电弧力对TIG焊接熔池液面形态影响的数值模拟

在建立TIG焊接熔池液面三维形状模型基础上,对电弧力作用于熔池液面进行了表征,采用Surface Evolver有限元分析软件进行数值模拟,研究了电弧力对TIG焊接熔池液面三维形态的影响.得到了有电弧作用时,熔池的三维形态和熔池各液面参数随电弧力大小变化的规律.结果表明,在熔池形状一定时(正面、背面熔化区域半径和板厚一定),电弧力的作用深度增加会引起熔池上、下液面和固液面的表面积均增加,其中电弧力的大小对TIG焊接熔池的上液面影响程度大于下液面.这些分析结果为探讨TIG焊接熔池的各类问题提供了基础.     

未熔透熔池液面三维形态的数值模拟

对脉冲TIG焊未熔透型熔池在脉冲峰－基转换期间熔池三维形态变化行为进行了定性的分析,并从力和能量角度建立了未熔透熔池液面形态的数学模型。采用Surface Evolver软件进行了数值模拟,并利用实际试验结果对该模型进行了修正,修正过的未熔透型熔池模型为今后定量、系统地模拟多种条件下未熔透型熔池中各液面的形态规律,以此建立熔池上液面的特征量与熔深的对应关系,这种特征量和对应关系为今后的熔透控制的实现奠定了基础。     

脉冲MAG-TIG双电弧打底单面焊双面成形机制分析

基于中厚板打底焊接存在着自动化程度及效率低的问题,采用脉冲熔化极气体保护焊-钨极氩弧焊(MAG-TIG)双电弧热源焊接对板厚为24 mm的Q235-B进行打底焊接单面焊双面成形工艺研究及机制分析. 结果表明,脉冲MAG-TIG双电弧热源打底焊接时,利用TIG电弧与MAG电弧间的电磁力来调节MAG电弧在熔池前端的加热位置,使得一部分电弧热量直接作用于钝边上;结合焊接电弧放电行为与熔池流动分析发现,打底成形稳定性最佳时,利用TIG电弧与熔池的剪切力使得液态金属向后方流动,熔池前端底部液态金属减少,易于平衡稳定,可获得熔透均匀、连续、稳定的打底焊缝背面成形.     

焊接工艺——熔焊

双电极奥氏体不锈钢焊条单弧焊工艺研究;弧焊时保护气流的延伸长度;摆动电弧埋弧焊的数学建模与仿真;螺旋埋弧焊管双丝高速焊工艺参数的优化;直缝焊管预焊缺陷对埋弧焊质量的影响及控制;直流脉冲埋弧焊工艺的焊接接头组织分析;电弧作用下熔透型TIG焊熔池液面行为的数值模拟。     

焊接工艺——熔焊

双电极奥氏体不锈钢焊条单弧焊工艺研究;弧焊时保护气流的延伸长度;摆动电弧埋弧焊的数学建模与仿真;螺旋埋弧焊管双丝高速焊工艺参数的优化;直缝焊管预焊缺陷对埋弧焊质量的影响及控制;直流脉冲埋弧焊工艺的焊接接头组织分析;电弧作用下熔透型TIG焊熔池液面行为的数值模拟。     

2219高强铝合金双频复合脉冲VPTIG焊接受激脉冲小孔行为

K-TIG （Keyhole TIG）是TIG焊接工艺的一种变体,通过在熔池内部形成小孔,大幅提高焊缝熔深。然而,由于铝合金热导率较高,K-TIG通常被认为不适用于铝合金焊接。采用一种新型双频复合脉冲变极性TIG（DP-VPTIG）焊接工艺,成功实现了7 mm厚2219高强铝合金的稳定全熔透小孔焊接。采用视觉传感技术研究了DP-VPTIG焊接小孔瞬态行为及其动态演变过程。结果表明,熔池表面同时受到向上的电弧压力以及向下的表面张力和静水压力作用。DP-VPTIG低频脉冲峰值阶段,在电弧压力主导作用下熔池表面发生凹陷变形并在熔池内部形成深熔小孔;低频脉冲基值阶段,在表面张力和静水压力的主导作用下,熔池表面上移,小孔闭合。DP-VPTIG焊接过程中低频脉冲的周期性变化激发了熔池内部小孔的周期性“打开”和“闭合”。小孔的形成使电弧沿熔池表面下移,直接加热熔池下部的固态金属,有利于焊缝熔深的提升,且小孔尺寸随低频脉冲频率的增加而减小。     

