空心阴极真空环境焊接研究进展

空心阴极真空弧方法能够在低气压条件下形成电弧放电,作为一种真空焊接或太空焊接的工艺方法已经引起了国内外的研究.文中综述了空心阴极真空弧焊技术的研究进展,从真空弧的热物理性能、焊接工艺等方面归纳分析了空心阴极真空弧焊过程产生机理的研究现状,介绍了空心阴极真空弧焊的基本特征以及焊接工艺性能,对于进一步揭示空心阴极真空弧焊接机理及控制焊接质量具有重要意义.     

空心阴极真空电弧焊接工艺及熔化特性分析

设计加工了空心阴极真空电弧焊枪,以Q235钢为例,试验研究了工艺参数对空心阴极真空电弧焊接熔化深度的影响规律,分析了熔化特性.结果表明,与TIG焊接接头相比,空心阴极真空电弧焊缝熔化深度显著增加,热影响区窄;空心阴极真空电弧在低气体流量、大电流时具有收缩型电弧形态;低气体流量时空心阴极真空电弧电压较高;随着气体流量的降低及焊接电流的增加,空心阴极真空电弧的焊缝熔化深度、宽度及深宽比增加,焊缝表现为深熔化特征的中心熔化型焊缝形貌;一定气体流量下,阴极与阳极之间的放电距离对空心阴极真空电弧焊缝熔化深度的影响不显著.     

工艺参数对空心阴极真空电弧电子温度影响

为了研究空心阴极真空电弧等离子体特性,通过光谱仪获得了空心阴极真空电弧的发射光谱分布,同时利用相对强度法计算了电子激发温度.结果表明,空心阴极真空电弧等离子体主要由氩离子、氩原子构成;随着放电气压的降低和焊接电流的增加,空心阴极真空电弧的离子浓度逐渐增加;在一定气体流量下,空心阴极真空电弧的电子激发温度随着焊接电流的增加而升高;在低气体流量、大焊接电流时,电子激发温度较高;随着放电气压的升高,空心阴极真空电弧的电子激发温度逐渐降低.当焊接电流较大和气体流量较低时,空心阴极真空电弧的轴线附近的氩离子谱线强度较高,并且其径向分布梯度较大.     

专利集锦

一体化熔－喷设备及工艺;用阴极电弧离子镀技术对锡焊润湿性的处理方法;真空电弧自动引弧方法及装置;真空镀膜硫化锌的制备方法;具有良好抗蚀性和色调的磷酸锌处理的镀锌钢板。     

大电流空心阴极真空电弧的光谱特征

在水冷铜阳极的条件下 ,给出了空心阴极真空焊接电弧弧光光谱的频域及空间分布的测试结果 ,分析了大电流下电弧的光谱特征。结果表明 ,空心阴极真空焊接电弧的光谱分布特征为连续辐射背景上的线光谱结构 ,线光谱特征的存在 ,使得对电弧成分的选择性研究成为可能。大电流真空电弧光谱中在蓝色谱段出现了大量的一次氩离子谱线 ,因而电弧颜色为蓝色。真空电弧光谱的空间分布特征表明 ,利用电弧相应的线光谱可以了解电弧内部成分组成以及电弧等离子体内部的输运过程。本文初次建立了对空心阴极真空焊接电弧弧光光谱的认识 ,为低气压焊接电弧的研究指出了方向。     

电弧电场强度对激光等离子体引燃TIG电弧性能的影响

以峰值时间为10 ms的CO2脉冲激光进行TIG电弧的引弧试验,并采用高速摄像观察了激光等离子体引燃TIG电弧过程中的等离子体形态.结果表明,成功引燃TIG电弧的必要条件之一是必须使激光等离子体在电场作用下向阴极（钨极）方向偏移,致使激光等离子体与阴极接触产生热电子发射和场致发射并形成自持放电.在此基础上,为了探索激光等离子体引燃TIG电弧过程中电弧电场强度的影响,通过改变TIG电弧钨极形状、高度、激光与钨极相对位置等物理试验的方法,进一步分析了不同电场强度对CO2激光等离子体引燃TIG电弧引弧特性的影响规律.     

低气压环境对电弧熔滴过渡行为的影响

对低气压环境条件下电弧焊接的电弧熔滴行为和焊缝成形进行了研究。结果表明,气压降低导致弧柱区的直径增大,电弧的稳定性和挺度下降;在相同焊接工艺参数设定下,气压愈低,熔滴尺寸增大,熔滴过渡频率愈低,焊缝成形愈差;适当降低电弧电压有助于焊缝成形质量的改善。     

镁合金表面加弧辉光离子渗镀Ti的腐蚀性能研究

加弧辉光离子渗镀技术将辉光放电与弧光放电有机地结合起来,利用辉光放电空心阴极效应使工件迅速升温,同时在真空容器壁上设置一个或多个金属阴极电弧靶源,利用真空电弧放电而不断地发射出高能量、高电流密度、高离化率的欲渗金属离子流,依靠扩散和离子轰击作用快速渗入工件表面层,在工件表面可以形成渗层、镀层、渗镀结合层.在实验条件下对镁合金AZ91表面渗镀了Ti,采用极化曲线测试和盐雾实验分析了处理后材料的腐蚀行为,用扫描电镜（SEM）分析了Ti镀膜的表面形貌,用电子衍射光谱（EDS）和辉光放电光谱仪（GDS）分析了表面化学成分分布.结果表明渗镀Ti显著提高了AZ91的耐腐蚀性.     

