业大学的常云龙[13,14]利用高速摄影装置研究了外加纵向磁场对GMAW电弧形态的影响。在外加纵向交变磁场作用下，电弧沿着焊丝轴线发生旋转运动，旋转方向逆时针和顺时针交替变化。当磁场频率相同时，随着励磁电流的增大，电弧亮度变小，
【参考文献】：
期刊论文
[1]液化天然气发展现状及前景展望[J]. 林珑,曹传超,刘燕妮,王文静. 能源研究与利用. 2017(03)
[2]外加横向磁场对高速GMAW焊缝成形的影响[J]. 王林,高进强,杨丰兆. 焊接学报. 2016(10)
[3]纵向磁场对CO2焊接电弧及焊缝成形的影响[J]. 常云龙,白金,刘丹,梅强. 沈阳工业大学学报. 2016(06)
[4]外加磁场对高速GMAW电弧和熔池行为的主动调控效应[J]. 王林,武传松,杨丰兆,高进强. 机械工程学报. 2016(02)
[5]外加纵向磁场对CO2焊接短路液桥的影响[J]. 常云龙,李海涛,梅强,路林,刘明旭. 沈阳工业大学学报. 2015(06)
[6]大型LNG船围护系统低温金属材料焊接技术现状及发展[J]. 华学明,蔡艳,吴毅雄,王欢,石少坚,唐永生. 电焊机. 2015(05)
[7]外加纵向低频磁场对CO2焊过渡频率的影响[J]. 常云龙,牛野,Babkin A S,路林. 沈阳工业大学学报. 2015(03)
[8]轴向磁场对非熔化极焊接电弧的影响[J]. 陈树君,蒙丹阳,苏再为,蒋凡,鲁永生. 焊接学报. 2014(10)
[9]轴向磁场对焊接电弧作用的数值模拟研究[J]. 王城,陈塘,查俊,白冰,夏维东. 高电压技术. 2013(07)
[10]纵向磁场作用下的钨极氩弧焊电弧温度场[J]. 殷咸青,孙江涛,张建勋. 西安交通大学学报. 2013(03)
博士论文
[1]外加横向磁场对高速GMAW驼峰焊道抑制机理的研究[D]. 王林.山东大学 2018
[2]外加电磁场作用下的电弧熔积成形过程的数值研究[D]. 柏兴旺.华中科技大学 2014
[3]预热温度对GMAW焊丝端部热量传输和熔滴过渡影响研究[D]. 倪俊.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]磁场对CO2焊熔滴过渡的同步控制[D]. 邢志奇.沈阳工业大学 2018
[2]用于调控高速GMAW熔池后向液体流的外加电磁场数值分析[D]. 李琰.山东大学 2015
[3]外加磁场对高速GMAW驼峰焊道的抑制作用[D]. 杨丰兆.山东大学 2014
[4]外加纵向磁场对水下湿法FCAW电弧特性及熔滴过渡的影响[D]. 陈弈.哈尔滨工业大学 2013
[5]脉冲MIG焊参数一元化研究[D]. 蒋成燕.兰州理工大学 2013
本文编号：3572996
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3572996.html
