不锈钢A-TIG焊熔池表面张力测量及熔深增加机理研究
发布时间：2021-10-11 01:43
活性钨极氩弧焊（A-TIG）焊作为一种新型的焊接方法,相比于传统TIG焊,能够大幅提高焊缝熔深,将其应用于不锈钢焊接中能有效减小焊接变形、热应力集中等问题,在工业生产中得到了广泛的应用。目前尚无有效的手段能够实现熔池金属表面张力的测量,电弧作用下熔池液态金属表面张力变化规律认识不清,使得A-TIG焊熔深增加机理缺乏统一的认识,尤其多组元活性剂配方的优化大多通过正交实验,存在一定的盲目性。在此背景下,本文利用熔池振荡法测量了不同组元活性剂下不锈钢A-TIG焊熔池金属表面张力数据及变化规律,对A-TIG焊熔深增加机理进行了研究。首先根据熔池振荡原理搭建了基于激光视觉法的不锈钢A-TIG焊熔池表面张力测量系统及电弧行为测试系统。其次对单组元（氧化物、氟化物、氯化物）活性剂作用下不锈钢TIG焊熔池表面张力变化规律、电弧行为进行研究。结果表明,氧化物活性剂会使熔池表面张力温度梯度由负变正,导致熔池金属马兰格尼对流模式发生变化,熔池中氧元素含量是影响熔池金属表面张力温度梯度的主要因素;SiO2、B2O3、Cr2...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
元素示踪法研究
〉壤胱犹逯?涞牧?担?呓?条件与实际的焊接过程仍然存在很大的差距，同时使用的表面张力数据大都是平衡条件下测得的，导致模拟结果与实际的焊接质量存在很大的差别，A-TIG焊熔池表面张力相关数据的缺失严重制约了A-TIG熔深增加机理的研究，获得熔池金属表面张力数据及变化规律成为迫切需求。1.3高温金属熔体表面张力测量及模拟计算国内外研究现状在高温金属熔体表面张力测量中，常用的方法主要有最大气泡法、毛细管上升法、旋转法、静滴法、电磁悬浮法、振荡射流法等，几种常用的平衡条件下的高温熔体表面张力测量方法如图1.8所示[38]。a）最大气泡法b）静滴法图1.8几种常用的平衡条件下的表面张力测量方法示意图[38]目前，在高温金属熔体研究领域，应用较为广泛、深入的测量方法主要有最大气泡法、电磁悬浮法和静滴法。最大气泡法如图1.8（a）所示，由于其测量原理及装置较为简单，对容器的形状无特殊要求，在铸造、冶金领域的研究最为深入。Gamez-MonteroPJ,CastillaR,FreireJ等人[39]采用最大气泡法测量了平衡条件下添加不同合金元素后熔融铸铁表面张力的变化，建立了铸铁石墨形态与表面张力的关系模型，从而实现了根据当前表面张力对铸铁石墨形态的快速预测。ZhaiW，HongZY，XieWJ等人[40]对传统气泡法进行了改进，采用双毛细管测量方法，实现了振动场条件下铝和铝合金熔体表面张
硕士学位论文15机完成，为减少电弧光对投射的激光的影响，在高速摄像机镜头上需要配备确定波长的滤光片，拍摄激光反射条纹时采用中心波长为670nm的滤光片。根据熔池振荡的频率特征，高速摄像采样频率设定为1000Hz。该拍摄系统最高采样率为15000Hz，配有实时显示面板及配套软件，该软件可以对拍摄的照片进行后期处理，对研究不同组元活性剂下的电弧形态提供了有力的帮助，该高速摄像系统组件如图2.5所示。a）OLYMPUSi-speed3高速摄像机b）窄带滤光片c）高速摄像软件界面（激光条纹）图2.5高速摄像及滤光系统组件2.2.2.3激光器及成像屏电弧光辐射在500-700nm光谱附近强度最弱，因此本实验中选择加拿大Nanoline公司生产的MiniHuskyLaser型工业用可变焦连续输出结构光激光器，结构如图2.6（a）所示，激光器输出功率500mw，波长669.5nm，半带宽±10nm，输出的光斑模式为五线或单线平行光，本实验中选择五线光斑模式，输出的五线激光如图2.6（b）所示。此激光器特殊的波段以及大的功率可以在一定程度上有效减弱实验过程中强烈电弧光对图像传感质量的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]The element transfer behavior of gas pool coupled activating TIG welding[J]. 黄勇,任操,任青龙. China Welding. 2018(04)
[2]粉煤灰A-TIG熔池流动行为及焊缝性能分析[J]. 马壮,于秀秀,时海芳,张勇,董世知. 焊接学报. 2017(09)
[3]脉冲钨极气体保护焊熔池振荡频率激光视觉测量[J]. 石玗,李春凯,顾玉芬,朱明,樊丁. 上海交通大学学报. 2016(12)
[4]TIG焊熔池表面流动行为的研究[J]. 黄健康,孙天亮,樊丁,石玗. 机械工程学报. 2016(18)
[5]A-TIG焊研究进展及前景展望[J]. 黄本生,杨江,尹文锋,陈鹏,朱瑶,李佳宸. 材料导报. 2016(03)
[6]考虑自由表面的定点A-TIG焊数值分析[J]. 盛文文,樊丁,黄健康,黄琳. 焊接学报. 2016(01)
[7]有色合金A-TIG焊研究现状[J]. 马壮,张莉,王义伟. 材料导报. 2014(01)
[8]多参数对GTAW焊接温度场影响分析[J]. 赵明,杜丹丹,罗德通. 焊接学报. 2013(03)
