外加复合磁场作用下的MIG电弧热力特性数值分析
发布时间：2022-01-20 22:48
熔化极气保焊由于具有成本低廉、效率高、设备操作简单、易于实现机械智能化生产等显著优点,成为装备制造业中应用最为广泛的焊接技术之一。提高焊接速度是提高熔化极气保焊焊接生产率的重要手段之一。但对于高速MIG焊来说,焊速过大会导致焊缝成形变差,甚至出现咬边、驼峰焊道等焊缝成形缺陷,阻止焊接速度和生产效率的进一步提高。课题组前期研发了一种外加复合磁场辅助的MIG焊接工艺,经实验研究验证,该外加复合磁场可有效抑制高速MIG焊的咬边与驼峰焊道缺陷,大幅提高焊接速度。然而,对于该复合磁场影响MIG电弧热力特性、改善焊缝成形的内在机理,仍缺乏本质性的理论研究。基于此,本课题基于实际外加励磁装置的布置方式,建立了外加复合磁场三维模型和MIG电弧仿真计算的数值模型,通过有限元软件分别对静态MIG电弧、不考虑熔滴过渡的MIG磁控电弧和考虑熔滴过渡的MIG磁控电弧进行了模拟仿真,分析了MIG电弧的热力特性,重点研究了外加复合磁场对MIG电弧温度场、流场和电磁场的影响,以及熔滴飞行过程中电弧热力特性的变化。初步揭示了外加复合磁场调控MIG电弧的作用机理,探索了励磁电流和焊接电流对MIG电弧温度、电流密度、流体速...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１横向磁场控制ＴＩＧ焊示意图［２４］??大连理工大学的孟建兵等人研究了外加横向交变磁场对等离子体的调控作??
?Ｔ?＿??／?ｙｙ．?＾—－ＥＬ￡ＣＴＲＯＨ？ａＣＴ??图１．１横向磁场控制ＴＩＧ焊示意图［２４］??大连理工大学的孟建兵等人研究了外加横向交变磁场对等离子体的调控作??用，并对磁控等离子弧的射流特性进行了理论研究。结果表明，横向交变磁场能??够增大电弧的分布范围，减小其热流密度梯度。等离子弧的摆动幅度随着励磁强??度的增加而增大，但是当励磁强度过高时，等离子弧会变得不稳定［２５］。??（２）外加平行磁场??平行磁场是指磁感应强度方向垂直于电极轴线而平行于焊接方向的磁场。对??焊接电弧施加交变平行磁场，会使电弧在垂直焊缝方向上做往复运动。??哈工大的张九海等人［２６］为了解决小电流ＴＩＧ焊电弧稳定性差的问题，对ＴＩＧ??电弧施加了外加交变平行磁场。通过研究发现，对电弧施加合适的交变平行磁场，??能够抑制电弧的飘移，提商电弧稳定性。??（３）外加纵向磁场??纵向磁场的磁感应强度与电极轴线平行
Ｎｏｍｕｒａ等人开发了尖角磁场，并利用该磁场对ＴＩＧ电弧进行了控制。??实验证明，由于外加尖角磁场可同时分解出横向磁场分量和纵向磁场分量，电??弧形状由圆形变成椭圆，如图１．２所示。通过测量发现，外加尖角磁场作用??下，电弧中心压力降低３４％，从而降低了电弧对熔池的压迫作用，提高焊缝成??形质量。??＜ａ）?（ｔ＞）?（ｃ）??ｌ．Ｎｊ?ｔｌ！?（ｆｔ）?Ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｃｕｒｒｅｎｌ??赛、?ｉ?ｌ．?＃?：?一＿？?Ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆｉｅｌｄ??—ＩＩ??Ｃｒｏｓｓ?ｓｅｃｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｃｕｓｐ－ｔｙｐｅ?Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ?ｏｆ?（ａ）?ａｎｄ?ｆｂ）??ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ?ａｒｃ?ｐｌａｓｍａ?ｍａｇｎｓｔＪｃ?ｆｉｅｌｄ??图１．２外加尖角磁场对ＴＩＧ电弧形态的影响［３（）Ｉ??１．２．２?外加磁场调控熔池行为??外加磁场对焊接熔池的调控是通过使外加磁场与熔池内带电流体相互作用，??在熔池内部产生电磁力来实现的，外加电磁力能够对熔池内液态熔融金属的流动??状态产生影响，并最终影响焊缝成形。??Ｂ．Ｐ．ＰｅａｒｃｅｆＭ等人研宄了电磁搅拌对铝合金焊接过程的影响，结果证明，电??磁搅拌作用可减小熔池内部的温度梯度，有利于打破枝晶、増加形核率使晶粒细??化。??殷咸青等人在使用Ｈｅ－ＴＩＧ焊接ＬＤ１０ＣＳ铝合金的过程中施加了间歇交变纵??向磁场来控制熔池流动［３２］。实验证明，外加交变纵向磁场对熔池的搅拌作用有利??于熔池成分均匀化
【参考文献】：
期刊论文
[1]外加横向磁场对304不锈钢焊接熔池影响机理分析[J]. 刘海华,陈豪杰,李亮玉,王天琪. 焊接学报. 2019(03)
[2]外加稳态磁场作用下的焊接电弧数值仿真[J]. 周祥曼,田启华,杜义贤,柏兴旺. 机械科学与技术. 2018(07)
[3]外加高频纵向磁场作用下的TIG焊电弧数值模拟[J]. 肖磊,樊丁,黄健康,王新鑫. 焊接学报. 2017(02)
[4]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)
[5]CO2气体保护焊电弧温度场和流场建模与分析[J]. 夏胜全,区智明,孙晓明. 焊接学报. 2013(11)
[6]磁场作用下镁合金焊接接头力学性能的变化[J]. 苏允海,蒋焕文,秦昊,刘政军. 焊接学报. 2013(04)
[7]先进的熔化极气体保护焊焊接技术发展[J]. 雷小伟,杨瑞,齐风华,孙朋朋,符浩,马艳霞. 材料开发与应用. 2013(02)
[8]纵向磁场作用下MIG焊电弧数值模拟[J]. 朱胜,王启伟,殷凤良,王晓明,梁媛媛. 沈阳工业大学学报. 2012(03)
[9]交变纵向磁场作用下MIG焊电弧行为研究[J]. 朱胜,王启伟,殷凤良,梁媛媛,王晓明,李显鹏. 材料热处理学报. 2011(11)
[10]外加纵向磁场作用下的TIG焊接电弧[J]. 常云龙,杨旭,李大用,李多. 焊接学报. 2010(04)
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]等离子弧—熔池—小孔形态的一体化数值分析[D]. 菅晓霞.山东大学 2015
硕士论文
[1]外加复合磁场辅助高速GMAW焊接工艺的研究[D]. 张棪腾.山东大学 2018
[2]双缆式十四丝GMAW焊接电弧的数值模拟研究[D]. 李翠红.江苏科技大学 2017
[3]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
[4]纵向磁场真空电弧等离子体的仿真研究[D]. 闫荣妮.沈阳工业大学 2011
本文编号：3599667
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１横向磁场控制ＴＩＧ焊示意图［２４］??大连理工大学的孟建兵等人研究了外加横向交变磁场对等离子体的调控作??
