极性对自保护药芯焊丝电弧焊光谱特征的影响

由于自保护药芯焊丝具有抗风性以及优异的焊缝性能,已广泛应用于野外管道焊接以及大型机械的修复过程。电极极性是影响焊接过程的重要工艺参数。为了研究电极极性对电弧等离子体的影响机理,设计电弧等离子体空域中各点逐步扫描的同步采集系统,通过光谱特征谱线的分析,采用Stark谱线轮廓法计算电子密度,并且基于Boltzmann作图法计算电弧等离子体的温度,同时针对Al和Mg活性元素的分布特征进行分析。结果表明,靠近电极处,沿y轴负方向,直流正接时(焊丝接电源负极性),弧柱中心区电弧电子密度、电弧温度和活性元素呈现“水滴状”分布。而直流反接时(焊丝接电源正极性),弧柱中心区电弧电子密度、电弧温度和活性元素的分布特征表现为“手指状”分布。根据“自磁收缩”的原理,直流正接条件下,活性元素在径向方向受到的电磁力较小,整体分布呈现发散状。直流反接条件下,活性元素在径向方向受到的电磁力较大,收缩较为严重,整体表现为收缩状态。采用相同的电参数时,直流反接条件下弧柱中心区的电弧电子密度、电弧温度均大于直流正接条件下得到的电子密度和电弧温度,其中电子密度分布特征和带电粒子的电离程度是影响电弧温度的主要因素。在相同的电...     

氩孤钎焊加热区比热流分布的动态分析

通过对不同弧长、不同电流氩弧的高速摄影拍摄以及利用影片数据分析处理系统对其动态过程的研究,发现用高斯函数模拟氩弧钎焊加热区的比热流q(r)分布特性时,理论计算值与测量值符合得较好.实验结果表明,氩弧钎焊时采用大电流的焊接规范既不经济亦无必要.因为,由q(r)分布模型可知,当弧长不变增加焊接电流时,氩弧钎焊加热区半径变小,而q_m急剧增大,往往诱发液态钎料过热,毛细填充作用不强等问题,使钎焊质量下降;当焊接电流不变增加弧长时,加热区半径显着增大,q_m减小,反而有利于保证氩弧钎焊质量和生产效率.     

不同水深下水下湿法焊接电弧引弧温度计算

水下湿法焊接技术近年来得到了广泛应用,但目前对水下湿法焊接引弧过程的物理本质的研究很少。首先搭建了水下湿法焊接电弧光谱诊断平台,同步采集不同水深条件下焊接过程中的电流、电压及光谱信号,对不同水深条件下水下湿法焊接引弧阶段进行界定,高速摄像机拍摄水下湿法焊接引弧过程以更直观观察引弧过程中电弧、气泡等水下动态变化。在此基础上,设置光谱仪延时,分别采集了引弧5,10,15,20及25 ms的光谱信号;改变水深条件,得到不同水深条件下引弧不同时刻的电弧光谱图。根据谱线选取原则综合分析,选取Fe元素作为计算水下湿法焊接引弧电弧温度的特征元素。引弧不同时刻均选取了五组数据,运用统计分析的方法对五组数据做平均化处理,以保证计算结果的准确性和可靠性。从Fe元素谱线中选取了五条合适的谱线作为计算水下湿法焊接引弧过程电弧温度的目标谱线,再利用玻尔兹曼图示法分别计算了不同水深条件下引弧不同时刻的水下湿法焊接电弧等离子体温度。结果表明：在相同水深条件下,引弧过程中电弧等离子体温度是随着引弧时间的不断增加而不断变化的,但其变化趋势并不是简单的线性增加,而是分别在引弧的不同时刻出现峰值;随着水深的增加,水下湿法焊接电弧等离子体的温度也随着上升,但其电弧温度的上升趋势开始变缓慢,40 m水深相对于20 m水深的电弧温度上升量要低于20 m水深条件下相对0.3 m水深条件下的电弧温度上升量。伴随着水深的增加,水下环境压力增大造成电弧进一步压缩,但压缩量有限。由于电弧被压缩,弧光的强度也增大。通过光谱分析的方法,从电弧物理的角度获悉水下湿法焊接引弧过程的物理本质,对认识电弧建立过程中微观击穿机理及实际生产中进一步提升引弧过程的稳定性提供了重要参考。     