[9]TIG焊接过程中熔池对流形式的示踪分析[J]. 李冬杰,陆善平,李殿中,李依依. 焊接学报. 2011(08)
[10]Dynamic solidification of Sn-38.1% Pb eutectic alloy within ultrasonic field[J]. ZHAI Wei,HONG ZhenYu,XIE WenJun & WEI BingBo* Department of Applied Physics,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710072,China. Chinese Science Bulletin. 2011(01)
硕士论文
[1]奥氏体不锈钢A-TIG焊接活性剂及焊件组织性能研究[D]. 张皓雪.哈尔滨工业大学 2019
[2]活性剂对309S不锈钢TIG焊电弧特性及焊缝性能的影响[D]. 武斌.西南石油大学 2016
本文编号：3429547
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
元素示踪法研究
〉壤胱犹逯?涞牧?担?呓?条件与实际的焊接过程仍然存在很大的差距，同时使用的表面张力数据大都是平衡条件下测得的，导致模拟结果与实际的焊接质量存在很大的差别，A-TIG焊熔池表面张力相关数据的缺失严重制约了A-TIG熔深增加机理的研究，获得熔池金属表面张力数据及变化规律成为迫切需求。1.3高温金属熔体表面张力测量及模拟计算国内外研究现状在高温金属熔体表面张力测量中，常用的方法主要有最大气泡法、毛细管上升法、旋转法、静滴法、电磁悬浮法、振荡射流法等，几种常用的平衡条件下的高温熔体表面张力测量方法如图1.8所示[38]。a）最大气泡法b）静滴法图1.8几种常用的平衡条件下的表面张力测量方法示意图[38]目前，在高温金属熔体研究领域，应用较为广泛、深入的测量方法主要有最大气泡法、电磁悬浮法和静滴法。最大气泡法如图1.8（a）所示，由于其测量原理及装置较为简单，对容器的形状无特殊要求，在铸造、冶金领域的研究最为深入。Gamez-MonteroPJ,CastillaR,FreireJ等人[39]采用最大气泡法测量了平衡条件下添加不同合金元素后熔融铸铁表面张力的变化，建立了铸铁石墨形态与表面张力的关系模型，从而实现了根据当前表面张力对铸铁石墨形态的快速预测。ZhaiW，HongZY，XieWJ等人[40]对传统气泡法进行了改进，采用双毛细管测量方法，实现了振动场条件下铝和铝合金熔体表面张
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【参考文献】：
期刊论文
[1]The element transfer behavior of gas pool coupled activating TIG welding[J]. 黄勇,任操,任青龙. China Welding. 2018(04)
[2]粉煤灰A-TIG熔池流动行为及焊缝性能分析[J]. 马壮,于秀秀,时海芳,张勇,董世知. 焊接学报. 2017(09)
[3]脉冲钨极气体保护焊熔池振荡频率激光视觉测量[J]. 石玗,李春凯,顾玉芬,朱明,樊丁. 上海交通大学学报. 2016(12)
[4]TIG焊熔池表面流动行为的研究[J]. 黄健康,孙天亮,樊丁,石玗. 机械工程学报. 2016(18)
[5]A-TIG焊研究进展及前景展望[J]. 黄本生,杨江,尹文锋,陈鹏,朱瑶,李佳宸. 材料导报. 2016(03)
[6]考虑自由表面的定点A-TIG焊数值分析[J]. 盛文文,樊丁,黄健康,黄琳. 焊接学报. 2016(01)
[7]有色合金A-TIG焊研究现状[J]. 马壮,张莉,王义伟. 材料导报. 2014(01)
[8]多参数对GTAW焊接温度场影响分析[J]. 赵明,杜丹丹,罗德通. 焊接学报. 2013(03)
[9]TIG焊接过程中熔池对流形式的示踪分析[J]. 李冬杰,陆善平,李殿中,李依依. 焊接学报. 2011(08)
[10]Dynamic solidification of Sn-38.1% Pb eutectic alloy within ultrasonic field[J]. ZHAI Wei,HONG ZhenYu,XIE WenJun & WEI BingBo* Department of Applied Physics,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710072,China. Chinese Science Bulletin. 2011(01)
硕士论文
[1]奥氏体不锈钢A-TIG焊接活性剂及焊件组织性能研究[D]. 张皓雪.哈尔滨工业大学 2019
[2]活性剂对309S不锈钢TIG焊电弧特性及焊缝性能的影响[D]. 武斌.西南石油大学 2016
本文编号：3429547
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