外加縱向磁場對水下濕法FCAW電弧特性及熔滴過渡的影響.pdf

1、濕法自動化焊接是目前海洋開發(fā)迫切需求的水下焊接技術。針對濕法藥芯焊絲焊接(WFCAW)過程中,電弧穩(wěn)定性差、熔滴過渡困難,焊縫組織性能差等問題,本文提出了用縱向磁場改善WFCAW焊接質(zhì)量的新思路,根據(jù)水下的工作環(huán)境及磁控的要求設計了磁控裝置,并搭建了水下濕法焊接的常壓實驗平臺,采用了數(shù)值模擬和試驗相結合的方式,對縱向磁場作用下WFCAW的電弧特性、熔滴過渡行為及焊縫成形和冷卻特性進行了研究,為進一步提高水下濕法FCAW焊接質(zhì)量,實現(xiàn)水下

2、濕法焊接自動化打下了堅實的基礎。
　　首先對縱向磁場影響電弧的機理進行了分析,結果表明,磁場的分布決定了電弧是擴展還是收縮,而磁場的大小決定擴展和收縮的程度,根據(jù)水下電弧劇烈收縮的特點和磁場的模擬結果,分析得到下端面為圓錐面的磁頭形式滿足水下濕法FCAW的磁控要求,制作了兩種不同形式的磁頭進行驗證試驗,結果與分析相符。
　　結合電信號分析系統(tǒng)與高速攝像分析系統(tǒng)研究了縱向磁場作用下WFCAW的電弧特性。研究表明,WFCAW中“

3、電弧氣袋”的周期性破裂使得短路和斷弧過程幾乎不可避免,而合適的磁場可以減少斷弧和短路時間的比例,以焊接電流電壓的變異系數(shù)倒數(shù)作為評價標準研究了磁場對電弧穩(wěn)定性的影響,結果顯示,隨著磁感應強度的增加,電弧的穩(wěn)定性先升后降,且與焊接電流電壓有一定匹配關系。
　　基于流體動力學理論建立了自由過渡和短路過渡的數(shù)值模型,分別對有無縱向磁場作用下WFCAW的熔滴過渡行為進行了研究,其中短路過渡的模擬結果與實驗結果吻合良好,均表明合適的外加磁場

4、能提高短路過渡的頻率,阻止液橋過快爆斷,自由過渡的模擬表明,造成水下濕法FCAW自由過渡困難的主要原因是等離子流力和電磁力的下降,較小的磁場對自由過渡過程影響不大,而較大的磁場會使熔滴運動偏離軸線,導致無法正常過渡。
　　最后對縱向磁場作用下WFCAW焊縫成形和溫度場分布進行了研究,結果表明,合適的磁場可以平衡水下高壓急冷環(huán)境的影響,改變水下焊縫―深而窄‖的特征。根據(jù)沸騰傳熱理論建立了濕法焊接的溫度場數(shù)值模型,并進行了模擬,結果表