基于光谱分析的CO_2激光+脉冲GMAW复合焊峰值状态激光能量传输研究

在激光+脉冲GMAW复合焊接过程中,焊丝端部金属熔化产生大量的金属蒸汽,导致等离子体中电子、粒子的扩散现象加剧,使得激光的传输模式和工件对激光能量的吸收率和吸收模式发生变化。基于光谱分析的方法得到了复合焊接峰值状态的电子密度和温度分布,通过高速摄影分析了不同焊接模式下等离子体形态的变化,结合Beer-Lambert吸收定律计算了不同焊接模式下激光的吸收率。结果表明,在复合焊过程中,由于焊丝端部金属被熔化,焊丝的金属蒸汽进入激光等离子体内部,导致激光匙孔上方电子密度进一步提高,等离子体吸收激光能量能力增强,使得激光的传输效率从纯激光焊的94.16%降低到了CO_2激光+脉冲GMAW复合焊的85.84%。     

聚变堆用CLF-1 钢与316L 钢TIG 焊接接头组织与性能初步研究

对用W19123L 为焊丝的聚变堆用低活化CLF-1 钢与316L 钢的钨极氩弧焊(TIG)焊接接头金相组织及性能进行了初步研究。结果表明：焊接接头成型良好、无缺陷;金相组织表明焊接接头由CLF-1 侧(母材区、热影响区、熔合区)、过渡层、焊缝区、316L 侧(母材区、热影响区、熔合区)组成;室温拉伸试验结果优于母材的最低要求值;弯曲试验后的焊接接头内外表面完好,无裂纹产生,变形均匀;焊接接头冲击值成凹型分布,焊缝区冲击值最低,焊缝两侧热影响区冲击值次之,母材冲击值最高,316L 侧冲击值略高于CLF-1 侧,均满足焊接接头设计值;焊接接头上表面1.6mm 硬度波动较大,略高于1/2T 和下表面1.6mm 处,焊接接头1/2T 和下表面1.6mm 硬度分布较均匀,从CLF-1 侧到316L 侧有下降趋势。整体焊接性能基本稳定,满足异种钢焊接性能匹配要求。     

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     

水下湿法焊接引弧过程等离子体温度及电子数密度研究

水下湿法焊接技术近年来得到了广泛应用,但缺乏对其机理方面的研究,利用光谱分析的方法对水下湿法焊接引弧过程的电弧等离子体温度和电子数密度进行了研究。首先搭建了水下湿法焊接电弧光谱诊断平台,对焊接过程中的电流电压及光谱信号进行了同步采集,根据电流电压信号的数据对水下湿法焊接引弧过程进行了界定。在此基础上,通过光谱仪的延时功能分别采集了引弧5, 10, 15, 20及25 ms的光谱信号,对采集的光谱信号进行分析,标定了计算等离子体温度及电子数密度所需要的Fe元素谱线和H元素谱线,为了保证计算结果的准确性和可靠性,引弧不同时刻均选取了五组数据,运用统计分析的方法对五组数据作平均化处理,在标定的Fe元素谱线中选取了五条合适的谱线,利用玻尔兹曼图示法分别计算了引弧不同时刻的水下湿法焊接电弧等离子体温度,同时,根据光谱仪检测到的氢元素的α谱线,结合等离子体发射光谱的斯塔克谱线展宽理论,计算了水下湿法焊接引弧不同时刻的电子数密度。计算结果表明:在引弧的不同时刻,水下湿法焊接电弧等离子体温度变化呈现不同的特点,在引弧5和20 ms温度值分别出现峰值,到最后稳弧时刻温度值达到4 414 K;电子数密度在引弧不同时刻也不同,同样在引弧5和20 ms出现峰值,在出现峰值点的时刻,电流同样出现峰值。电弧等离子体温度和电子数密度在引弧不同时刻的变化趋势,验证了电弧的形成伴随着空间间隙被击穿的过程,其计算结果可以为进一步从电弧物理的角度探寻水下湿法焊接引弧过程的物理本质,引导并寻求更有效的引弧方法提供重要参考。     

