收藏本站
《哈尔滨工业大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

钨极—熔化极间接电弧焊电弧行为及其特点研究

王军  
【摘要】: 在传统电弧焊中,电弧的两极为焊枪与工件,由于直接接受电弧热,工件的热输入难以控制,稀释率过大。在某些要求焊缝熔敷率高且母材熔化量低的情况下,由于不能满足焊接要求,使得电弧焊的应用在一定程度上受到限制。如在航空、航天领域及兵器制造业,为改善钢材的导电、导热性能和表面硬度,通常需要在钢基体表面熔覆铜合金。为防止铁铜互熔引起偏析,要求在保证高焊缝熔敷率的情况下,减少基体的熔化,形成低稀释率的堆焊接头。 本研究提出了钨极-熔化极间接电弧焊方法,期待解决上述问题。该方法使用单电源,电源不接工件,而是使两电极分别接熔化极焊枪和钨极焊枪,两焊枪之间成一定角度,电弧在焊丝端头与钨极之间燃烧,间接电弧热主要用于焊丝熔化,不产生熔池,间接电弧力主要用于熔滴过渡,使焊丝熔化后形成熔滴过渡到工件,实施焊接。该方法能够解决在高焊缝熔敷率情况下,最大限度降低工件母材热输入的问题。通过构建钨极-熔化极间接电弧焊系统,实现了间接电弧稳定燃烧,熔滴持续过渡。为进一步研究间接电弧焊电弧行为和实际应用奠定了基础。 以铜焊丝为例,采用高速摄像技术对间接电弧焊的熔滴过渡行为及电弧形态进行了观察,并对电信号进行了采集。通过在钢表面堆焊铜合金的工艺试验,对堆焊接头的宏观形貌和微观组织进行了观察和分析。计算了熔滴的飞行速度和对工件表面的冲击力。采用红外测温仪对熔滴的温度进行了测量并计算了熔滴的热焓量。 结果表明:采用平外特性电源和陡降特性电源实施该方法,均能实现熔滴的持续过渡。采用平特性电源时,熔滴过渡频率随送丝速度的增加而增加;焊接电压在16-20V时熔滴过渡频率及指向性都较高。采用陡降特性电源时,随送丝速度的增加,焊丝端头平衡位置从钨极端头的侧下方、正侧方向侧上方转变。随焊接电流的增加,熔滴的过渡频率也增加。当焊接电流大于140A时,熔滴过渡从大滴转变为射滴过渡。采用上述两种外特性电源,熔滴脱离焊丝前,间接电弧已从熔滴侧面爬升至熔滴与焊丝的界面处,降低了熔滴脱离焊丝时电弧的波动。 电弧形态总体呈倒三角形,不同外特性电源、不同参数对电弧形态变化的影响规律也不同。当焊丝端头处于钨极的侧上方时,电弧形态为Y形;当焊丝端头处于钨极的正侧方时,为心形;当焊丝端头处于钨极的侧下方时,为笔尖形。焊接电压和电流的周期性波动引起了电弧形态的周期性变化,采用平特性电源的电弧形态波动较大,陡降特性电源的电弧形态波动较小。 间接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区组成,其中弧柱区的导电部分为弧芯区,不导电部分为弧焰区。电弧靠近熔化极一侧的部分为熔化极电弧区,靠近钨极一侧的部分为非熔化极电弧区,两区聚集产生倒三角电弧形态,此时电弧较亮,有利于焊丝的快速熔化。倒三角形电弧形态是磁场作用、阴极焰和阳极焰相互对冲共同作用产生的。间接电弧能够稳定燃烧是由于钨极的加入和电弧自身调节的综合作用的结果。当采用铜焊丝时,因电弧自身固有调节作用明显,使得采用陡降特性电源时电弧更加稳定。 结合熔滴过渡行为和电弧形态分析熔滴受力情况及其过渡机制。熔滴受到重力、表面张力、电磁力、等离子流力和电弧力的综合作用。其中,在点对点电极排布方式中,电弧在熔滴侧面,很容易爬升到焊丝上,熔滴内部电磁收缩力主要集中作用于熔滴与焊丝相连的根部;熔滴长大过程中,焊丝端头从钨极的侧上方伸到钨极的正侧方,电弧力充当动力的成分增加,并对熔滴根部产生挤压作用,降低了表面张力,从而能够使熔滴顺利过渡。 熔滴的飞行速度与电流密切相关,当焊接电流大于140A时,熔滴脱离焊丝后的飞行速度明显提高。随焊接电流的增大,冲击力先增大后减小,最后保持平稳。随焊接电流的增大,熔滴温度逐渐下降,达到1200℃后保持平稳。熔滴的热焓量较低,约为电源总输出能量的30%,熔滴未受到电弧的保温和加热作用,有效降低了工件表面的热输入。 利用钨极-熔化极间接电弧焊方法在30CrMnSi钢表面采用CuSi3焊丝进行了堆焊试验。堆焊接头表面无明显缺陷,稀释率最低可达0.12%,有效抑制了偏析现象的发生。利用该方法不仅可用于堆焊,也可以用于薄板焊接。可以实现0.6mm厚薄镀锌钢板的搭接焊,钢板本身只发生了极少量的熔化。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG444.2

