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.     

电弧超声改善Ti6Al4V焊接接头性能的研究

利用电弧的动态变阻性负载特性激发出电弧超声并应用于Ti6A14V的TIG焊过程.研究了电弧超声对Ti6Al4V焊接接头组织和性能的影响,并与传统TIG焊进行了比较.结果表明,严格按照航空标准进行Ti6Al4V常规TIG焊与电弧超声TIG焊所获得的接头均达到航空一级.加入电弧超声后,随着超声频率的增加和激励电流的增大,焊接接头宽度逐渐减小,焊缝组织细化、等轴化,枝晶破坏痕迹不明显,接头拉伸强度、屈服强度、延伸率和疲劳强度均有所提高.     

变极性TIG焊电弧压力分析

采用压力传感器获取不同条件下的变极性钨极氩弧焊(VPTIG)横焊时的电弧压力,研究分析了电弧压力在径向上的分布规律,对比研究了直流TIG焊、反极性期间占5%,15%的变极性TIG中心电弧压力.结果表明,变极性TIG焊电弧压力的径向分布属于双面指数分布.焊接电流在100~140 A范围内,在电流均值相等的情况下,由于反极性期间电子发射机制和电弧发散等原因,随着一个周期内钨极为正半波的时间比例增加,电弧压力逐渐减小,且焊接电弧积分力与电流的平方近似成正比例关系.     

耦合电弧AA-TIG焊电弧压力测量与分析

针对耦合电弧AA-TIG焊接法(arc assisted activating TIG welding),采用基于不锈钢作阳极的静态小孔法对其电弧压力进行了测量,研究了主要工艺参数对电弧压力分布的影响规律.与常规钨极氩弧焊相比,在相同条件下耦合电弧AA-TIG焊的电弧压力峰值明显降低,并随着焊接电流的减小、钨极间距的增大、弧长的增大、辅助电弧中氧含量的减小而减小.在2mm钨极间距时,电弧压力服从高斯分布,随着钨极间距的增大电弧压力向双峰分布过渡.     

高速TIG-MIG复合焊焊缝驼峰及咬边消除机理

搭建了TIG-MIG复合焊试验平台及电参数-高速图像同步采集系统,进行了一系列低碳钢高速TIG-MIG复合焊工艺试验,研究了高速TIG-MIG复合焊的电弧形态、熔滴过渡及熔池行为对焊缝成形的影响,并确定了合适的匹配参数.结果表明,MIG焊电流在240~300 A,且TIG焊电流与MIG焊电流相当时,TIG-MIG复合焊焊接过程稳定,即使在焊接速度高达2.5 m/min时,焊缝仍无驼峰、咬边等缺陷,与传统MIG焊相比,熔深增加,熔宽减小.TIG-MIG复合焊由于电弧间的相互作用,两电弧指向发生偏转,电弧压力减小,焊接过程不产生弧坑,且熔宽变窄,这是避免驼峰和咬边缺陷的主要原因.     

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%.     

双TIG焊接电弧数值分析

针对双TIG电弧建立了包括钨极的双TIG焊接电弧数学模型。通过数值求解,得到了不同电流分配条件下双TIG焊接电弧的温度场、流场和电磁场等重要结果,并对等离子流剪切力和电弧压力进行分析。研究表明,在总电流不变的情况下,当钨极分配电流相同时,电弧温度场、流场和电弧压力等呈对称分布;当钨极分配电流不同时,电弧高温区域更靠近大电流钨极,但电弧整体上向小电流钨极一侧偏移。电流分配相同时,母材表面的电弧压力和等离子流拉力与相同条件下的单TIG电弧相比均显著下降,而钨极分配电流不同时,电弧压力和等离子流拉力峰值偏向于小电流钨极一侧。模拟结果与已有的研究结果吻合良好。     

高频脉冲TIG焊电源

采用两套斩波电路输出端并联的方式,设计了一台高频直流脉冲TIG焊电源。该电源可以输出不同频率、不同占空比、具有陡峭上升沿和下降沿的脉冲电流,并且基值电流和峰值电流可以独立调节。对比了常规直流TIG焊和高频直流脉冲TIG焊电弧的挺直度,结果表明,在电流平均值相同的情况下,无论在高速焊接还是V型坡口焊接中,高频电弧都具有良好的挺直度,焊接工艺性能明显优于普通直流TIG焊。     