RAFMs �к��TIG ���µ��¶ȳ���Ӧ�����о�

应用ANSYS软件对低活化马氏体/铁素体钢(RAFMs)中厚板多道焊接过程进行三维有限元模拟,将得到的温度场和应力场分别与实验对比,对焊缝区和热影响区宽度进行预测,并通过焊接实验进行验证,同时对焊后的试件进行了金相分析和硬度测试。结果表明：温度场和应力场模拟结果和实测结果基本一致,焊缝区以及热影响区宽度的模拟结果和实测结果基本吻合;采用316L焊丝填充的焊缝,焊缝与母材熔合较好,焊缝没有明显缺陷;硬度检测呈现：焊缝的硬度大大高于热影响区和母材。     

RAFMs 中厚板TIG 焊下的温度场和应力场研究

应用ANSYS 软件对低活化马氏体/铁素体钢(RAFMs)中厚板多道焊接过程进行三维有限元模拟,将得到的温度场和应力场分别与实验对比,对焊缝区和热影响区宽度进行预测,并通过焊接实验进行验证,同时对焊后的试件进行了金相分析和硬度测试。结果表明：温度场和应力场模拟结果和实测结果基本一致,焊缝区以及热影响区宽度的模拟结果和实测结果基本吻合;采用316L 焊丝填充的焊缝,焊缝与母材熔合较好,焊缝没有明显缺陷;硬度检测呈现：焊缝的硬度大大高于热影响区和母材。     

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。     

基于CCD的金属直接成型过程监控系统

采用等离子弧三维焊接直接制造金属零件的快速成型方法是一种新型的制造工艺,为了实现成型过程中的精度控制,采用了CCD视觉监控系统,为了避免弧光干扰,分析了等离子弧光的光谱特性,设计了光学滤光系统.通过对熔池图像进行二值化处理,并采用模糊PID的控制策略对焊接熔池进行控制,试验结果证明可以改善成型质量.     

激光—双丝复合焊接电弧等离子体温度计算及耦合机理分析

采用光纤式光谱仪,对激光—双丝脉冲MIG复合焊接电弧等离子体辐射规律进行探讨,结合焊接过程中的高速摄像图片探讨激光与电弧的耦合机理,并运用Boltzmann图法计算出电弧等离子体的电子温度。结果表明,加入激光后,电弧的亮度提高,辐射增强,电弧偏向激光作用位置,同时电弧收紧,电弧截面减小,电弧稳定性增强;激光功率、焊接电流和焊丝间距对电弧等离子体温度有比较大的影响,随着激光功率的增加、焊接电流增大和焊丝间距的减小,电弧等离子体电子温度升高。     

HL-2M 支撑系统制造工艺研究

在 HL-2M 装置支撑组件的研制中，采用了特制控氮不锈钢、结合 GMS310 焊丝和 Ar(96%)+N2(4%) 保护气体的焊接工艺以及低速和大进给量的机加方式把磁导率控制在≤1.03 的设计范围内。为保障 HL-2M 装置装 配时线圈系统的精确定位和安装，在研制阶段对极向场线圈支撑子系统进行了预装。     

等离子弧焊接熔池演变过程的模拟和验证

本文建立了描述等离子弧焊接熔池相变传热与流动的三维数理模型,考虑表面张力、电磁力和浮升力的作用,并针对等离子弧焊接特点,改进组合式体积热源模型,上部采用双椭球热源,下部采用圆锥体热源。重点分析了焊接熔池形状和温度场的演变过程,熔合线的模拟形状与实验焊缝吻合,较好地呈现了焊缝的凸起和熔池宽度,验证了数学模型和热源模型的正确性。本文还进一步开展了焊接功率和焊接速度的影响分析。研究结果表明,流动对焊缝形状的影响不容忽略,而表面张力在三个流动驱动力中占主导地位;焊接功率越大,焊接速度越小,越有利于焊件焊透,数值模拟得到优化的焊接功率和速度有益于实际焊接生产质量及效率。     

焊接材料数据库设计与实现

焊接材料选择是焊接中非常关键的一步，但焊接材料种类繁多，为了合理地选择焊接材料，利用PowerBuilder开发焊接材料数据库系统。该系统对国内外焊丝、焊条及焊剂等焊接材料信息数据进行了科学的分类管理，提供了高效的查询方法，实现了焊接材料数据的添加、修改、删除及保存。     

ITER边缘局域模线圈研制焊接形变测量研究

针对ITER边缘局域模(ELM)线圈在研制和焊接过程中的焊接形变测量问题,提出了一种基于激光扫描和逆向建模技术的线圈焊接形变量检测方法.实验表明,该方法对曲面的检测精度可以优于0.1mm,有效地解决了焊接过程中的焊接形变定量检测难题.在ITER ELM线圈焊接工艺改进和评定中,用该方法完成了焊接过程中线圈和工装的形变量...     

