《磁場對K-TIG電弧熱力特性和小孔穩定性的調控機制》是依託天津大學，由劉祖明擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：磁場對K-TIG電弧熱力特性和小孔穩定性的調控機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉祖明
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
K-TIG焊是一種新型高效焊接方法，能夠對低熱導率的中厚鋼板實現穿孔焊接。但是，現有K-TIG採用自由電弧，平均能量密度低，電弧力對弧長變化敏感，焊接熱導率較高的鋼材時小孔穩定性差。本課題提出採用磁場壓縮電弧柱，改善電弧的熱源-力源特性；基於從熔池圖像中提取的正反兩面熔池和小孔形態參數，構造穿透小孔熔池的三維腔體模型；分析電弧熱-力特性對小孔熔池行為的耦合作用機制；揭示小孔熔池行為與焊縫缺陷之間的聯繫；研究動態穿孔過程中，電弧熱-力特性、工件熱導率對熔池能量與小孔行為的影響機理，最佳化壓縮電弧形態，提高穿孔穩定性。預期成果將為深入理解K-TIG焊接過程中“電弧-熔池-小孔-焊縫”的耦合作用機制、穩定K-TIG穿孔過程、拓寬工藝適用性奠定堅實基礎。
結題摘要
K-TIG焊是一種新型高效焊接方法，能夠對低熱導率的中厚鋼板實現穿孔焊接。但是，現有K-TIG採用自由電弧，平均能量密度低，電弧力對弧長變化敏感，焊接熱導率較高的鋼材時小孔穩定性差。本課題提出採用磁場壓縮電弧柱，改善電弧的熱源-力源特性，基於永磁鐵設計了雙尖角磁場增強，配合自主研發的K-TIG焊槍，構建了磁控K-TIG焊接系統。開展定點焊接工藝試驗，發現熔化區域變為橢圓，電弧沿著N→S方向被壓縮，沿著S→N方向被拉伸；從熔池圖像中提取小孔形態參數，小孔形態隨著正面電弧形態的變化也發生了變化；構造穿透小孔熔池的三維腔體模型，分析了小孔熔池的溫度場、流場和受力狀態。開展連續穿孔焊接實驗，發現磁控K-TIG正面焊縫寬度減小，背面焊縫寬度增加，更多的熱量傳遞到熔池底部，焊縫晶粒變化不明顯，60°磁極角度下穿孔臨界電流降低最有效（40A）。對於熱導率較高的碳鋼材料，磁場作用對穿孔電流降低不明顯。本項目研究成果對穩定K-TIG穿孔過程、拓寬工藝適用性奠定堅實基礎，磁控K-TIG能夠有效地改善對低熱導率材料的焊接性。