?Ｔ?＿??／?ｙｙ．?＾—－ＥＬ￡ＣＴＲＯＨ？ａＣＴ??图１．１横向磁场控制ＴＩＧ焊示意图［２４］??大连理工大学的孟建兵等人研究了外加横向交变磁场对等离子体的调控作??用，并对磁控等离子弧的射流特性进行了理论研究。结果表明，横向交变磁场能??够增大电弧的分布范围，减小其热流密度梯度。等离子弧的摆动幅度随着励磁强??度的增加而增大，但是当励磁强度过高时，等离子弧会变得不稳定［２５］。??（２）外加平行磁场??平行磁场是指磁感应强度方向垂直于电极轴线而平行于焊接方向的磁场。对??焊接电弧施加交变平行磁场，会使电弧在垂直焊缝方向上做往复运动。??哈工大的张九海等人［２６］为了解决小电流ＴＩＧ焊电弧稳定性差的问题，对ＴＩＧ??电弧施加了外加交变平行磁场。通过研究发现，对电弧施加合适的交变平行磁场，??能够抑制电弧的飘移，提商电弧稳定性。??（３）外加纵向磁场??纵向磁场的磁感应强度与电极轴线平行
Ｎｏｍｕｒａ等人开发了尖角磁场，并利用该磁场对ＴＩＧ电弧进行了控制。??实验证明，由于外加尖角磁场可同时分解出横向磁场分量和纵向磁场分量，电??弧形状由圆形变成椭圆，如图１．２所示。通过测量发现，外加尖角磁场作用??下，电弧中心压力降低３４％，从而降低了电弧对熔池的压迫作用，提高焊缝成??形质量。??＜ａ）?（ｔ＞）?（ｃ）??ｌ．Ｎｊ?ｔｌ！?（ｆｔ）?Ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｃｕｒｒｅｎｌ??赛、?ｉ?ｌ．?＃?：?一＿？?Ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆｉｅｌｄ??—ＩＩ??Ｃｒｏｓｓ?ｓｅｃｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｃｕｓｐ－ｔｙｐｅ?Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ?ｏｆ?（ａ）?ａｎｄ?ｆｂ）??ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ?ａｒｃ?ｐｌａｓｍａ?ｍａｇｎｓｔＪｃ?ｆｉｅｌｄ??图１．２外加尖角磁场对ＴＩＧ电弧形态的影响［３（）Ｉ??１．２．２?外加磁场调控熔池行为??外加磁场对焊接熔池的调控是通过使外加磁场与熔池内带电流体相互作用，??在熔池内部产生电磁力来实现的，外加电磁力能够对熔池内液态熔融金属的流动??状态产生影响，并最终影响焊缝成形。??Ｂ．Ｐ．ＰｅａｒｃｅｆＭ等人研宄了电磁搅拌对铝合金焊接过程的影响，结果证明，电??磁搅拌作用可减小熔池内部的温度梯度，有利于打破枝晶、増加形核率使晶粒细??化。??殷咸青等人在使用Ｈｅ－ＴＩＧ焊接ＬＤ１０ＣＳ铝合金的过程中施加了间歇交变纵??向磁场来控制熔池流动［３２］。实验证明，外加交变纵向磁场对熔池的搅拌作用有利??于熔池成分均匀化
【参考文献】：
期刊论文
[1]外加横向磁场对304不锈钢焊接熔池影响机理分析[J]. 刘海华,陈豪杰,李亮玉,王天琪. 焊接学报. 2019(03)
[2]外加稳态磁场作用下的焊接电弧数值仿真[J]. 周祥曼,田启华,杜义贤,柏兴旺. 机械科学与技术. 2018(07)
[3]外加高频纵向磁场作用下的TIG焊电弧数值模拟[J]. 肖磊,樊丁,黄健康,王新鑫. 焊接学报. 2017(02)
[4]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)
[5]CO2气体保护焊电弧温度场和流场建模与分析[J]. 夏胜全,区智明,孙晓明. 焊接学报. 2013(11)
[6]磁场作用下镁合金焊接接头力学性能的变化[J]. 苏允海,蒋焕文,秦昊,刘政军. 焊接学报. 2013(04)
[7]先进的熔化极气体保护焊焊接技术发展[J]. 雷小伟,杨瑞,齐风华,孙朋朋,符浩,马艳霞. 材料开发与应用. 2013(02)
[8]纵向磁场作用下MIG焊电弧数值模拟[J]. 朱胜,王启伟,殷凤良,王晓明,梁媛媛. 沈阳工业大学学报. 2012(03)
[9]交变纵向磁场作用下MIG焊电弧行为研究[J]. 朱胜,王启伟,殷凤良,梁媛媛,王晓明,李显鹏. 材料热处理学报. 2011(11)
[10]外加纵向磁场作用下的TIG焊接电弧[J]. 常云龙,杨旭,李大用,李多. 焊接学报. 2010(04)
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]等离子弧—熔池—小孔形态的一体化数值分析[D]. 菅晓霞.山东大学 2015
硕士论文
[1]外加复合磁场辅助高速GMAW焊接工艺的研究[D]. 张棪腾.山东大学 2018
[2]双缆式十四丝GMAW焊接电弧的数值模拟研究[D]. 李翠红.江苏科技大学 2017
[3]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
[4]纵向磁场真空电弧等离子体的仿真研究[D]. 闫荣妮.沈阳工业大学 2011
本文编号：3599667
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