焊接电弧中电磁力的分析

在电焊过程中,焊接电弧不仅是一个热源,而且也是一个力源.焊接电弧产生的电磁力,与焊缝的熔深、熔池的搅拌、熔滴过渡以及焊缝成形等都有直接关系.     

电磁力及其对MIG焊接熔池流场的影响

MIG焊接熔池具有不规则的表面边界,温度较高且分布极不均匀,在电磁力、浮力、表面张力等的作用下发生剧烈运动.基于熔池表面变形较大时电弧电流密度的双峰分布模型,建立了电磁力的计算模型.采用数值模拟技术研究了熔池中的流体力学行为,揭示了焊接工艺参数对熔池流场的影响规律.实验表明,计算与实测结果符合良好.     

电磁力及其对MIG焊接熔池流场的影响

MIG焊接熔池具有不规则的表面边界,温度较高且分布极不均匀,在电磁力、浮力、表面张力等的作用下发生剧烈运动.基于熔池表面变形较大时电弧电流密度的双峰分布模型,建立了电磁力的计算模型.采用数值模拟技术研究了熔池中的流体力学行为,揭示了焊接工艺参数对熔池流场的影响规律.实验表明,计算与实测结果符合良好.     

反射式高速摄影对焊接熔池熔化现象研究及移动可调式氙灯试制

为清晰地拍摄焊接电弧、熔滴过渡,焊接熔池,我们试制了移动可调式氙灯,并采用了“反射法高速摄影”解决了焊接电弧,特别是有关熔池熔化现象的研究,取得了满意效果。“反射法高速摄影拍摄焊接熔池”在国内首次采用,得到了焊接电弧专家们好评,被评为“具有国内先进水平”。     

熔池表面形状对电弧电流密度分布的影响

电弧电流密度分布决定着电弧热流密度、电弧压力的分布,是了解焊接电弧物理本质,建立 焊接过程数学模型的基础.根据电弧物理的基本原理,建立了电弧电流密度在变形熔池表面 上的分布模型,定量分析了熔池表面形状对电流密度分布的影响规律.计算表明,电流密度 在电弧中心线附近呈双峰分布,在离开电弧中心线一定距离处变为单峰分布,熔池表面形状 对电流密度分布有明显的影响.基于该模型计算的焊缝几何形状与实测结果符合得较好. 关键词： 熔池表面变形 电流密度 分布模型     

双面电弧焊接的传热模型

将等离子焊接(PAW)电弧和钨极氩弧焊(TIG)电弧串接,相对作用于工件的正反面形成双面电弧焊接(DSAW)系统,可以引导焊接电流沿工件厚度方向流过小孔,补偿等离子电弧穿透工件时消耗的能量,以有效地提高等离子弧的穿透能力.综合考虑影响双面电弧焊接正反面熔池几何形状的力学因素,建立了熔池表面变形的控制方程,以此为基础并采用帖体曲线坐标系建立了DSAW焊接传热的数学模型,分析了DSAW,PAW焊接传热的差异,从传热的角度解释了DSAW焊接熔深增加的原因.焊接工艺实验表明,计算结果与实测结果吻合良好. 关键词： 双面电弧焊接(DSAW) 传热模型 熔池表面变形模型     

药芯焊丝TIG焊电弧特性的光谱分析

利用光谱诊断方法结合高速摄像研究所提出的药芯焊丝的填丝TIG焊接新工艺的电弧特性,借助高速摄像研究药芯焊丝TIG焊的熔滴过渡方式;通过对焊接电弧进行光谱采集点扫描,对采集的谱线进行元素标定,以药粉中活性元素K和Na作为追踪目标,统计得到电弧中药粉成分的分布范围;并利用Boltzmann图法计算TIG焊电弧的温度场分布,分析了熔滴过渡方式对电弧温度场分布的影响。研究结果表明,通过调整丝极间距,得到药芯焊丝TIG焊的三种典型的熔滴过渡方式：滴状过渡(2 mm)、渣柱过渡(5 mm)和搭桥过渡(7 mm)。药粉中的活性元素K和Na等集中分布在熔池上方的电弧空间,且其分布受丝极间距的影响,丝极间距越小其分布越靠近钨极,容易造成对钨极的污染。不填丝TIG焊的电弧温度分布呈钟罩形,等温线关于钨极轴线近似对称分布;与不填丝TIG焊相比,药芯焊丝TIG焊的电弧温度场受熔滴过渡的影响发生了不同程度的扭曲,滴状过渡的电弧温度场扭曲严重,焊接过程中飞溅较大;相比于滴状过渡,渣柱过渡和搭桥过渡的电弧温度场扭曲程度较小且焊接过程稳定,适合该TIG焊方法的使用。     

