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外加磁场作用MIG焊电弧及熔滴过渡行为研究

韩琦  
【摘要】:磁控焊接技术作为近年来逐步完善起来的新型焊接技术,通过外加磁场与焊接电弧、熔滴的相互作用,可对焊接电弧和熔滴过渡进行控制,细化晶粒,提高焊缝力学性能。研究不同外加方式的磁场与MIG焊的作用效果,有助于丰富与完善磁控焊接技术的机理,为推广磁控焊接技术的实际应用奠定理论基础。本文以低碳钢MIG焊为研究对象,通过实验选取合理的焊接工艺参数。借助高速摄影仪对焊接过程进行拍摄,获取外加直流纵向磁场的不同方向、不同励磁电流对MIG焊电弧、熔滴的形态以及运动方式的影响。结果表明:在一定范围内的磁场参数下,随着励磁电流的增加,电弧向外扩张,发生旋转运动,其形状由圆锥形变成钟罩形;熔滴偏离焊丝中心,绕焊丝轴线运动,由球形变成椭球形。通过比较发现,直流纵向磁场的不同方向对焊接电弧、熔滴形态的影响规律是相同的,但对其运动方式的影响则有所不同。通过高速摄影仪观察外加交变间歇磁场对MIG焊电弧、射流过渡的影响,并建立电弧内部带电粒子和液态金属导电流体的运动受力模型来分析焊接电弧与液态金属导电流体的运动机理。研究发现:在励磁电流和励磁频率的作用下,电弧作周期性扩张、收缩变化,并绕焊丝轴线作顺时针、逆时针交替变化,焊丝末端的导电流体则偏离焊丝轴线做旋转运动。当导电流体较短时,近似直线形状,当导电流体较细长时,其旋转运动曲线近似螺旋线状。电弧烁亮区的亮度和形状也会随着导电流体运动的变化而不断变化。在焊接电流为320A,焊接电压为35V,焊接速度为0.7m/min,氩气流量为18L/min下进行MIG焊接实验。当励磁频率为40Hz,励磁电流为0.6A时,焊缝表面平整光滑,鱼鳞纹间隙变得更加均匀、致密;随着励磁电流的增加,焊缝熔宽先增大后减小,熔深先减小后增大;焊缝组织在电磁搅拌作用下得到细化,在励磁电流为0.6A,励磁频率为60Hz时,焊缝组织细化程度最高;焊接接头的硬度值得到明显提高,在励磁频率60Hz,励磁电流0.6A时最大,最大值为281.47HV。


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