P-TIG横焊根部焊道单面焊双面成形影响因素

TIG横焊打底焊作为大型汽轮机焊接转子关键制造技术之一,国外有关公司将其作为Know-How进行严格的技术封锁。文中开展了焊接工艺参数（电弧电压、焊接电流、脉冲频率和送丝速度）对P-TIG横焊单面焊双面成形影响的试验研究。结果表明,焊接电流对根部焊道单面焊双面成形的熔透性起着决定性的作用,其次是电弧电压;脉冲频率对正面焊缝成形的影响较大,而且对于抑制熔池金属的下淌倾向具有良好的效果;送丝速度和电弧电压对背面焊缝成形影响较大,当焊接工艺参数较小时,背面焊缝不能够成形。     

直流叠加脉冲型TIG焊电弧─熔池特性分析

针对乏燃料后处理溶解器腐蚀裂纹等缺陷的快速、一次性、可靠焊接修复工程技术需求,提出一种直流叠加脉冲型TIG深熔焊接方法,在10和16 mm厚304不锈钢板上进行了系列平板堆焊工艺试验.以电弧-熔池特性变化为研究对象,对比分析脉冲电流作用和直流叠加脉冲型电流作用的电弧行为、熔池流动行为及温度场的变化规律,探讨了直流叠加至...     

A-TIG焊接熔深增加机理

活性化氩弧焊(A-TIG)焊接方法与传统TIG焊相比,具有明显的熔深增加作用.模拟了Nimonic 263 A-TIG焊接流场温度场,并对试验与模拟焊缝形状进行了对比.结果表明,同一焊接电流下,与TIG焊缝相比,A-TIG焊缝的熔深较深而熔宽较小.随着焊接电流的增加或者焊接速度的降低,A-TIG焊缝熔深呈线性增加,且比TIG焊的熔深增加效果明显.通过分析流体流动方式,进一步推测了A-TIG熔深增加机理:熔池内液体流动方式是熔深增加的主要原因,熔池中心处液体的流速明显高于熔池边缘,中心由外向内的环流为熔池内液体流动的主导方向.这个方向的环流将高温液体带到熔池底部,使熔池底部的熔化速度较熔池边缘有了明显的增加,且随着焊接电流的增加,熔深增加效果也不断提高.     

激光-电弧复合热源焊接钛合金薄板T形结构件

采用低功率激光-电弧复合热源工艺进行钛合金薄板T形结构件的焊接,焊后采用光学显微镜、X射线衍射仪等设备对接头进行分析.结果表明,激光-电弧复合热源焊接过程中激光可以诱导增强电弧、提高电弧穿透能力,采用激光-电弧复合热源易于进行T形结构件的连接;焊缝形成均匀细密鱼鳞纹,接头背面熔透均匀、过渡平缓,焊缝宽度小;焊缝主要由α＇相和β相组成,焊接时脉冲激光和TIG脉冲电流对熔池的搅拌作用及金属蒸气和等离子体喷射对熔池的搅拌作用使得细小α＇针疏松散乱;Al元素和Mn元素含量稳定,没有发生成分偏析.     