钽薄板TIG焊接电弧形态的研究

通过高速摄像方法研究了钽薄板TIG焊接过程中,保护气体及工艺参数不同时电弧形态的变化规律及其对焊接质量的影响。结果表明：保护气体不同时,电弧形态明显不同。采用TIG焊焊接钽板时使用氦弧能得到更好的焊接质量;当弧长不变,增加焊接电流时,电弧有效作用范围变犬,电弧温度及能量密度高。熔池增大速度较快;当焊接电流不变,弧长增加时,电弧有效加热半径变大,但由于弧长增加而引起电孤热能分散。熔池增长速度较慢,热影响区范围增大。焊接工艺参数的变化时电弧形态的影响规律,对制定钽薄板TIG焊接过程中较为合理的工艺参数具有重要意义。     

BT20钛合金电弧超声TIG焊接头疲劳性能分析

针对BT20钛合金开展了电弧超声TIG焊和常规TIG焊试验以及接头疲劳性能测试,对比分析了两种焊接方法接头的疲劳性能和断口形貌.结果表明:在高加载应力条件下,电弧超声TIG焊接头与常规TIG焊接头的疲劳寿命基本相同;在低加载应力条件下,电弧超声TIG焊接头比常规TIG焊接头疲劳寿命明显增加,疲劳强度(2×106循环周次)提高19%;从断口形貌分析可以看出,电弧超声TIG焊接头组织比常规TIG焊接头在一定程度上得到了改善.     

Microstructure and porosity analysis in ultrasonic assisted TIG welding of 2014 aluminum alloy

The ultrasonic assisted tungsten inert gas (U-TIG)welding is a newly developed arc welding method,which is aimed at improving the weld quality and efficiency.TIG welding and U-TIG welding of 2014 aluminum alloy with 5 mm thickness were experimentally carried out in this paper.The microstructure and porosity of welded joints were analyzed.Compared with conventional TIG welding,the columnar crystals are changed into equiaxed crystals at the centre of weld zone and the grain of fusion zone in U-TIG welding is refined and equiaxed.The porosities of joint decrease after the ultrasonic was applied on the arc.The mechanism of crystal grain refiaement is discussed in this paper and the reasons of porosity decrease in U-TIG welded joint may be due to the effect of acoustic streaming and cavitation,which need further research.     

Ti-6Al-4V钛合金超音频脉冲TIG焊

进行了Ti-6Al-4V钛合金超音频脉冲氩弧焊(U-TIG)与传统TIG焊,利用X射线探伤检测接头质量,金相显微镜和SEM观察接头组织和断口,利用万能试验机测试接头拉伸性能.结果表明,U-TIG焊能减少焊缝气孔;随着加入脉冲频率的增加,U-TIG焊焊缝组织细化、等轴化,当脉冲频率为45kHz时,晶粒细化效果最好;随着脉冲频率的提高,接头抗拉强度、屈服强度和断后伸长率均有所提高;常规TIG与U-TIG焊接头断口均为准解理断裂机制,但U-TIG断口枝晶破坏痕迹已不明显.     

A study on twin-tungsten TIG welding method

A new twin-tungsten TIG （T-TIG） welding method was studied. This method differs from the conventional TIG method, it places two electrodes insulated from each other in the same welding torch, and a coupling arc is generated from the two electrodes. The coupling arc pressure was measured and preliminary welding experiment was made. The results show that the coupling arc can keep arc pressure at a low level compared with conventional TIG arc, and welding can be achieved under higher current and high travel speed with sound appearance of weld. Therefore, this new method can applied widely in high effwiency welding.     