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王克鸿,徐越兰,王建平,余进,李鸿谋,赵有守;弹带熔敷扩散焊接技术研究[J];兵器材料科学与工程;2002年02期
2 王军,陈树君,卢振洋,殷树言;磁场控制横向MAG焊接焊缝成型工艺的研究[J];北京工业大学学报;2003年02期
3 单际国,董祖珏,徐滨士;我国堆焊技术的发展及其在基础工业中的应用现状[J];中国表面工程;2002年04期
4 罗辉;邹增大;王新洪;曲仕尧;王育福;;双电极奥氏体不锈钢焊条单弧焊工艺研究[J];材料科学与工艺;2007年04期
5 赵家瑞;;电流脉冲频率对TIG焊电弧影响机理的研究[J];电焊机;1993年02期
6 何德孚,华大龙,陈立功,李良泓,邬佑靖,梁龙昌,胡成平;单电源双丝埋弧自动焊研究[J];电焊机;2004年S1期
7 王中辉,蒋力培,焦向东,周灿丰,陈家庆;高压干法水下焊接装备与技术的发展[J];电焊机;2005年10期
8 韩永全;陈树君;殷树言;白立来;;铝合金变极性等离子弧电特性[J];电焊机;2006年02期
9 罗辉;邹增大;王新洪;曲仕尧;王育福;;双电极焊条单弧焊飞溅的研究[J];焊接;2005年10期
10 吕世雄;孙清洁;范阳阳;杨士勤;;电弧热丝TIG焊工艺特点分析[J];焊接;2007年10期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 潘晓亮;高芝;谢世坤;左孝青;;金属层状材料的复合技术及其新进展[J];安徽冶金;2008年04期
2 王小范,姚建华,张群莉;激光表面堆焊技术的应用及展望[J];兵器材料科学与工程;2005年04期
3 马壮;魏丽凤;时海芳;董世知;李智超;;自生碳化物颗粒金属堆焊层的耐磨性研究[J];兵器材料科学与工程;2011年01期
4 齐铂金;许海鹰;张伟;;0Cr18Ni9Ti超音频脉冲TIG焊接头组织与性能[J];北京航空航天大学学报;2009年02期
5 从保强;齐铂金;周兴国;;超快变换复合脉冲方波变极性TIG电弧行为[J];北京航空航天大学学报;2009年08期
6 张宝生;袁浩然;王中辉;;基于MCGS的高压焊接试验舱测控系统设计[J];北京石油化工学院学报;2012年01期
7 胡邦喜;莽克伦;王静洁;徐滨士;;堆焊技术在国内石化、冶金行业机械设备维修中的应用[J];中国表面工程;2006年03期
8 张元彬;史耀武;;Fe-Cr-Ti-Nb-V-C系堆焊层的组织及耐磨性研究[J];中国表面工程;2006年04期
9 刘雪梅,张彦华;高能束粉末堆焊技术[J];表面技术;2005年04期
10 屈东发;赵利军;;直流正极氦弧焊在铝箔线圈引线排焊接中的应用[J];变压器;2010年03期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张顺善;双丝间接电弧焊电弧特性及熔滴过渡研究[D];山东大学;2010年
2 慈鸿钢;外加直流磁场对等离子弧堆焊层组织及性能的影响研究[D];沈阳工业大学;2011年
3 徐仰涛;新型钴基Co-Al-W合金设计、制备及性能研究[D];兰州理工大学;2010年
4 王怀志;铝青铜减摩粉体涂层及摩擦磨损性能[D];兰州理工大学;2010年
5 杨旭;电磁控制TIG焊电弧特性及焊缝成形机理研究[D];沈阳工业大学;2012年
6 王军;磁场控制高效MAG焊接旋转射流过渡稳定性的研究[D];北京工业大学;2003年
7 杨晓光;横向磁通感应加热及其优化问题的研究[D];河北工业大学;2004年
8 陆伟;激光熔覆高速线材轧辊熔覆层开裂问题的研究[D];北京工业大学;2006年
9 曹梅青;双丝间接电弧气体保护焊研究[D];山东大学;2006年
10 杨贵荣;铜合金表面铸渗工艺及渗层性能的研究[D];兰州理工大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭云刚;内生NbC高抗裂耐磨堆焊合金组织和性能的研究[D];郑州大学;2010年
2 蒋晶;基于LabVIEW的焊接质量在线检测分析系统[D];武汉理工大学;2010年
