薄壁件磁控电弧及熔池成形特性研究
发布时间：2020-06-20 07:55
【摘要】：薄壁件以其质量轻、结构紧凑等优点广泛应用于航空航天、汽车制造等诸多工业领域。同时因其壁厚尺寸小、结构形状不规则导致薄壁件在传统加工过程中质量难以保证且加工成本高。金属增材制造技术提供了一种高效方法,但传统增材制造方式存在热输入量较大导致成形变差问题,而磁控焊接技术为解决这一问题提供了一种新的方法。该技术施加非接触电磁力作用于焊接过程,通过改变电弧行为、熔池流动及熔滴过渡调控焊缝成形进而达到改善焊缝质量的目的。因此研究如何将磁控焊接技术有效应用于薄壁件金属增材成形具有重要意义。本文以薄壁件微束等离子堆焊为实验对象,搭建磁控焊接试验系统,在焊接过程中通过调节励磁参数获得不同种类的外加横向电磁场,同时利用CCD图像采集系统获取薄壁件堆焊过程熔池形态,分别展开外加正向直流磁场、外加反向直流磁场、外加10Hz交变磁场、外加100Hz交变磁场下薄壁件堆焊成形试验,分析不同类型磁场下薄壁件堆焊过程中电弧及熔池形态变化特点、堆焊层成形规律以及组织特性演变过程。结果表明:焊接电弧在直流磁场作用下发生磁偏吹,偏转方向与磁场方向有关;焊接电弧在交流磁场作用下发生周期性的摆动;薄壁件无磁区域堆焊层横截面呈“倒元宝”形状;外加正向直流磁场对于控制堆焊层成形尺寸的作用较为明显,其中45mT时宽度减小量达1.23mm,减小幅度达35%;外加26mT反向直流磁场时,有磁区域堆焊层熔合线在施加磁场后呈“波浪状”,细化组织晶粒效果较明显,同时组织晶粒的分布具有周期性特点;外加10Hz交流磁场时,将磁感应强度控制在6mT至14mT时,电弧的周期性偏转对熔池具有搅拌作用且对堆焊层形貌影响较小,使原本粗大的胞状晶向较为细密的胞状树枝晶和等轴晶转变;外加100Hz交变磁场时,随着磁感应强度的增大,堆焊层形貌变化较为明显,同时堆焊层形貌逐渐从“倒元宝”形变成“桃”形。同时针对焊接过程中CCD采集的熔池侧面图像,采用开窗口技术,选取了特征区域进行图像处理,利用Matlab软件对实验中采集的熔池实时图像进行中值滤波、图像增强、边缘提取、边缘拟合等数字图像处理,最终得到了清晰的熔池边缘曲线,这对后续实时提取熔池图像特征参数实现磁控焊接智能化控制具有重要意义。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG409
【图文】：
逦天津工业大学硕士学位论文逦逡逑变化改变了电弧中的能量密度分布，也改变了工件上电弧热和电弧力的分布，进逡逑而影响熔池流动和焊缝成形。逡逑常云龙等［１３］对ＴＩＧ焊过程中添加不同方向磁场时的电弧行为进行了研宄，逡逑发现在恒定横向磁场下，电弧纵向截面为偏吹形，如图ｌ－４（ａ）；在交流横向磁场逡逑下，电弧纵向截面为扇形，如图ｌ－４（ｂ）；在纵向交流磁场卜，电弧纵向截面为钟逡逑罩形，如图卜４（ｃ）。在电弧形体变化的Q嬍保尤劝叩憷┐蠖纳疲嫖露忍荻龋义隙砸П呦窒蟮牟鸬揭种谱饔谩ｅ义
本文编号：2722109
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG409
【图文】：
逦天津工业大学硕士学位论文逦逡逑变化改变了电弧中的能量密度分布，也改变了工件上电弧热和电弧力的分布，进逡逑而影响熔池流动和焊缝成形。逡逑常云龙等［１３］对ＴＩＧ焊过程中添加不同方向磁场时的电弧行为进行了研宄，逡逑发现在恒定横向磁场下，电弧纵向截面为偏吹形，如图ｌ－４（ａ）；在交流横向磁场逡逑下，电弧纵向截面为扇形，如图ｌ－４（ｂ）；在纵向交流磁场卜，电弧纵向截面为钟逡逑罩形，如图卜４（ｃ）。在电弧形体变化的Q嬍保尤劝叩憷┐蠖纳疲嫖露忍荻龋义隙砸П呦窒蟮牟鸬揭种谱饔谩ｅ义
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