焊接热输入对高温熔池形态的影响

焊接熔池形态对焊接过程和焊接质量有着重要影响,熔池的形状不仅决定了焊缝的形状,而且对焊缝的组织、力学性能和焊接质量均有重要影响。本文使用ANSYS有限元软件,采用"生死单元"技术,对X80管线钢复合型坡口多层焊的焊接过程进行二维模拟,研究各填充焊层受后一焊层热影响后,其高温停留时间和熔深随焊接热输入的影响规律。结果表明,焊层的峰值温度随着热输入的增加而增大,填充焊层焊接热输入从13.25 kJ/cm增加到14.57 kJ/cm,高温停留时间的百分比增量是热输入从12.04 kJ/cm增加到13.25 kJ/cm的一半;而各焊层熔深的增加值不变,均为0.45 mm。     

氧引入对气体熔池耦合活性TIG焊电弧的影响

气体熔池耦合活性TIG焊接方法是一种新型的活性焊接方法,该方法采用内外两层气体进行TIG焊,内层惰性气体保护熔池金属和钨电极,外层气体引入活性元素O,使焊缝熔深增加,并通过调节内外喷嘴的相对位置,简单方便地调节外层活性气体与熔池表面的耦合度,实现对焊缝成形和焊缝性能的控制。外层气体的引入对焊接电弧有着重要的影响,因此针对气体熔池耦合活性TIG电弧,采用Boltzmann作图法分析了外层气体为O2时不同耦合度下电弧等离子体的温度分布,在此基础上研究了电弧电压和电弧形貌的变化规律。结果表明,与普通TIG电弧对比,气体熔池耦合活性TIG焊时,外层气体引入氧可使电弧略有收缩,电弧中心温度升高,同时电弧电压上升;与内外层气体都为Ar的情况相比,外层采用O2对电弧的收缩作用更明显。当耦合度从0增加到2时,电弧中心温度和电弧电压都略有上升。在气体熔池耦合活性TIG焊中电弧收缩不明显,进行不锈钢焊接时熔深显著增加的主要机理不是电弧收缩。     

大功率光纤激光焊焊缝跟踪偏差红外检测方法

精确控制激光束使其始终对准并跟踪焊缝是保证激光焊接质量的前提.针对大功率(激光功率10 kW)光纤激光焊接304型不锈钢紧密对接焊缝(间隙为0-0.1 mm),研究一种基于红外热像的焊缝跟踪偏差检测新方法. 采用红外传感高速摄像机摄取焊接区域熔池红外动态热像,分析激光束对准和偏离焊缝中心时的熔池温度分布和红外辐射特性,以熔池匙孔形变参数和热堆积效应参数作为激光束与焊缝中心偏差检测特征值,通过图像识别技术研究和分析特征值与焊缝偏差之间的关系. 激光焊接试验结果表明,熔池匙孔形变参数和热堆积效应参数与焊缝偏差 关键词： 大功率光纤激光焊 焊缝跟踪偏差 红外热像 检测     

滴状冷凝传热的多尺度规划与最佳接触角

滴状冷凝传热过程具有典型的多尺度特征,一方面体现于壁面上液滴尺寸分布的空间多尺度特征以及液滴生长过程的时间多尺度分布,另一方面体现于冷凝壁面物理化学特性以及液固相互作用特性的描述和量度上的多尺度特征.本文基于包含界面效应影响的滴状冷凝传热模型,分析了液滴尺寸分布的多尺度特征及其对滴状冷凝传热性能的影响,并通过分析液滴尺...     