3 李晋;反极性弱等离子弧异种材质堆焊层组织与性能的研究[D];沈阳工业大学;2011年
4 付礼成;辊压机的挤压辊表面堆焊技术研究[D];吉林大学;2011年
5 郎志华;激光熔覆金属陶瓷涂层的组织与性能研究[D];大连理工大学;2011年
6 郭小燕;冶金轧辊堆焊层表面开裂失效分析及其有限元分析[D];大连海事大学;2011年
7 周游;铸钢表面镍基陶瓷颗粒复合功能渗层制备与性能研究[D];兰州理工大学;2011年
8 杨磊;耦合电弧AA-TIG焊接法及焊枪研制[D];兰州理工大学;2011年
9 丁明辉;超音速等离子喷涂Cu-14Al-X合金粉末涂层组织性能研究[D];兰州理工大学;2011年
10 李述辉;数字化脉冲MIG焊机的研制[D];兰州理工大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 詹祖保;吴子健;阮文军;苏芳;;等离子喷焊及应用[J];材料保护;1991年04期
2 董世运,韩杰才,杜善义;激光熔覆铜基自生复合材料涂层及其耐磨性能[J];材料开发与应用;2000年03期
3 崔春翔,吴人洁,王浩伟;原位金属基复合材料的制备原理及工艺[J];材料开发与应用;1995年05期
4 张松,康煜平,文効忠,吴维,王茂才;铝合金表面激光熔覆原位自生TiC增强金属基复合材料涂层[J];稀有金属材料与工程;2001年06期
5 单际国,张迪,任家烈;镍基合金粉末光束堆焊层的微观组织及强化机理 [J];材料研究学报;2002年02期
6 朱六妹,肖孝菊,王伟,谢明立;CO_2焊熔滴过渡特征的分析和研究[J];电焊机;2000年01期
7 张晓囡,李俊岳,李国华,黄石生,薛家祥;CO_2电弧焊电源动特性评定指标的实验分析[J];电焊机;2001年12期
8 王元良,周友龙,胡久富;高效节能的细双丝自动焊接工艺及设备的研究[J];电焊机;2002年03期
9 杨运强,张晓琪,李俊岳,李桓;焊接电弧高速摄影技术及其同步装置[J];电焊机;2003年01期
10 单际国;谭稳达;任家烈;;交流TIG电弧粉末堆焊层成形特点的研究[J];电焊机;2005年11期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 房茂义;双人双面同步钨极氩弧焊接新工艺的应用[J];中氮肥;2000年03期
2 刘雪峰;新型TIG焊程控接触式引孤方式的实现[J];机械工人.热加工;2002年07期
3 张翼;;氩弧焊机电弧不稳定故障产生的原因分析[J];黑龙江科技信息;2010年02期
4 石春;钨极氩弧焊技术问答(三)[J];机械工人.热加工;1993年04期
5 涂益民,张柯柯,谢敬佩,陈大柔;锌基合金钨极氩弧焊焊接工艺的研究[J];热加工工艺;1994年04期
6 张惠冬,张健,阎红蕾;手工钨极氩弧封底焊[J];焊接;1999年12期
7 李自刚,何启健;钨极氩弧焊在制冷行业中的应用[J];现代制造;2003年12期
8 石春;钨极氩弧焊技术问答(二)[J];机械工人.热加工;1993年03期
9 展久存,赵书波,赵小娟;TIG钨极氩弧焊焊炬的改进[J];机械工人.热加工;2001年12期
10 张国铭,王如金,蒲养林;纯铁素体不锈钢0Cr17Ti薄板钨极脉冲氩弧焊接[J];兵器材料科学与工程;1983年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 赵妍;张其枢;;导管自动钨极旋转氩弧焊工艺及应用[A];江苏省机械工程学会第六次会员代表大会论文集[C];2002年
2 伍光凤;孙智富;赵玮霖;罗静;;热镀铝钢焊缝的组织和性能研究[A];海峡两岸第二届工程材料研讨会论文集[C];2004年
3 孙咸;马成勇;韩培德;张汉谦;王宝;;不锈钢焊条熔滴中非金属夹杂物对气孔的影响[A];第十次全国焊接会议论文集(第1册)[C];2001年
4 王德义;赵振国;韦思平;王玉忠;;新型无卤阻燃耐熔滴聚酯的合成与性能[A];2004全国阻燃学术年会论文集[C];2004年
5 王氚;王德义;王俊胜;葛欣国;赵国明;王玉忠;;新型无卤阻燃耐熔滴纳米聚酯的热性能与阻燃性研究[A];2005年全国阻燃学术年会论文集[C];2005年
6 叶云;李巧玲;;SEM对OCr13不锈钢衬里结构的分析[A];第十三届全国电子显微学会议论文集[C];2004年
