磁场下熔化极气体保护焊熔滴过渡行为及组织性能研究
发布时间：2020-12-26 11:05
电弧增材制造作为一种金属零件制造技术,具有设备简单、材料利用率高、生产效率高等优点,在工业制造领域应用越来越广泛。然而电弧增材制造存在成形尺寸粗糙等不足。熔滴的过渡行为对于焊接质量的影响是非常重要的,通过外部施加磁场来控制熔滴过渡过程是改善焊接质量的重要途径之一。本文通过外加交变纵向磁场对电弧增材制造的焊接过程进行控制,利用高速摄像系统对不同磁场下的熔滴过渡行为进行研究;借助于仪器设备分析磁场对热处理后的增材制造试件组织性能影响;测量试件表面成形尺寸,分析磁场对试件成形精度的影响。实验中的电弧增材制造系统采用的是脉冲变极性冷金属过渡（CMT-PA）焊接技术。其工艺特点是将交流CMT工艺和脉冲MIG工艺相结合。在交流CMT焊时,施加交变纵向磁场后,熔滴体积增大,形状由原来的圆球状变为扁球状;电弧由左右摇摆形态变成为旋转形态,对熔池具有电磁搅拌作用,电弧中的带电粒子做螺旋式运动,电弧旋转方向随着磁场方向改变而改变,随着励磁电流增大旋转速度会加快,而励磁频率的增大使得电弧的旋转半径减小。脉冲MIG焊时,交变纵向磁场的作用下,熔滴发生自转,旋转方向随着磁场方向改变而改变,熔滴变为扁球状,缩颈持...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CMT焊接工艺过渡方式
沈阳工业大学硕士学位论文4图1.2电弧增材制造试件Fig.1.2Testpieceofarcadditivemanufacturing1.4磁控焊接技术及其研究现状磁控焊接是利用在焊接过程中引入磁场的方式对焊接过程进行控制的一种焊接方法。通过引入磁场的方式对焊接过程中的电弧形态、熔滴过渡、熔池液态金属的流动产生影响，从而改善焊接质量，提高焊缝金属力学性能，减少焊接缺陷的产生[29]。国内外的科学家们提出了各种磁控焊接技术，例如：磁偏虎磁摆虎磁旋转、电磁搅拌等等。一般将磁控焊接技术按照引入磁场的方式分为以下三种：外加纵向同轴磁场，外加横向磁场，外加尖角磁常这三种外加磁场都有各自的特点，施加在焊接过程中会有不同的效果，比如横向磁场可以使焊接电弧产生偏移，纵向磁场会是焊接弧柱的等离子流和电流密度分布都发生改变。1.4.1纵向磁场在焊接技术中的研究现状在上世纪六七十年代，国外的研究者将磁场引入到焊接中，发现在磁场的作用下，可以将焊缝金属组织细化，提高焊缝的力学性能[30-32]。图1.3为纵向磁场示意图。直到八十年代，国外一位专家才将外加磁场对焊接电虎熔滴过渡、熔池液态金属流动和焊缝一次结晶组织的影响进行了系统的研究和分析。分析表明：在外加磁场的作用下，焊缝金属的化学均匀性得到提高，焊缝内非金属元素沿晶界的偏析程度减小，明显提升了焊缝质量。
第1章绪论5常云龙教授利用高速摄像技术研究了不同强度及频率的纵向磁场对CO2焊接电弧的影响。实验结果表明，在焊接过程中外加纵向磁场可提高电弧挺度及稳定性。在一定强度的纵向磁场作用下，电弧稳定且由锥形变为钟罩形[33]。贾昌申，罗键等人将间歇交变纵向磁场引入到GTAW焊接技术中，实验发现外加磁场有效地减少了LD10CS铝合金焊缝中气孔[34]。之后，殷咸青又发现在一定的磁场参数下，间歇交变纵向磁场使LD10CS铝合金TIG氦弧焊的焊缝内化学不均匀性和结晶裂纹都明显减少，对焊缝金属的一次结晶组织进行了细化[35]。刘政军教授将纵向交流磁场应用于镁板GTAW焊接过程中，研究焊接接头力学性能和显微组织。结果表明：外加纵向磁场影响晶粒的形核及长大过程，同时磁场的电磁搅拌作用可以使熔池中杂质球化并弥散分布，抑制热裂纹及气孔的产生[36-37]。白金在铝合金MIG焊接过程中引入交变纵向磁场，研究发现：在磁场作用下，电弧发生旋转，呈现先扩散后紧缩形态；焊缝晶粒细化，焊缝组织由柱状晶变成等轴晶，力学性能得到提高，焊缝气孔率明显降低[38]。图1.3纵向磁场示意图Fig.1.3Schematicdiagramoflongitudinalmagneticfield1.4.2横向磁场在焊接技术中的研究现状K.Ando等人发现外加横向磁场（图1.4）使TIG电弧前倾可推动熔池内液态金属的向前流动，改善了焊缝的成形[39]。T．N．Jayarjan等人在使用TIG焊接铝合金及9%
