磁控焊接电弧特性和熔滴过渡机理研究

论文摘要

电磁作用焊接技术是近年来完善起来的一种新的焊接技术,应用也日趋广泛。电弧弧柱区是由自由电子和带正、负电荷的离子组成的等离子体,具有导电性、电准中性和与磁场的可作用性,因此通过外加磁场可以控制电弧的形态;同时也对处在电弧当中的熔滴过渡过程产生巨大影响。加入适当磁场可以改善焊接的质量。论文将电磁控制电弧焊接机理研究和MIG/TIG焊接技术结合起来,在焊枪上外加间歇交变纵向磁场,使焊接电弧、熔滴过渡过程以及熔池表面都在外加磁场的包围之中,采用先进的高速摄影技术拍摄了纵向磁场作用下的MIG/TIG焊电弧和MIG焊熔滴过渡过程,利用带电粒子在磁场中运动的理论,分析了磁场作用下电弧行为和运动机制,对磁场作用下电弧的运动过程进行了描述,并且得到了外加纵向磁场作用下电弧形态和电弧运动行为的变化规律;同时研究了纵向磁场参数对熔滴形态、熔滴过渡轨迹和熔滴过渡频率的影响规律,为研究纵向磁场作用下电弧特性和熔滴过渡机理提供了坚实的理论基础。在上述理论分析基础上,论文采用外加纵向磁场焊接技术对低碳钢和5A05铝合金进行MIG焊接,研究了外加纵向磁场对低碳钢及铝合金焊缝金属组织及性能的影响。试验结果表明:外加合适纵向磁场作用下,焊缝表面成形良好、焊缝组织得到明显细化,同时发现低碳钢及铝合金焊缝各项力学性能在适当匹配参数的纵向磁场作用下得到不同程度的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 电磁作用下焊接技术的发展现状
• 1.2.1 外加磁场对焊接电弧的影响
• 1.2.2 外加磁场对熔滴过渡的影响
• 1.2.3 外加磁场对焊缝熔池的影响
• 1.2.4 铝合金MIG焊接
• 1.3 本课题研究的目的和意义
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第二章 纵向磁场作用下焊接电弧特性和熔滴过渡机理的试验系统
• 2.1 试验系统组成
• 2.2 磁场发生装置
• 2.2.1 电磁搅拌装置
• 2.2.2 激磁线圈的设计
• 2.3 MIG/TIG焊机
• 2.3.1 MIG焊机
• 2.3.2 TIG焊机
• 2.4 高速摄影系统
• 2.4.1 熔滴过渡高速摄影装置及光路
• 2.4.2 焊接电弧高速摄影装置及光路
• 2.4.3 高速摄影机
• 第三章 纵向磁场作用下TIG/MIG焊的电弧特性
• 3.1 电弧区域磁场分布
• 3.2 纵向磁场作用下高速摄影电弧拍摄试验方案
• 3.3 纵向磁场作用下焊接电弧特性
• 3.3.1 纵向磁场对TIG电弧形态的影响
• 3.3.2 纵向磁场对MIG电弧的影响
• 3.3.3 纵向磁场作用下MIG电弧的运动机制
• 第四章 纵向磁场作用下MIG焊熔滴过渡过程
• 4.1 纵向磁场作用下高速摄影熔滴过渡拍摄试验方案
• 4.2 纵向磁场对MIG焊熔滴过渡的影响
• 4.2.1 纵向磁场作用下熔滴过渡的频率变化
• 4.2.2 纵向磁场作用下熔滴形状和过渡轨迹的变化
• 4.3 纵向磁场作用下熔滴的受力分析
• 第五章 纵向磁场对焊缝组织及力学性能的影响
• 5.1 试验方案
• 5.1.1 低碳钢MIG焊
• 5.1.2 铝合金MIG焊
• 5.1.3 金相试验
• 5.1.4 拉伸试验
• 5.1.5 冲击试验
• 5.2 纵向磁场对低碳钢组织及力学性能的影响
• 5.2.1 纵向磁场对低碳钢焊缝外观及微观组织的影响
• 5.2.2 纵向磁场对低碳钢焊缝力学性能的影响
• 5.3 纵向磁场对铝合金组织及力学性能的影响
• 5.3.1 纵向磁场对铝合金焊缝外观及微观组织的影响
• 5.3.2 纵向磁场对铝合金焊缝力学性能的影响
• 5.3.3 纵向磁场对铝合金焊缝形状的影响
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