熔透情况下三维TIG焊接熔池流场与热场的数值分析

建立了熔透情况下三维运动TIG焊接熔池中流体动力学状态及传热过程的数值分析模型。该模型考虑了试件全熔透情况下液态金属熔池表面的变形。采用贴体曲线坐标系处理熔池曲面,利用SIMPLER方法对不锈钢焊接试件熔池中的流场与热场进行了数值分析,并进行了焊接工艺试验对模型加以验证。结果表明,根据该模型得出的计算结果与实验值吻合情况良好。     

铝合金TIG焊接熔池状态多传感器数据协同感知算法

针对铝合金钨极惰性气体保护电弧焊(tungsten inert gas arc welding,TIG焊)过程中,焊接工艺参数的实时状态与焊缝熔池三维尺寸间的非线性对应关系,研究建立一种基于信息物理融合的多传感器TIG焊过程熔池状态协同感知计算方法. 首先,构建由红外温度传感器、电弧形态传感器、电弧能量传感器和焊接位置传感器组成的TIG焊过程熔池状态信息物理融合系统架构. 其次,考虑焊接过程中焊枪电弧的运动特性和测量噪声影响,设计基于温度、位置、能量传感器信息交互的熔池长宽深三维参数状态感知策略,并基于多传感器数据的异步和异构特性,提出了基于无迹卡尔曼滤波的焊接过程中熔池状态的多传感器数据协同感知算法. 针对7075超硬铝合金TIG焊过程进行熔池参数在线测量与辨识试验,结果表明,所提算法能够根据TIG焊过程多传感器数据实时计算熔池参数结果,焊缝宽度和焊缝高度计算结果误差基本上控制在10%以内,该算法响应时间基本控制在0.3 s内,能够较为准确地评估焊接过程中熔池的实时状态.     

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.     

TIG焊接熔透熔池的数学模型

根据流体力学理论和变分法原理，推导出了熔透情况下ＴＩＧ焊接熔池上表面和下表面变形的方程，建立了ＴＩＧ焊接熔透熔池流场与热场的数值分析模型，采用非正交贴体曲线坐标系成功地处理了熔池表面的曲面边界，将熔透情况下熔池上下表面变形的计算，与熔池流场与热场的计算相结合，不仅较好地计算出熔池的流场与热场，同时求得了焊接熔池的上下表面变形。焊接工艺试验表明，根据该模型计算的焊缝成形与试验测试结果吻合程度良好。     

交流脉冲TIG焊波成形过程数值分析

考虑到电弧驱动力的影响,建立了在交流脉冲钨隋性气体（TIG）焊过程中焊波成形的三维瞬态数值分析模型。为避免焊丝熔化成熔滴后对电弧熔池表面波动的影响,当电弧在2024铝合金基板上扫描时,送丝机不送丝。结果表明,当电流在基值与峰值之间切换时,熔池表面呈周期性的波动,且随着电弧的移动,熔池后沿逐渐凝固。在大温度梯度下冷却的熔池表面在恢复平整前就已经凝固,从而形成焊波。焊波形成频率与电流脉冲频率相同,且相邻焊波间距约等于电弧扫描速度与电流脉冲频率的乘积。     

Prediction and verification of melting front in GTA weld pool of full-penetration

A thermal conduction model is applied to speed up the numerical analysis of the temperature distribution and the weld pool geometry of full penetration in gas tungsten arc （GTA） welding. With considering both top and bottom flee surface deformation of full-penetrated weld pool, three-dimensional weld pool with melting front and solidification front is predicted. Welding experiments are conducted to measure the melting front curves at the top surface and the longitudinal section of the weld. It shows that the predicted and measured results are in good agreement.     

钽薄板微间隙TIG氦弧点对接焊熔池的数值分析

针对钽薄板微间隙TIG氦弧焊接方法．基于有限元分析软件ANSYS，采用数值模拟方法计算了间隙处取不同边界条件时温度场的分布。计算结果表明：间障的存在使得温度场分布不均．是熔池表面形状呈现椭圆形的一个重要因素．这种影响随焊接时间的变化更为明显。分析了间隙对熔池形状的影响，得出不同工艺参数对熔宽变化的影响规律，并分析了电孤形态差异对接头的影响。这对制定实际的TIG焊工艺具有指导意义。