高频电磁双脉冲TIG焊电弧行为研究

【摘要】钨极惰性气体保护弧焊（简称TIG焊）作为一种重要的焊接方法以其稳定的焊接电弧，优质的焊接成形，通用于各种金属连接，并属于非熔化极引弧过程无飞溅，但其电弧能量不集中，使得焊缝熔深浅（通常只能用于薄板焊接），焊接效率低等问题目前尚未得到圆满解决。焊接工作者针对其特点做了很多改进，如活性剂TIG焊、热丝TIG焊、超音频TIG焊等，然而其仍有其各自的局限性。如活性剂TIG焊的焊剂污染问题，热丝TIG焊不能用于铜、铝焊丝问题、超音频TIG焊的焊接电流小并且设备昂贵等问题。本文在阅读大量文献与前期大量实验的基础上，分析了TIG焊接电弧的特点，继而提出施加外加高频纵向磁场可以使电弧产生“压缩效应”，配合高频电流焊接设备更能提高焊接电弧能量，增大焊缝熔深的创新工艺；此种工艺附加装置成本低，体积小，使用方便，而且能够改善电弧形态与电弧行为。论文围绕这种新工艺主要进行了以下几方面的工作：论文提出一种电、磁双脉冲钨极氩弧焊接设备实现了大参数范围的电脉冲与磁脉冲共同作用，设备基本参数为：焊接电流0~500A；焊接电流频率：0~500Hz；激磁电流调节范围0~15A；激磁频率0~8kHz；占空比调节范围：50％；具有直流及交变方波输出功能。配备了与TIG焊焊枪配套的磁头结构。采用高速摄像对高频电、磁双脉冲控制下的电弧形态变化进行拍摄，通过光谱分析测定高频电、磁脉冲作用下的焊接电弧温度、利用自制环形同心裂极装置测定高频电、磁脉冲作用下电弧热量分布，采用探针法测试高频电、磁脉作用下电弧电流密度径向分布。实验结果表明：高频磁脉冲作用下焊接电弧旋转半径明显减小，形态由原来的锥形被压缩成为柱状，施加高频电路脉冲后电弧进一步被压缩。当焊接电流有效值为80A，电流脉冲频率为500Hz，磁感应强度为30mT，磁脉冲频率为1500Hz左右时，电弧温度由自由电弧时的13402.21K提升到14958.3K，热量分布系数从39.52%升高到66.07%，电弧压力与电流密度呈单峰分布，中心压力由0.35KPa增加到0.54KPa，电流密度由20A/mm2提高到30.9A/mm2。高频电、磁双脉冲作用下焊缝成形实验结果表明：高频电、磁脉冲作用使得焊缝成形良好，熔宽减小，熔深显著增大，且电流脉冲频率越大，效果越明显，而磁场却存在着一个最佳的参数范围。首次对高频电、磁脉冲作用下TIG焊电弧行为进行了理论分析，采用三维模型进行纵向磁场对焊接电弧温度场与流场分布计算。并建立高频磁场压缩焊接电弧的数学理论模型，系统解释高频磁场对焊接电弧气动压力变化规律（由环形双峰分布到柱形分布）为高频电、磁场控制TIG焊接过程提供新的研究思路。
【作者】路林；
【导师】李英民；常云龙；
【作者基本信息】沈阳工业大学，材料加工工程，2014，博士
【关键词】外加磁场；钨极氩弧焊；电弧特性；焊缝成形；磁压缩；

【参考文献】
[1]刘星彤.中国共产党对高校领导的体制变迁与完善[D].吉林大学,马克思主义发展史,2013,硕士.
[2]黎红雯.《了不起的盖茨比》，一部阐解“美国梦”的述作[D].华南师范大学,英美文学,2002,硕士.
[3]张雪梅,万贯,张同来,李志敏,杨利,张建国,周遵宁.斯蒂芬酸钾的细化及性能[J].火炸药学报,2012,06:61-64+75.
[4]王文涛.金融发展的经济增长效率测度及改进研究[D].西南大学,金融学,2014,硕士.
[5]宇楠.试论美声唱法与流行唱法的比较[D].曲阜师范大学,音乐学,2013,硕士.
[6]赵鹏.带有胎面花纹的轮胎三维有限元分析与泵气噪声的研究[D].北京化工大学,流体机械及工程,2013,硕士.
[7]陈礼军.学生信息管理系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[8]单战战.滕固及其美术考古研究[D].兰州大学,考古学及博物馆学,2013,硕士.
[9]张静静.中国《侵权责任法》第22条的研究[D].复旦大学,法律,2012,硕士.
[10]刘兆阳.乳化剂对肉鸡肠道菌群数量及免疫功能的影响[D].河南科技大学,养殖（专业学位）,2013,硕士.
[11]李高龙.10kV配电网单相短路电流计算及跨步电压有限元分析[D].湖南大学,电气工程,2011,硕士.
[12]雷曦.我国矿业上市公司财务质量综合评价研究[D].中国地质大学（北京）,会计学,2013,硕士.
