等离子——熔化极气体保护焊

绪言在等离子弧焊接中,压缩电弧保持在非熔化的钨极同喷口或工件之间的惰性气体中在熔化极惰性气体保护焊(MIG)中,电弧维持在工件和熔化电极之间,电极以焊丝形式送给。用冷的保护气体保护焊丝、电弧和焊道,以防止焊缝金属氧化和吸氮。而在等离子——熔化极气体保护焊(等离子MIG焊)中,焊丝的下部,脱离开的熔滴和MIG电弧被由钨极(位于焊丝旁边)所产生的高温等离子弧所包围。等离子弧的磁效应造成对焊接电弧的压缩,从而使焊缝得到较好的保护,电弧较为     

中国机械工程学会焊接学会第四届学术会议论文文摘选登(五)

铝合金等离子弧焊接的研究——反极性等离子弧小孔焊本文用反极性等离子弧对中厚度铝合金板单面焊反面自由成形进行了研究。设计了水冷铜电极等离子弧焊枪,研究了中等厚度铝合金板反极性(电极为正极)等离子弧小孔焊的特点、成形规范和各种工艺因素的影响。采用水冷铜电极的反接等离子弧小孔焊电弧稳定,能有效破除铝氧化膜,在焊缝边缘有很宽的阴极清理区,背面焊道也能良好成形。但为了得到不起皱的光滑背面焊道和防止气孔,需加背面保护。焊缝横断面形状与正极性等离子弧焊接不同,不是指状(或酒杯状),而是上下宽度较接近的腰鼓形。研究了铝合金反极性等离子弧小孔焊的主要焊接参数:电流、离子气流量、焊接速度间的相互关系,找出了小孔焊     

钛及钛合金真空等离子焊箱枪体的改造

为了满足大尺寸钛及钛合金电极的焊接要求，宝钛集团有限公司依据等离子弧的压缩效应原理及电弧的稳定性原理．对从德国引进的钛及钛合金真空等离子焊箱枪体的阴极和喷嘴进纯了技术改造。改造后，不仅提高了电弧的稳定性．而且也扩大了电极的焊接尺寸。焊缝宽度可达50mm～60mm，深度达20mm-30mm，可焊电极的最大长度为6m，直径为0．6m，满足了钛及钛合金大规模化的生产要求。     

等离子焊接

等离子焊接与TIG焊十分相似，它们的电弧都是在尖头的钨电极和工件之间形成的。但是，通过在焊炬中安置电极，能将等离子弧从保护气体的气囊中分离出来，随后推动等离子通过孔型良好的铜喷管将弧压缩。通过改变孔的直径和等离子气流速度，可以实现三种操作方式：     

等离子弧焊机的发展与前景

等离子弧是采用等离子焊炬压缩自由电弧,形成高温、高电离度和高能量密度的电弧,具有焊接质量高、焊接速度快、热量集中等特点.对比分析了等离子弧与TIG焊的差别.同时,分析了我国使用等离子孤焊机与国外使用量的差距,强调我国应大力发展通用型大电流等离子弧焊接设备,谁在大电流通用型等离弧焊机的研制方面走在前面,谁就站在了焊接时代的前沿.     

铝合金VPPA-MIG复合焊接电弧形态及伏安特性

试验使用VPPA-MIG复合焊方法对铝合金进行对接试验. 通过高速摄像和数据采集系统获取复合电弧形态和伏安特性. 结果表明,由于磁场间的耦合作用,在VPPA正极性阶段电弧相互排斥,反极性阶段相互吸引,采取外加横向交变磁场,电弧摆动幅度明显减小. 由于MIG焊电弧的存在,等离子电弧伏安特性发生了改变. 弧柱气氛更容易电离,使得等离子电弧电压下降. 等离子电流较小时,电弧电压随MIG焊电流的增加而降低;等离子电流较大时,随着MIG焊电流进一步增加,电弧电压降低程度有所减少. 试验结果为实现厚板铝合金高效焊接及其电弧耦合机理研究提供理论依据.     

磁控电弧焊接工艺在非熔化极气体保护焊中的应用

针对非熔化极气体保护焊,介绍了作用于焊接过程中的平行磁场、横向磁场、纵向磁场、双尖角磁场和旋转磁场的特点及磁场发生装置的组成,分析了磁偏弧工艺、磁摆弧工艺、均匀纵向磁场作用下的磁旋弧工艺、非均匀纵向磁场作用下的磁旋弧工艺、旋转磁场作用下的磁旋弧工艺、磁再压缩技术等国内外典型的磁控电弧焊接工艺的基本原理、应用范围及存在的问题.并对焊接电弧外形的变化和运行机制,焊接电弧外加磁场强度的变化关系进行了研究.     