旁路耦合电弧焊温度场模拟及验证

针对旁路耦合电弧焊的特点, 建立了一种适于用旁路耦合电弧焊的复合热源模型. 利用该热源模型对不同焊接参数下的旁路耦合电弧焊温度场进行了数值分析, 得到了总电流相同时不同旁路电流下的焊缝熔深、母材温度和特征点焊接热循环曲线的模拟结果, 分析了旁路耦合电弧焊焊接参数对母材热输入的影响, 并将特征点热循环曲线的模拟结果与相同条件下的试验结果进行了比较. 结果表明, 焊接总电流相同时母材热输入随着旁路电流的增加而降低, 且越靠近焊缝母材热输入的降幅越大, 特征点焊接热循环曲线的模拟结果与试验结果基本一致, 旁路耦合电弧焊温度场模型是合理的, 所建立的热源模型能够正确反映焊接参数与母材热输入之间的关系.     

Characterisation of a laser droplet formation process by acoustic emission

The aim of this article is to describe an application of acoustic emission to characterise a process of laser droplet formation from a metal wire. Laser droplet formation is a crucial process in new laser droplet welding technology, where parts are joined by means of the heat content of a liquid metal droplet deposited onto the parts to be joined. A laser beam is used for heating and melting the wire tip, and for detaching the molten pendant droplet. Depending on the process parameters, three different outcomes of the process can be observed: (1) no droplet formed; (2) a droplet formed but not detached; (3) a droplet formed and detached from the wire. It is shown that AE can be used to monitor the process and to indicate the different process outcomes.     

Laser transmission welding of composites – Part B: Experimental validation of numerical model

In this paper, experimental measurements are performed to confirm the global analytical model (refraction and absorption phenomena) presented in the previous work. Initially, an experimental approach to the estimation of the laser beam spread in a semi-transparent composite and at interface (width of the output beam) subjected to an incident heat flux, was presented. This parameter represents a fundamental input data for the global analytical model (refraction and absorption) during the numerical simulation of transmission infrared welding. Then, an experimental setup for the temperature measurement is performed using infrared camera, during infrared transmission welding of materials joints to validate the welding simulation results (a transient numerical model, based both on conduction and radiation mode heat transfer) with the developed analytical model. The commercial FEM software COMSOL Multiphysics® is used to compute temperature distribution by implementing a radiative source term. Numerical simulations are compared with experimental data. The agreement between simulations and experiments is fair, which gives confidence to use the developed model with acceptable accuracy.     

A keyhole volumetric model for weld pool analysis in Nd:YAG pulsed laser welding

This study presents a new model for analyzing the temperature distribution and weld pool shape in Nd:YAG pulsed laser welding. In the proposed approach, a surface flux heat transfer model is applied in the low laser energy intensity region of the weld, while a keyhole heat transfer model based on a volumetric heat source is applied in the high laser energy intensity region of the weld. The correlation between the intensity of the laser input energy and the geometric parameters of the volumetric heat source is derived experimentally. A series of MARC finite element simulations based on the proposed single pulse model are performed to investigate the shape and size of the weld pool given different laser energy intensities. A good agreement is observed between the simulation results and the experimental results obtained under equivalent single pulse welding conditions. Thus, the basic validity of the proposed model is confirmed.     

旋流喷雾燃烧的直接数值模拟

对三维旋流喷雾燃烧进行了初步的直接数值模拟,其中液滴蒸发采用无限热传导蒸发模型描述,气相燃烧采用自适应单步反应机理,液滴的跟踪在拉格朗日框架中进行。模拟结果表明,喷雾燃烧的火焰结构十分复杂,仅采用传统的非预混燃烧模型是不够的。在蒸发和燃烧共存并存在强烈相互作用的区域,组分与混合物份额之间存在着复杂的关联,这给发展精确的湍流喷雾燃烧模型带来了挑战。