[13]彭生全.水下机器人—机械手系统运动规划与控制技术研究[D].哈尔滨工程大学,机械制造及其自动化,2012,硕士.
[14]梁龙.基于样本的图像修复算法在唐墓壁画上的应用[D].西安建筑科技大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[15]岳彩武.赣中地区岩石密度特征及界面划分[J].石油地球物理勘探,1981,06:50-58.
[16]吴贵达.基于Internet的动态网络资源管理——网络故障监控与性能趋势分析[D].西北工业大学,计算机软件与理论,2004,硕士.
[17]罗老永.双色场中高次谐波和孤立阿秒脉冲产生的特性研究[D].兰州大学,粒子物理与原子核物理,2013,硕士.
[18]王莉莉.内蒙古农业病虫害诊断决策系统的开发与实现[D].内蒙古师范大学,地图学与地理信息系统,2012,硕士.
[19]吴义存.三氧化二砷诱导血小板凋亡及其相关机制探讨[D].苏州大学,血液病学,2014,硕士.
[20]李丽.地面沉降预测模型及其应用研究[D].长安大学,大地测量学与测量工程,2014,硕士.
[21]刘岩.齐市地区农村土地承包纠纷的调查研究[D].黑龙江大学,法律,2012,硕士.
[22]何曦.颞骨骨折性面瘫手术治疗的临床研究[D].山东大学,临床医学（专业学位）,2013,硕士.
[23]赵怀霞,杨雷,罗树琼,管学茂.烧成温度对污水处理用陶粒的性能影响[J].硅酸盐通报,2015,02:571-574+580.
[24]黄鹂诗.基于SIMIO的机坪车辆调度仿真研究[D].南京航空航天大学,交通运输规划与管理,2013,硕士.
[25]辛姗姗.改性天然材料复合丙烯酸酯系高吸油树脂的合成及吸附性能研究[D].燕山大学,应用化学,2014,硕士.
[26]赵城彬.β-葡聚糖对大豆分离蛋白混合凝胶性质影响及在酸豆乳中应用的研究[D].东北农业大学,农产品加工及贮藏工程,2013,硕士.
[27]谭建辉.一种基于遗传算法的数据挖掘技术[J].现代电子技术,2005,19:60-62.
[28]郭新宝.电子设备的高功率微波防护技术[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[29]吴雪琦.我国棉花加工行业税收政策及征管探讨[D].华中师范大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[30]李智超.基于支持向量机的克隆代码有害性评价方法研究[D].哈尔滨工业大学,计算机科学与技术,2013,硕士.
[31]胡永红.中小建筑企业财务风险管理对策研究[D].天津大学,管理工程与科学,2013,硕士.
[32]夏明.高速铁路列车运行图网络协同编制优化方法与关键技术研究[D].北京交通大学,2011.
[33]常亮.基层央行员工绩效考核研究[D].河北大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[34]章甜甜.唯物辩证法视域下高校心理健康教育专业化发展研究[D].浙江工商大学,马克思主义基本原理,2014,硕士.
[35]马谦.有效实施“税收预警”的几点建议[J].宁波职业技术学院学报,2004,04:11-13.
[36]薛禹胜.时空协调的大停电防御框架——(三)各道防线内部的优化和不同防线之间的协调[J].电力系统自动化,2006,03:1-10+106.
[37]陈志泰.当归在《临证指南医案》中应用的研究[D].广州中医药大学,中医内科学,2013,硕士.
[38]张国山.基于动态补偿的广义系统的正则化与极点配置[J].控制与决策,2006,01:51-55.
[39]周凤莲.重庆市农业现代化发展水平研究[D].重庆工商大学,区域经济学,2014,硕士.
[40]郝永红.PNF在ACL重建术后本体感觉恢复作用的研究[D].首都体育学院,运动人体科学,2013,硕士.
[41]陈诚.基于区间数学的并行全局寻优算法的研究与系统实现[D].上海大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[42]张镇川.我国商业秘密刑事保护与民事保护问题研究[D].外交学院,国际法,2014,硕士.
[43]田野.微网变流器控制关键技术研究[D].浙江大学,电力电子与电力传动,2013,硕士.
[44]程棋波.PEC/PVA多层复合半透膜的制备及其分离性能研究[D].浙江理工大学,高分子化学与物理,2014,硕士.
[45]谢孟军.目的国制度对中国出口和对外投资区位选择影响研究[D].山东大学,政治经济学,2014,博士.
[46]王迪.北京市海淀区老年人体育消费现状的研究[D].北京体育大学,体育人文社会学,2013,硕士.
[47]俞东进,赵明德.一个轻量级数据仓库平台的设计和实现[J].计算机工程,2005,15:206-207+213.
[48]陈柏材.新时期高校辅导员队伍建设问题及对策[D].西南大学,思想政治教育,2012,硕士.
[49]李雪.初中数学数形结合思想教学研究与案例分析[D].河北师范大学,学科教学,2014,硕士.
[50]毛建文.山羊OPN基因多态性及其与胎盘效率、产羔数的关联分析[D].西南大学,动物遗传育种与繁殖,2013,硕士.