气流再压缩等离子弧焊接电弧行为

电弧等离子体行为对焊接接头组织结构和性能具有决定性作用,开展气流再压缩等离子弧特性研究对于指导先进材料的气流再压缩等离子弧焊接工艺和提高焊接接头质量具有重要意义. 针对气流再压缩等离子弧焊接新工艺,基于流体动力学和电磁理论,建立气流再压缩等离子弧数值分析模型,采用ANYSYS Fluent软件,通过C语言进行二次开发,定量计算等离子弧温度分布、流场分布、电势分布,分析压缩气对等离子弧温度场、流场、电弧电压的影响规律. 模拟结果表明,压缩气对喷嘴内的等离子弧温度分布基本没有影响,压缩气对喷嘴外的等离子弧具有拘束压缩作用;压缩气对等离子弧流场分布基本没有影响;压缩气能够提高电弧电压. 相同电流条件下,与常规等离子弧焊接相比,气流再压缩等离子弧焊接电弧穿透能力有望提高.     

焊接设备第三部分等离子焊接设备

1等离子弧焊接特点 等离子焊接(PA)是在TIG焊基础上发展起来的焊接技术.它利用等离子弧作为热源,气体由电弧加热产生电离,在高速通过水冷喷嘴时受到压缩,增大能量密度和离解度,形成等离子弧.其稳定性、发热量和温度高于一般电弧,具有较大熔透力和焊接速度.形成等离子弧的气体和周围的保护气体一般为氢气.根据各种工件的材料性质,也可使用氦或氩氦、氩氢等混合气体.等离子焊接的适用面广,从低合金钢到高合金钢,从黑色金属到有色金属,特别是航空航天等军工和尖端工业技术所用的铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等金属的焊接,如钛合金的导弹壳体,飞机上的一些薄壁容器等.图67展示了等离子电弧和钨极氩弧焊电弧的不同.     

新型等离子焊枪

１概述等离子弧焊接方法是在氩弧焊的基础上发展起来的，借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接。该方法具有能量密度大、弧柱温度高、热影响区小、焊速高、穿透能力强、能一次焊透双面成形及电弧稳定的特点。适用于高熔点、易氧化、对热敏感...     

Electrode tips geometry and penetrating in narrow gap welding

Abstract

The problem of sidewall incomplete fusion in narrow gap tungsten inert gas (TIG) welding could be well solved when the proper magnetic field was added. However, the various tungsten electrode tips seriously affect the distribution of arc pressure and the quality of welding seams. In addition, it is a 350 A GTA, as this is in a regime in which finger penetration is common. This paper studies the distribution of arc pressure of five different styles of tungsten electrode tips: 30° circular cone, 60° circular cone, 60° circular cone with truncated cone of 2 mm diameter, terrace of 2×2 mm and terrace of 2×0·8 mm with the same welding parameters. The character of arc pressure is verified by assaying the seam cross-section under the controlling magnetic field condition in narrow gap welding. The measuring equipment that we designed independently is creative and applicative in narrow gap TIG welding under magnetic fields.     

绝缘片约束TIG电弧在窄间隙中的加热特性

采用坡口侧壁放置绝缘片的方式约束电弧,在4 mm宽的I型坡口内进行窄间隙TIG焊接试验,通过分析坡口截面各区域熔化面积及其所占比例的变化,研究绝缘片约束TIG电弧的加热特性.结果表明,窄间隙中依靠绝缘片对弧根的固壁约束作用能够将电弧加热区域限制在坡口底部,增强电弧对坡口底部和底角的加热效果,防止电弧集中于侧壁燃烧;弧长、绝缘片对弧根的约束程度和焊接电流三者匹配时,可使坡口底角获得可靠熔合;弧长过长会导致电弧直接向侧壁攀升,且无法依靠绝缘片将电弧控制在坡口底部;绝缘片对弧根约束过多以及采用较大的焊接电流,均会导致电弧将绝缘片熔化,造成电弧燃烧不稳定.     

耦合电弧钨极TIG焊电弧压力的测量与分析

开发了一种耦合电弧钨极,可显著降低电弧压力,消除咬边和驼峰焊道等缺陷,实现较高速度的TIG焊接.针对这种钨极进行了TIG电弧压力测量,研究了主要工艺参数对电弧压力分布的影响规律.结果表明,与传统TIG电弧相比,在相同参数下耦合电弧钨极TIG电弧压力峰值明显降低,并且随着弧长的增加、钨极伸出长度的增加、焊接电流的减小、电极槽宽的增大以及钨极直径的增大,耦合电弧钨极TIG焊的电弧压力峰值减小.对电弧压力的影响由大到小依次为焊接电流、钨极伸出长度、弧长和钨极直径、电极槽宽.     

Influences of welding conditions on the constricted TIG arcs

We investigate, how welding conditions affect the arc in TIG welding with a constricted nozzle by numerical simulation using an axial-symmetric two-dimensional model. When helium is used as a shielding gas, the effect of the constricted nozzle is more remarkable than argon. The heat flux to the centre of the anode surface increases more with a higher welding current. This feature is suitable for pulsed welding. Even if an electrode is consumed and its tip angle is changed, a stable arc plasma and heat intensity are obtained.     

