钨极氮弧焊焊接电弧数值分析

以直流钨极氮弧焊电弧为研究对象，根据磁流体动力学理论构建轴对称两维数学模型，建立模型时考虑阴极的几何形状，在此模型上对氮气保护TIG焊接电弧进行数值分析．数值模拟所得电弧等离子体温度分布规律显示氯气电弧的最高温区出现于近阳极区域，这个结果与试验情况相当吻合，并与相同条件下氩气电弧的温度场进行了比较．在此基础上对电弧压力和电流密度以及等离子速度场进行了模拟分析；同时分析了不同电流和弧长对等离子流速度分布的影响，结果表明等离子体速度值随着电流的增加而增大。随着弧长的增加而减小．     

焊接参数与等离子弧相互关系的研究

基于双区域近似弧柱模型的理论 ,研究了焊接工艺参数与转移型等离子弧的相互关系 ,给出了在不同离子气流速和喷嘴直径的条件下 ,电弧弧柱半径、电压及喷嘴出口处压力随电流变化的曲线 ,研究结果表明 ,计算结果与实验值吻合良好 同时还分析了离子气流速和喷嘴直径对等离子弧功率与电弧力的影响 ,以及钨极内缩量对电弧的压缩效果的影响     

焊接参数与等离子弧相互关系的研究

基于双区域近似弧柱模型的理论,研究了焊接工艺参数与转移型等离子弧的相互关系,给出了在不同离子气流速和喷嘴直径的条件下,电弧弧柱半径、电压及喷嘴出口处压力随电流变化的曲线,研究结果表明,计算结果与实验值吻合良好,同时还分析了离子气流速和喷嘴直径对等离子弧功率与电弧力的影响,以及钨极内缩量对电弧的压缩效果的影响。     

气体熔池耦合活性TIG焊电弧传热传质过程的数值分析

针对气体熔池耦合活性TIG焊电弧,建立焊接电弧传热传质过程的数学模型.采用简化阴极边界层模型对阴极与电弧耦合求解,计算得到气体熔池耦合活性TIG电弧等离子的温度、氧气分布、等离子体流速、电势和电流密度等特征参数,并与传统TIG电弧进行对比.结果表明:氧气主要分布在电弧外围,只有少量进入电弧内部;与TIG电弧相比,相同焊接参数下气体熔池耦合活性TIG焊电弧温度上升,等离子体流速增大,电弧略有收缩,阳极表面电流密度、热流密度与电弧压力峰值均增大.     

钨极氩弧焊焊接电弧数值分析

以钨极氩弧焊(TIG)电弧为研究对象，根据磁流体动力学理论构建了电弧数学模型，并对TIG焊接电弧进行了数值分析．数值模拟所得电弧等离子体温度分布与试验值相当吻合．在此基础上对电弧压力和电流密度进行了分析，并通过试验验证了模拟结果．实验结果表明，在本试验条件下，电弧压力分布符合双面指数曲线分布，电流密度分布符合高斯分布规律．     

焊接电弧形貌判别模型及钨极高度的影响规律

在不同的焊接工艺参数下,电弧具有不同的几何形貌,焊接工艺参数的改变会实时地引起电弧形貌发生变化。借助高速摄像和图像处理技术,通过将弧柱边缘像素点的坐标从图像坐标系转换至以弧柱质心为原点的极坐标系,该文提出了一种基于极坐标的电弧形貌判别模型,实现了电弧形貌的有效识别,并研究了不同焊接电流下电弧形貌与钨极高度的定量关系。试验结果表明:在不同的焊接电流和钨极高度下,电弧存在扁锥形、钟罩形、长锥形和长条形4种典型形貌。电弧呈现钟罩形时,电弧的横向摆动幅度较小,有利于焊接电弧的稳定燃烧和保证焊缝成形质量。随着焊接电流的变化,不同电弧形貌对应的钨极高度范围也会发生改变。基于电弧形貌的钨极高度控制策略,为自动化焊接中实时控制钨极高度提供了新途径。     

TIG电弧弧柱机制的静电探针分析

利用自行研制的运动铜丝静电探针,对TIG电弧进行低扰动诊断,测量弧柱区不同位置的电位.结合静电探针与等离子体相互作用机理分析电位波形的形成机制.研究发现,当探针位于电弧的中央区域时,探针与载流等离子体和非载流等离子体发生交替接触,使探针上的电位呈负电位和零电位交替变化.据此提出摆动载流通道TIG电弧模型.在电极的阴极斑点和工件的阳极斑点之间,形成一种直径小于弧柱的载流通道,它以数百赫兹的频率,在电弧内部温度较高的等离子区旋转和摆动,承担所有的电弧电流.而在载流通道没有运动到的外围温度区域,则呈现温度较低的负离子区.     