不同水深水下湿法焊接电弧等离子体数密度研究

水下湿法焊接技术应用日益广泛,由于特殊的焊接条件,导致深水下其焊接质量亟待改善。通过搭建水下湿法焊接实验平台,压力罐调节气压分别模拟0.3, 20和40 m水深,界定焊接引弧阶段,分别采集三个水深环境条件下焊接引弧阶段的光谱信息及电压电流数据,采集光谱信息时利用光谱仪的延时触发功能,分别采集引弧5,10,15,20和25 ms时刻的光谱数据,对采集到的电弧光谱数据整理后进行诊断分析。诊断分析时结合NIST原子光谱数据库以及特征谱线的相关数据,得到各元素粒子的识别结果。对于高价态的元素离子态,因为其电离能比较大,激发电离程度会受到电弧温度变化的影响,不能仅靠光谱图进行识别诊断,还需要进一步对其组分进行数密度计算。结合水下湿法焊接电弧光谱诊断的信息和水下湿法焊接反应过程,确定出计算中要考虑的电弧等离子组分的18种粒子,求解由沙哈方程、解离电离方程、准中性方程、气体压力平衡方程等组成的方程组,采用牛顿迭代法对方程组进行联立求解,对于求解非线性方程组,采取分段赋值的方法,得到等离子体组分在三个水深环境下的数密度,并对其变化规律进行分析,探究不同水深环境对焊接电弧等离子体数密度影响及因素。研究表明各个粒子数密度在不同水深条件下的变化是非线性的,随着水深加大电弧数密度变化幅度也快速增大。随着水深的增加,电弧会受到压缩,但电弧不能无限制被压缩;粒子的电离受温度的影响,温度越大电离作用越强烈,但当温度升高到一定程度时,各个电离作用有其电离极限,粒子数密度也不会无限增大。通过不同水深条件下焊接电弧引弧阶段数密度的计算,对水下焊接电弧引弧阶段粒子产生的机理进行了研究,为提高水下焊接电弧稳定性及电弧模拟仿真计算等提供了理论依据。     

HTS电流引线中接头电阻的研究和焊接工艺

针对Bi-2223/Ag-Au高温超导带材制造的二元HTS电流引线设计中不同材料之间连接的技术要求,设计了减小接头电阻的焊接工艺实验,包括焊接温度、焊料、搭接长度和焊锡层厚度对接头电阻的影响。着重分析了HTS电流引线中应用的三种接头的焊接工艺对焊接电阻的影响,并总结出在HTS电流引线中接头电阻的焊接工艺参数。     

等离子弧焊接熔池演变过程的格子Boltzmann模拟与验证

本文应用基于分子动理论的格子Boltzmann方法,建立了描述定点等离子弧焊接熔池动态演变过程的二维数理模型,对相变过程的传热与流动现象开展模拟;根据焊接过程能量分布特点改进等离子弧的组合式热源模型,采用total-enthalpy模型求解温度、速度分布及追踪相界面。研究结果表明,模拟的熔合线形状与实验焊缝吻合,格子Boltzmann模拟得到的计算精度及计算效率均优于基于连续流体假设的有限容积法,验证了格子Boltzmann方法用于等离子弧焊接模拟的可行性和优越性;熔池中出现两个方向相反的环流,流动对焊缝形状的作用不容忽略;熔池的流动方式影响了温度场、速度场及二者协同度,直接影响固相线上的热量传递,促进了焊缝中部凸起的形成。     

如何避免电器元件的虚焊

在电学实验中,焊接是保证电路发挥功能的重要工艺过程.焊接质量的好坏,直接影响线路及电子装置的工作性能.笔者在多年的教学实践中,发现除个别学生在调试时安装错误外,大部分的毛病是虚焊. 虚焊会使电路工作不正常,而且易于脱落,给电路的调试带来很大的不便.因此在进行焊接时尤应注意.如何防止焊接中的虚焊呢?我采用以下方法,取得一定成效.