7 郝向阳;刘吉平;冯顺山;张骞;;MMT/PA纳米塑料的阻燃—抗熔滴性[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2003年
8 张艺萱;刘渊;王琪;;无卤阻燃尼龙6抗熔滴燃烧性研究[A];2010年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集(下册)[C];2010年
9 赵容斌;谭强;;TIG焊接铠装热电偶外套钽管的工艺研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
10 赵海波;王晓琳;刘博文;陈力;王玉忠;;一种新型无传统阻燃元素的阻燃抗熔滴共聚酯[A];2012年中国阻燃学术年会论文集[C];2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 基辅;熔滴图案陶瓷砖生产新工艺[N];广东建设报;2004年
2 茂名安装公司 江辉;氩弧焊在安装锅炉承压管道焊接中的应用[N];广东建设报;2004年
3 盛伟;塑料的燃烧性及火灾扑救原则[N];中国安全生产报;2008年
4 本报记者 姚闻;平凡岗位作贡献[N];西藏日报;2005年
5 祖宝华;半自动FCAW下向焊接工艺在管道施工中的应用[N];石油管道报;2006年
6 ;新型聚酯纤维问世[N];中国纺织报;2003年
7 陈积强 王毅敏(作者单位:上海市安装工程有限公司);略论6000m~(3)/h空分塔施工技术[N];建筑时报;2003年
8 杨家武 李春玲;渤船重工研制出新型二氧化碳焊机[N];中国船舶报;2006年
9 本报记者 曲昌荣;青春在焊花中闪亮[N];人民日报;2009年
10 刘羽;照明新品荟萃[N];中华建筑报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王军;钨极—熔化极间接电弧焊电弧行为及其特点研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 田德文;熔滴与平面和角形结构碰撞的动态行为及形态[D];哈尔滨工业大学;2009年
3 李菊;钛合金低应力无变形焊接过程机理研究[D];北京工业大学;2004年
4 饶政华;熔化极气体保护焊传热与传质过程的数值研究[D];中南大学;2010年
5 曲铭海;侧基含磷阻燃共聚酯/无机纳米复合材料的研究[D];四川大学;2005年
6 孙清洁;超声—TIG电弧复合焊接方法及电弧行为研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 杨旭;电磁控制TIG焊电弧特性及焊缝成形机理研究[D];沈阳工业大学;2012年
8 石里男;焊接电弧引燃过程的机理分析[D];北京工业大学;2011年
9 曹梅青;双丝间接电弧气体保护焊研究[D];山东大学;2006年
10 董华军;真空开关电弧形态研究及其等离子体参数诊断[D];大连理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 何建国;碳钢微小熔滴表面形状控制[D];辽宁工业大学;2011年
2 李昌垒;抗熔滴涤纶纤维的研究[D];浙江理工大学;2009年
3 熊俊;基于ART算法的双钨极耦合电弧温度场光谱诊断[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 袁磊;铝合金交流脉冲熔化极气体保护焊工艺研究[D];上海交通大学;2012年
5 张乐伟;涤纶纤维的有机硅抗熔滴改性及其性能研究[D];浙江理工大学;2011年
6 谢玉福;瓶级回收PET的流变及其抗熔滴纤维的性能研究[D];浙江理工大学;2011年
7 仝维维;CO_2气保焊短路过渡过程的熔滴与熔池行为的仿真研究[D];合肥工业大学;2010年
8 朱剑;热喷涂中熔滴摊开凝固过程的ISPH模拟[D];浙江大学;2011年
9 李清明;T91钢TIG焊活性剂的研究[D];山东大学;2007年
10 钱静娜;等离子喷涂枪水冷却过程的数值模拟[D];沈阳工业大学;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026