金屬雙絲間接電弧特性及熔滴過渡行為研究

《金屬雙絲間接電弧特性及熔滴過渡行為研究》是依託山東大學，由鄒增大擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：金屬雙絲間接電弧特性及熔滴過渡行為研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鄒增大
• 依託單位：山東大學

中文摘要

金屬雙熔敷極間接電弧焊是焊接電弧焊領域一種新的焊接技術發明，焊接過程中工件不接電源，間接電弧引燃後電弧兩極性斑點分別在兩焊芯（焊絲）端部形成和燃燒，電弧可在離工件不同距離的空間進行引弧和燃燒，合理分配電弧焊中電弧熱對母材和焊絲的熱輸入，不僅可實現大幅度地提高焊接熔敷係數，而且還可避免被焊工件熱輸入過大等缺陷。本課題以金屬雙絲間接電弧為研究對象，通過理論分析、試驗測試和數值模擬相結合的方法，綜合考慮各種相關因素，對雙絲間接電弧焊的電弧及熔滴過渡行為進行深入系統的研究。以實際測試採集數據和圖像信息為基礎，結合相關理論進行分析，建立雙絲間接電弧和雙絲熔滴過渡的數學模型，進行計算機模擬，最後利用雙絲間接電弧焊實驗對數學模型和模擬結果加以驗證。本研究將為這種新型電弧的套用提供理論依據，為高效、節能、優質的間接電弧焊提供理論支持，並為其工程套用提供系統技術數據。

結題摘要

雙絲間接電弧氣體保護焊是一種高效、節能的新型電弧焊方法，該方法中雙絲分別與直流電源的正、負極相連，工件不接電源。電弧在兩根焊絲端部形成，電弧產生的絕大部分熱量用來熔化焊絲，只有很少一部分用來熔化工件，所以該方法具有高效、節能、熔合比小等優點，是一種具有良好套用前景的焊接方法。 本課題基於磁流體動力學及麥克斯韋方程組建立了雙絲間接電弧的三維有限元數學模型，利用有限元軟體對雙絲間接氣體保護焊的焊接電弧進行了數值模擬。結果表明雙絲間接電弧的電弧溫度、電流密度、電漿速度以及電磁場等電弧參數的大小和分布呈 “弧柱區上端高，下端低，靠近兩極的弧柱區部分最高，遠離兩極的弧柱區上端部分次之，弧柱區下端部分最低”分布規律，電弧向陽極一側偏轉，電弧形態類似於倒立傾斜的“提籃”型。 隨著雙絲夾角增大，電弧溫度、電漿速度以及電流密度在弧柱區上端增加，在弧柱區下端降低，其中靠近陽極的弧柱部分增量要大於靠近陰極的弧柱部分，電弧的偏轉程度增加；隨著焊接電流增大，電弧的溫度、電漿速度以及電流密度在整個電弧區域都增加，其中靠近陰極的弧柱部分和靠近陽極的弧柱部分增量較大，其他部分增量較小，尤其是弧柱區下端增量最小，電弧電壓和偏轉程度增加；隨著電弧長度增加，電弧電壓顯著增加，電弧溫度、電漿速度以及電流密度增量較小，在靠近陰極的弧柱部分和靠近陽極的弧柱部分的增量遠大於弧柱區下端；電弧的偏轉程度增加。電弧的溫度，電漿速度以及電流密度在靠近兩極的弧柱部分始終較大，而在弧柱區下端始終保持在極低的水平，導致作為電弧兩極的雙絲熔化速度大，而靠近弧柱區下端的工件熱輸入低。 雙絲間接電弧焊接的陰極熔滴和陽極熔滴的過渡軌跡分別偏轉，兩列熔滴單獨下落，兩列熔滴的過渡位置距離較遠，陰極熔滴的體積遠大於陰極熔滴，陰極熔滴過渡頻率小於陽極熔滴。熔滴所受的電磁排斥力是熔滴過渡軌跡發生偏轉的最主要原因。熔滴脫離焊絲表面後所經過電弧區域電弧溫度較低，電弧對熔滴的加熱作用不明顯，熔滴攜帶的熱量較少。電弧模擬計算結果和熔滴過渡試驗結果表明雙絲間接電弧焊接中電弧和熔滴傳遞給工件的熱量較少，這是雙絲間接電弧焊對工件熱輸入低的主要原因。