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]钛合金电弧增材制造技术研究现状及发展趋势[J]. 尹博,赵鸿,王金彪,刘运凤,马洪文. 航空精密制造技术. 2016(04)
[3]金属材料增材制造技术[J]. 黄春平,黄硕文,刘奋成. 金属加工(热加工). 2016(02)
[4]铝合金激光选区熔化成形技术研究现状[J]. 董鹏,李忠华,严振宇,黄超,梁晓康,何京文,陈济轮,王国庆. 应用激光. 2015(05)
[5]电弧增材制造成形控制技术的研究现状与展望[J]. 熊俊,薛永刚,陈辉,张卫华. 电焊机. 2015(09)
[6]铁素体不锈钢CMT焊接接头HAZ组织性能研究[J]. 贺舒榕,王文先,张婷婷,张昭晗. 机械工程与自动化. 2014(05)
[7]汽车用镁/钢异种金属冷金属过渡点焊工艺特性[J]. 许庆伟,曹睿,陈剑虹,王培中. 焊接学报. 2014(05)
[8]交流CMT动态电弧特征及熔滴过渡行为分析[J]. 汪殿龙,张志洋,梁志敏,胡云岩,王军. 焊接学报. 2014(03)
[9]磁控技术在窄间隙焊接和高速TIG焊接上的应用研究[J]. 贾思峰,郑卫刚. 热加工工艺. 2013(13)
[10]增材制造:实现宏微结构一体化制造[J]. 李涤尘,贺健康,田小永,刘亚雄,张安峰,连芩,靳忠民,卢秉恒. 机械工程学报. 2013(06)
博士论文
[1]铝/镀锌钢板CMT熔—钎焊机理研究[D]. 张洪涛.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]铝合金磁控MIG焊接电弧特性及焊缝组织性能的研究[D]. 白金.沈阳工业大学 2017
[2]外加横向交流磁场对钛合金焊接接头组织性能影响[D]. 刘治宇.沈阳工业大学 2016
[3]铝合金搅拌摩擦增材制造工艺研究[D]. 王忻凯.南昌航空大学 2015
[4]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
[5]基于冷金属过渡技术的铝合金快速成形技术及工艺研究[D]. 姜云禄.哈尔滨工业大学 2013
[6]旋转磁场作用下电弧特性和电弧行为的研究[D]. 祁贵云.北京工业大学 2004
本文编号：2939575
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CMT焊接工艺过渡方式
沈阳工业大学硕士学位论文4图1.2电弧增材制造试件Fig.1.2Testpieceofarcadditivemanufacturing1.4磁控焊接技术及其研究现状磁控焊接是利用在焊接过程中引入磁场的方式对焊接过程进行控制的一种焊接方法。通过引入磁场的方式对焊接过程中的电弧形态、熔滴过渡、熔池液态金属的流动产生影响，从而改善焊接质量，提高焊缝金属力学性能，减少焊接缺陷的产生[29]。国内外的科学家们提出了各种磁控焊接技术，例如：磁偏虎磁摆虎磁旋转、电磁搅拌等等。一般将磁控焊接技术按照引入磁场的方式分为以下三种：外加纵向同轴磁场，外加横向磁场，外加尖角磁常这三种外加磁场都有各自的特点，施加在焊接过程中会有不同的效果，比如横向磁场可以使焊接电弧产生偏移，纵向磁场会是焊接弧柱的等离子流和电流密度分布都发生改变。1.4.1纵向磁场在焊接技术中的研究现状在上世纪六七十年代，国外的研究者将磁场引入到焊接中，发现在磁场的作用下，可以将焊缝金属组织细化，提高焊缝的力学性能[30-32]。图1.3为纵向磁场示意图。直到八十年代，国外一位专家才将外加磁场对焊接电虎熔滴过渡、熔池液态金属流动和焊缝一次结晶组织的影响进行了系统的研究和分析。分析表明：在外加磁场的作用下，焊缝金属的化学均匀性得到提高，焊缝内非金属元素沿晶界的偏析程度减小，明显提升了焊缝质量。