真空电弧阳极斑点的形成过程及纵向磁场的影响

本文通过实验观察了阳极斑点形成过程中电弧电压和孤柱电位分布的变化及纵向磁场在其中的影响,并测量了电子温度和密度值。实验中还观察了因弧柱收缩所产生的相应变化。实验中发现了两种不同的阳极斑点模式——辉点和块熔斑点。文中提出弧柱收缩的理论对阳极斑点现象及纵向磁场的作用进行解释,认为弧柱收缩是阳极斑点形成的中间过程。文中以此理论为基础建立了数学模型。该模型首次给出了在具有纵向磁场的真空电弧中阳极斑点形成过程的定量关系。实例计算结果与实验基本相符。     

极性对载流电弧演化及其烧蚀的影响

在自制的载流电弧试验机上进行了极性对载流电弧的演化过程和烧蚀影响试验。试验结果表明:当钨探针为阳极、铜试样为阴极时,载流电弧燃烧剧烈,燃弧时间长,大量蒸气溢出,载流摩擦副的烧蚀严重;当钨探针为阴极、铜试样为阳极时,载流电弧燃烧剧烈程度明显减弱,燃弧时间短,少量蒸气溢出,载流摩擦副的烧蚀较轻。载流电弧具有明显的极性特性,从带电粒子的产生机理、电弧状态和电弧烧蚀机理方面进行了分析,发现阳极材料蒸发气化是电弧燃烧的主要影响因素,可通过分散电子对阳极材料的热输入来抑制电弧燃烧,缩短金属蒸气态电弧存在时间以减轻电弧烧蚀。     

低气压直流氩气辉光放电的数值模拟研究

建立了一维氩气直流辉光放电自洽流体模型,采用对流与扩散方程来描述带电粒子在间隙中迁移、扩散以及电子的能量变化过程,并考虑了空间电荷对电场的影响以及离子撞击阴极产生的二次电子发射作用.采用有限元法对放电模型进行数值求解,得到了放电电流随时间的演化波形,以及放电稳定后带电粒子的浓度与总通量密度的空间分布,同时也求得了电子能量与电场的空间分布.计算结果表明:加压25μs后,放电逐渐趋于稳定状态;当放电稳定后,在阴极位降区附近,离子密度比电子密度高几个数量级,在正柱区附近两者浓度几乎相等;电子能量在阴极位降区内达到峰值29 eV,而在负辉区及正柱区几乎保持不变;放电电流密度在阴极位降区主要由流向阴极的氩离子及其产生的二次电子所贡献,而在负辉区和正柱区,电子成了放电电流密度的主要贡献者.     

新型变极性等离子弧焊设备的研究

研究并设计了一种用于铝镁金属及其合金焊接的新型不对称变极性等离子弧焊设备．交变方波的正、负半波电流分别由两台独立的直流电源供电．与传统变极性等离子弧焊设备最大的不同是在焊接过程中，钨电极在极易烧损的负半波不接正极，因而使电极尖端的形状、尺寸得以长时间保持，大大提高了焊接过程的稳定性．另外，由于负半波主弧电流与维弧电流“各行其道”，从而避免了传统变极性等离子弧焊过程中主、维弧相互干涉，导致电弧不稳的现象．     