碳钢高速电弧喷涂的电弧特征及材料过渡行为

高速电弧喷涂过程中两根丝材交汇处电弧的形成、丝材受热熔化与熔滴过渡等过程具有高度动态性,直接影响喷涂涂层的组织与性能.使用Hispec 5高速摄像机观测了高速电弧喷涂碳钢丝材时弧区的动态冶金过程.发现喷涂过程中阴极上的电弧收缩,阳极上的电弧发散;而且电弧的燃烧是不连续的,不断经历引弧、燃弧、熄弧、再引弧的循环过程.电弧的这些特点导致了阴、阳极丝材的非对称加热和熔化,并且熔化金属脱离丝材形成熔滴的雾化形式、大小等特征差异显著.基于高速摄像的试验结果,系统分析了喷涂过程中电弧和熔滴的形成与过渡机理.     

真空钎焊非接触式引弧特性研究

介绍了真空电弧钎焊设备的组成及特点。以理论与试验研究相结合的方法对真空电弧钎焊技术引弧过程的特性进行了研究,分析了引弧过程中各影响因素对电弧建立的影响,并通过试验对理论分析进行了验证。结果表明,在引弧过程中,引弧电压在大于最小引弧电压的情况下,引弧电压越大、真空度越低,钽管直径在不易烧断的情况下直径越小,电弧越易建立。     

真空电弧焊接与钎焊技术

主要研究真空条件下的自持放电电弧作为新型热源用于熔化焊及钎焊的工艺适应性。研究结果表明，该热源用于熔焊时，电弧挺度大，穿透能力强，焊缝正反面成形好，接头强度及塑性指标均优于常规焊接方法。而将其作为局部加热热源用于真空钎焊时，又具有电弧柔性大、升温速度快、参数可控性好、焊适民形好等优点。     

Characteristics of hollow cathode arc as welding heat source: arc characteristics and melting properties

Abstract

A feasibility study has been conducted to determine whether a hollow cathode arc (HCA) can be used for a welding heat source in space, that is high vacuum and microgravity conditions. The HCA method enables the arc discharge to form under low pressure conditions by purging a small amount of gas through the centre of the hollow cathode. The characteristics of HCAs under low pressure conditions have been experimentally investigated, in particular the melting properties and voltage-current characteristics. Results show that the penetration profile and arc characteristics of the HCA method are sensitive to process parameters such as gas flowrate, arc length, and inner diameter of the electrode, and that the penetration in HCA melting is extremely deep under the conditions of low gas flowrate and long arc length.     

等离子电弧力的研究

从等离子电弧力的角度 ,探讨了等离子弧焊接工艺参数及其匹配的内在联系与规律性。在不同工艺条件下 (焊接电流、等离子气流量、电极内缩量以及喷嘴高度 )对等离子电弧轴向力进行了测量。并通过显著性分析 ,定量地认识和描述了各工艺参数对电弧轴向力的作用和影响。进而指出了获得稳定的小孔型等离子弧焊接过程的必要条件。本文的工作对于等离子弧焊接工艺参数的匹配及其过程的优化有重要的指导意义。     

新型多功能真空焊机的研制

多功能真空焊机是集真空扩散焊、真空钎焊、真空空心阴极电弧焊及真空充氩TIG焊为一体的精密焊接设备。该设备充分利用真空资源，大大降低4种焊接方法的总体设备成本；同时利用真空空心阴极小电流条件下的电弧特点，为工件扩散焊前的表面处理提供了一种新的工艺手段；该焊机独特的串联双气缸加压系统可对被扩散焊零件进行分阶段加压与脉冲式加压，实现了钛合金分层实体制造过程中的精密连接。     

与弧焊逆变器兼容的高频引弧器的研究

本文介绍一种能与弧焊逆变器良好兼容的新型高频引弧装置。文中分析了该引弧器的原理以及影响引弧高频强度的因素及其调节，试验结果表明，该装置引弧容易，控制调节方便，并实现了高频主电路的无触点切断。     

Duhocamis放电特性之空心阴极与热阴极的协同效应

Duhocamis(双空心阴极金属离子源)是在GSI间热阴极PIG离子源基础上,利用空心阴极圆筒取代空心阳极圆筒,磁镜场取代均匀磁场的强流金属离子源。通过系列变化空心阴极与间热阴极电源电压的弧放电试验,了解其对离子源工作及金属等离子体形成的贡献和影响。试验结果分别给出了空心阴极与间热阴极弧放电特性曲线,它们的弧压对弧流关系具有不同的弧阻抗特性;通过磁分析器对等离子体中各种离子成分比例的分析,进一步显示出空心阴极与间热阴极弧放电两者相互强化和联动的协同效应;尤其空心阴极电位从零开始变化的弧放电试验,揭示了离子源从PIG空心阳极放电向双空心阴极放电转换的过程;协同效应不仅证实空心阴极作为赖以产生金属离子的溅射电极,而且对于确立离子源工作模式与优化产生所需金属离子的放电条件至关重要。     

Arc characteristics of twin-wire indirect arc gas shielded welding

Twin-wire indirect arc gas shielded welding is a novel welding method. By recording the arc shape and welding parameters, the effects of welding parameters and included angle on arc characteristics are discussed in this paper. The experimental results show increasing welding current can prompt centralized and straight of arc due to increasing plasma force and electric magnetic pinch effect. Increasing arc voltage can increase the size and brightness of the arc, as a result of increasing arc energy. The reducing of included angle increases the electric magnetic pinch effect, the arc becomes slender and supplies higher energy. It is thought the smaller included angle is beneficial to obtain perfect weld bead.