第1章绪论5常云龙教授利用高速摄像技术研究了不同强度及频率的纵向磁场对CO2焊接电弧的影响。实验结果表明，在焊接过程中外加纵向磁场可提高电弧挺度及稳定性。在一定强度的纵向磁场作用下，电弧稳定且由锥形变为钟罩形[33]。贾昌申，罗键等人将间歇交变纵向磁场引入到GTAW焊接技术中，实验发现外加磁场有效地减少了LD10CS铝合金焊缝中气孔[34]。之后，殷咸青又发现在一定的磁场参数下，间歇交变纵向磁场使LD10CS铝合金TIG氦弧焊的焊缝内化学不均匀性和结晶裂纹都明显减少，对焊缝金属的一次结晶组织进行了细化[35]。刘政军教授将纵向交流磁场应用于镁板GTAW焊接过程中，研究焊接接头力学性能和显微组织。结果表明：外加纵向磁场影响晶粒的形核及长大过程，同时磁场的电磁搅拌作用可以使熔池中杂质球化并弥散分布，抑制热裂纹及气孔的产生[36-37]。白金在铝合金MIG焊接过程中引入交变纵向磁场，研究发现：在磁场作用下，电弧发生旋转，呈现先扩散后紧缩形态；焊缝晶粒细化，焊缝组织由柱状晶变成等轴晶，力学性能得到提高，焊缝气孔率明显降低[38]。图1.3纵向磁场示意图Fig.1.3Schematicdiagramoflongitudinalmagneticfield1.4.2横向磁场在焊接技术中的研究现状K.Ando等人发现外加横向磁场（图1.4）使TIG电弧前倾可推动熔池内液态金属的向前流动，改善了焊缝的成形[39]。T．N．Jayarjan等人在使用TIG焊接铝合金及9%
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]钛合金电弧增材制造技术研究现状及发展趋势[J]. 尹博,赵鸿,王金彪,刘运凤,马洪文. 航空精密制造技术. 2016(04)
[3]金属材料增材制造技术[J]. 黄春平,黄硕文,刘奋成. 金属加工(热加工). 2016(02)
[4]铝合金激光选区熔化成形技术研究现状[J]. 董鹏,李忠华,严振宇,黄超,梁晓康,何京文,陈济轮,王国庆. 应用激光. 2015(05)
[5]电弧增材制造成形控制技术的研究现状与展望[J]. 熊俊,薛永刚,陈辉,张卫华. 电焊机. 2015(09)
[6]铁素体不锈钢CMT焊接接头HAZ组织性能研究[J]. 贺舒榕,王文先,张婷婷,张昭晗. 机械工程与自动化. 2014(05)
[7]汽车用镁/钢异种金属冷金属过渡点焊工艺特性[J]. 许庆伟,曹睿,陈剑虹,王培中. 焊接学报. 2014(05)
[8]交流CMT动态电弧特征及熔滴过渡行为分析[J]. 汪殿龙,张志洋,梁志敏,胡云岩,王军. 焊接学报. 2014(03)
[9]磁控技术在窄间隙焊接和高速TIG焊接上的应用研究[J]. 贾思峰,郑卫刚. 热加工工艺. 2013(13)
[10]增材制造:实现宏微结构一体化制造[J]. 李涤尘,贺健康,田小永,刘亚雄,张安峰,连芩,靳忠民,卢秉恒. 机械工程学报. 2013(06)
博士论文
[1]铝/镀锌钢板CMT熔—钎焊机理研究[D]. 张洪涛.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]铝合金磁控MIG焊接电弧特性及焊缝组织性能的研究[D]. 白金.沈阳工业大学 2017
[2]外加横向交流磁场对钛合金焊接接头组织性能影响[D]. 刘治宇.沈阳工业大学 2016
[3]铝合金搅拌摩擦增材制造工艺研究[D]. 王忻凯.南昌航空大学 2015
[4]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
[5]基于冷金属过渡技术的铝合金快速成形技术及工艺研究[D]. 姜云禄.哈尔滨工业大学 2013
[6]旋转磁场作用下电弧特性和电弧行为的研究[D]. 祁贵云.北京工业大学 2004
本文编号：2939575
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