空心钨极TIG焊电弧特性数值模拟

建立了内径2 mm的空心钨极TIG焊电弧数值模型,用Fluent软件用户自定义函数(UDF)功能加载了氩气电导率、动量方程和能量方程的源项,计算了稳态下焊接电流为60 A时电弧的温度场、流场以及电弧压力,并与相同条件下实心钨极TIG焊电弧作了对比. 结果表明,空心钨极TIG焊电弧呈钟罩形,空心钨极圆环放电和钨极中心气流的冷却作用使得电弧温度分布云图顶部下凹;电弧等离子体在钨极下方运动速度较快,阳极表面电弧压力呈柱状分布,弧柱区空间压力分布比较均匀;与相同电流条件下TIG焊相比,空心钨极TIG焊电弧峰值温度降低17.3%,钨极下方2 mm位置处峰值温度降低27%,等离子体最大运动速度降低40%,电弧压力峰值降低57%,堆焊焊缝熔宽增加30%,熔深减小27.9%.     

超声复合焊接系统声场模拟及焊接电弧压力分析

提出了超声复合焊接空间中声场参数的分析方法,根据超声复合焊接特性构建了分析模型,利用COMSOL有限元分析软件模拟分析了声场参数随着发射端半径的变化情况,同时模拟分析了声场参数在不同电弧空间高度的变化规律.采用静态小孔法对不同焊接参数下稳定燃烧的直流U-TIG焊和普通TIG焊的电弧压力分布进行了测量.结果表明,U-TIG焊电弧压力峰值明显高于普通TIG焊,复合电弧能够提高焊接时熔池表面上方的电弧压力水平,但是随着电流增加,U-TIG焊和普通TIG焊电弧压力峰值的差值减小.分析认为大电流时,弧柱中心区域温度很高,电流密度很大,使TIG焊电弧压力峰值明显升高,而U-TIG焊电弧等离子流力受到气体流量的限制,电弧压力峰值增幅减小.     

双钨极氩弧焊耦合电弧压力分析

双钨极氩弧焊(twin-electrode TIG, T-TIG)的耦合电弧是由设置在同一个焊枪中的两个相互绝缘的钨极各自产生的电弧耦合而成的.这个耦合电弧在物理特性上不同于传统单钨极TIG电弧.以试验为基础,分析了耦合电弧的电弧压力特性,并对比单钨极电弧就焊接电流、电弧弧长、钨极间距和钨极形状对耦合电弧压力分布的影响进行了研究.     

空心阴极真空电弧焊接的引弧机理

空心阴极真空电弧焊接（Hollow Cathode Vacuum Arc Welding,HCVAW)技术是一项新型、独特的技术,在航空,航天等工业部门有着巨大的应用潜力,本文介绍了空心阴极真空电弧焊接技术的特点及其放电机理,讨论了低气压下空心阴极电弧放电与常规电弧和电的不同特点,根据电离气体中性化条件,初步探讨了在低气压下空心阴极电弧放电的引弧过程,分析了影响低气压下空心阴极电弧放电引弧电压的因素。     

焊剂带约束电弧特性的试验分析

通过向电弧两侧连续送入焊剂带以约束电弧的方法,对焊剂带约束电弧的特性进行了研究.结果表明,焊剂带靠弧柱区的热量被加热熔化,在稳定的焊接条件下,形成一个确定的焊剂带与电弧作用长度,其大小随电弧电压的减小,送带速度的增加而增大,这一参数直接影响着焊剂带约束电弧的形态,增加它可使电弧长度增长而宽度减小,进而可使焊缝的熔深增加而熔宽减小;焊剂带与电弧中心距离的减小可明显减小电弧的宽度,使焊缝熔宽减小而熔深增加;利用焊剂带约束电弧的特性可以实现超窄间隙焊接.     

Measurement of arc pressure and shield gas pressure effect on surface of molten pool in TIG welding

Abstract

Tungsten inert gas (TIG) welding is most frequently used for arc study because it is clean and easy to control welding factor. Many researchers have been focused on the plasma stream to find out the relationship between vertex angle and penetration of the tungsten electrode in TIG welding. Moreover, researchers studied the characteristics of vertex angle and arc pressure and heat flux distribution of the tungsten electrode. In addition, they have carried out factors that have influence on the behaviour of the molten pool. Previous studies assumed that arc pressure was dominant for the force that physically works on the surface of the molten pool, neglecting the shield gas pressure. In addition, they have been focused on the protection of molten weld pool from exposure to the atmosphere. The object of this study is to investigate the effect of shield gas pressure on the surface of the molten pool by measuring the distribution of arc pressure and shield gas pressure compared with arc physical results of previous researches. In this study, we measured the distribution of arc pressure and shield gas pressure on the water cooled copper plate by changing the setting shield gas pressure and shield gas cup inside diameter. As the setting shield gas pressure increased and the shield gas cup diameter decreased, the arc radius got narrower due to the thermal pinch effect. Maximum arc pressure was slightly affected by setting the shield gas pressure and shield gas cup diameter. However, the shield gas pressure on arc surroundings was raised with the increasing setting shield gas pressure and the decreasing gas cup inside diameter. Orbital welding with convex back bead was successfully performed through molten pool control by shield gas pressure adjustment.