High speed TIG–MAG hybrid arc welding of mild steel plate

A TIG–MAG hybrid arc welding process was proposed to achieve high speed welding. The influences of hybrid arc welding parameters on welding speed and weld appearance were studied through orthogonal experiment and the microstructures and mechanical properties of weld were tested and compared with that of the conventional MAG weld. The TIG–MAG hybrid arc welding speed could reach up to 3.5 m/min for bead-on-plate welding of 2.5 mm thick mild steel plate under the condition of high quality of weld appearance and 4.5 m/min for butt welding of 2 mm thick mild steel plate, respectively. The mechanical properties of hybrid arc weld were not lower than that of the conventional MAG weld. The assistant TIG arc could effectively stabilize the MAG welding current and MAG arc voltage in high speed TIG–MAG hybrid arc welding process. The stable hybridization obtained by balance between TIG and MAG welding current and proper wire-electrode distance was a key factor to stabilize the welding process.     

连续行走脉冲TIG焊熔池谐振法熔透控制

熔池振荡频率与熔池尺寸之间的良好对应关系,可以用于进行熔池尺寸检测及熔透控制,但在快速行走焊接时难度很大。本文在恒定直流之上叠加定频率正弦波电流做为脉冲焊接电流激振熔池,在连续行走焊接时,通过电弧电压检测熔池振荡即熔池尺寸。在脉冲电流作用期间,随着熔池尺寸的增长,当熔池自身固有振荡频率与焊接电流正弦波频率一致时,熔池产生谐振,从电弧电压中检测到谐振特征变化信号,该信号的强度,稳定性,重复性及与熔池     

不同驱动力对熔池表面变形行为影响的数值模拟

基于流体动力学方程，采用焓-孔隙度法来处理液-固相变，采用VOF方法追踪熔池自由表面变形，建立了固定电弧下的三维瞬态TIG焊熔池数学模型，求解获得了在浮力、Marangoni力、电磁力和电弧压力单独作用时的熔池表面变形行为及其温度场与速度场的分布.模拟结果表明，在大电流（I≥250 A）时，在浮力、表面张力温度系数为正时的Marangoni力、电磁力单独作用于熔池上表面将会产生凸起变形，在电弧压力、表面张力温度系数为负时的Marangoni力单独作用下，熔池上表面将会产生凹陷变形.在大电流下，TIG焊和活性TIG焊熔池均产生凹陷变形.TIG焊熔池的中心区域形成向内的涡流，边缘部位形成向外的涡流，而活性TIG熔池在熔池中心和熔池边缘则分别形成两种成因不同的内向涡流.熔池表面变形量并不是各个驱动力作用的简单叠加.     

不锈钢电弧辅助活性TIG焊

针对不锈钢,提出了一种新型活性YIG焊方法--电弧辅助活性TIG焊,即AA-TIG焊(arc assisted activating TIG welding).该焊接方法通过在正常TIG焊前以活性混合气体作为保护气体,采用小电流钨极电弧预熔待焊焊道表面,可使熔深显著增加,焊接效率大大提高,而且具有可全自动化焊接和工艺可重复性好等优点.分别采用O2+Ar,CO2+Ar,空气作为小电流钨极电弧的保护气体进行了单弧AA-TIG焊.与传统TIG焊比较,发现O2+Ar,CO2+Ar和空气都可显著增加熔深,减小熔宽,焊缝表面成形良好.采用CO2+Ar作为活性混合保护气体进行双弧AA-TIG焊,焊缝成形良好,熔深显著增加.熔深随着焊枪间距减小而增大.     

不锈钢高频复合双钨极氩弧焊接工艺方法

针对双钨极TIG焊存在的电弧压力小、焊缝熔深浅等问题,提出了一种新型焊接工艺方法——高频复合双钨极TIG焊(high frequency hybrid twin-electrode TIG welding, HFHT-TIG焊),在双钨极氩弧焊的一个钨极上通以高频脉冲电流,达到提高电弧压力和挺度、搅拌熔池、细化晶粒、改善接头组织和力学性能的目的. 采用HFHT-TIG焊进行了6 mm厚奥氏体不锈钢焊接工艺试验,并与双钨极TIG焊接头进行对比. 结果表明,HFHT-TIG焊能够显著提高电弧挺度和电弧压力,焊缝表面成形更佳,横截面对称性更好,焊缝区的树枝晶组织更加细小,断口韧窝更加均匀和细密,接头的抗拉强度和断后伸长率分别提高了12.1%和30.2%.