电极因素对TIG弧的物理特性及焊接工艺性的影响

电极因素（材料、直径及端部形状）是ＴＩＧ焊的一个重要工艺因素，对电弧的导电特征，电磁压缩效果及等离子流的形态具有决定性的作用。采用不同的电极因素，电弧形态、电弧电压以及电弧能量场和压力场的分布表现出明显的差异，因而电极因素对于ＴＩＧ弧的焊接工艺性（如电弧的稳定性、焊缝的形状特征、对工件的净化作用、交流弧的直流分量以及电极的损耗量等）具有重要的影响。本文采用多种测试手段，在不同电极因素条件下，对ＴＩＧ弧的物理特性及焊接工艺性进行了系统的试验研究，对各种电极因素的影响规律进行了探讨，并作了初步评定。此外，还对电极因素与其它工艺参数的合理匹配提出了建议。     

双电极钛钙型碳钢焊条焊芯间距对焊接工艺及电弧形态的影响

采用平板堆焊的方法及高速摄像系统,研究了双电极钛钙型碳钢焊条的焊芯间距对焊接工艺和电弧形态的影响。结果表明,双电极钛钙型碳钢焊条的焊芯间距是影响电弧电压的最重要因素。在焊接过程中,调节双电极焊条与工件间距对电弧电压的影响很小;随着焊芯间距的增大,电弧电压升高,焊条套筒形状由两边尖、中间凹逐渐变为两边凹、中间凸的形状,焊接电弧由小而集中变为大而分散。对于药皮质量系数为45.6%、直径为4mm的双电极钛钙型碳钢焊条(双焊芯),在电流为200A的条件下,当焊芯间距为1.2～1.7mm时焊缝成形较好。     

一种采用能量平衡关系的新型交流电弧炉模型

基于能量守恒定律,建立一种以微分方程描述的新型交流电弧炉(EAF)时域模型.模型以电弧导纳作为状态变量,弧长和电流作为输入,引入时序变化的电弧半径作为参变量,并给出模型参数的估算方法.以实际炼钢交流电弧炉为例,建立电气系统仿真模型,对熔化期的电弧特性及电弧炉对电网的冲击响应进行仿真研究.结果表明:仿真得到的电弧伏安特性与实测数据吻合度较高,有功和无功冲击均与实际工况相符,验证了模型的准确性和实用性.     

长间隙真空电弧形态演变过程观察

应用设计制作的真空电弧图像瞬态摄像系统,对长间隙下（开距４０ｍｍ）不同时刻的真空电弧图像进行了拍摄,获得了真空电弧形态演变过程．通过外加线圈对灭弧室触头间施加纵向磁场,保持了大电流下电弧为扩散型,降低了电弧电压．通过观察电流过零后的真空电弧图像,发现了真空电弧的重燃点位置,并提出了清除的措施     

手工电弧焊与CO2气体保护焊焊缝成形特征研究

采用手工电弧焊与CO2气体保护焊对Q235钢板进行表面堆焊,研究了两种焊接方法的焊缝成形特征．结果表明,虽然手工电弧焊是气渣联合保护,有利于焊缝成形,但手工操作使得焊接速度难以保证匀速,导致焊缝表面粗糙,焊缝弯曲不平直;并且由于药皮焊条直径粗,导致手工电弧焊热影响区宽．而细丝CO2气保焊由于形成稳定的熔滴过渡,使得焊缝表面波纹细致、美观,焊缝平直,热影响区窄．CO2气保焊能精确控制焊接规范,可通过调节焊接规范来获得良好的焊缝成形,手工电弧焊不能精确控制焊接规范,不利于得到成形良好的焊缝．     

小功率GTAW电弧稳定性研究

本文提出了测试和评定小功率GTAW电弧稳定性新方法。在此方法中,采用X—Y函数仪监测电弧电压的动态波形,根据动态波形对电弧稳定性进行比较和评定。本文以此方法为依据,就电弧电流、电流脉冲频率、电极几何尺寸、保护气体等对电弧稳定性的影响进行了试验,提出了延长电极工作寿命和提高电弧稳定性的技术措施。本文研究成果已用于工业生产,提高了超薄不锈钢制品焊缝合格率及生产率。     

单电极直流电弧炉热态模拟试验研究

在容量250 kg的单电极直流炼钢电弧试验炉上进行了热态模拟试验研究,探讨了伏安特性、功率、电效率以及耐火材料烧损指数等单电极直流电弧炉的电热特性。试验研究结果表明,单电极直流电弧炉具有不同于三相交流电弧炉的电热特性。