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固壁约束TIG电弧的特性及超窄间隙焊接的应用

作　者: 田玉吉
导　师: 朱亮
学　校: 兰州理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 超窄间隙焊 约束电弧 静电探针 TIG电弧 载流通道
分类号: TG444.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 93次
引　用: 1次
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内容摘要


超窄间隙焊接是采用间隙尽量小的I形坡口,得到焊接变形较小、接头性能优良的焊接接头的一种高效率焊接技术,超窄间隙焊接的关键技术就是如何解决侧壁熔合问题,因此它受到各国的广泛关注。目前国际上采用电弧摆动或旋转方法来解决侧壁熔合问题,但此方法使焊接过程的控制及设备更为复杂,限制了超窄间隙焊接技术的实际应用性。本试验设计了陶瓷片约束电弧超窄间隙焊接的焊枪,在焊枪上钨极的两侧加上的圆形旋转陶瓷片可以约束电弧,防止电弧攀升,防止钨极和坡口侧壁产生等离子弧,有效的控制电弧的加热区域,从而保证坡口两侧壁的有效熔合。创新性的采用气动陶瓷片转动和三向气保护方式,通过试验确定了三向气保护的气体流量。通过对电弧形态的观察分析,以及焊缝形状的测量,试验研究了旋转陶瓷片约束下的电弧形态和对母材的加热特性;通过超窄间隙坡口焊接试验分析,匹配了合适的电压、电流等焊接工艺参数,保证坡口侧壁熔合,从而实现将坡口间隙减小到6mm以下进行焊接的目的。采用平板分裂阳极法测定焊接电流在焊接过程中的分布规律,同时自行设计了运动铜丝静电探针,对TIG电弧进行低扰动诊断,测量了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了电位波形的形成机制,提出摆动载流通道TIG电弧模型。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的形式。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Hz的频率,在电弧内部温度较高的等离子区空间旋转和摆动,载流通道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,呈现温度较低的负离子区。

全文目录


摘要  7-8
Abstract  8-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 窄间隙焊接的工程意义及国内外应用现状  10-14
    1.1.1 窄间隙焊接的定义及分类  10-13
    1.1.2 窄间隙焊接的国内外发展应用现状  13-14
  1.2 窄间隙焊接的优越性及存在的问题  14-16
    1.2.1 窄间隙焊接的优越性  14-15
    1.2.2 窄间隙焊接存在的问题  15-16
  1.3 超窄间隙GTAW的提出和解决的关键问题  16-17
  1.4 本课题研究内容  17-18
第二章 超窄间隙GTAW的焊接思想  18-22
  2.1 约束电弧的行为  18-19
    2.1.1 传统的约束方法  18
    2.1.2 本课题研究的新型约束方法  18-19
  2.2 超窄间隙GTAW焊接的基本原理  19-22
    2.2.1 电弧焊解决窄间隙焊接母材与底板的熔合  19-20
    2.2.2 约束电弧的超窄间隙焊接GTAW的基本原理  20-22
第三章 实验设备的研制及气保护研究试验  22-37
  3.1 实验设备及装置  22-30
    3.1.1 焊枪的研制及改进  22-25
    3.1.2 陶瓷片的选择及装配过程  25-28
    3.1.3 气动固壁驱动机构的设计及改进  28-29
    3.1.4 装焊夹具和钨极的设计  29-30
  3.2 气体保护性实验  30-36
    3.2.1 侧向气体输送方式及管口角度位置对气体保护效果影响  31-32
    3.2.2 安装陶瓷片后三向气体流量对气体保护效果的影响  32-36
  3.3 本章小结  36-37
第四章 旋转陶瓷片约束TIG电弧的实验研究  37-55
  4.1 引言  37-38
  4.2 平板焊接时约束电弧形态的研究  38-41
    4.2.1 试验的原理及方法  38
    4.2.2 约束电弧形态的研究  38-41
    4.2.3 约束前后电弧电压的变化及分析  41
  4.3 静电探针分析TIG电弧的弧柱区机制  41-52
    4.3.1 原理介绍及实验方法  41-43
    4.3.2 实验可靠性验证分析  43-45
    4.3.3 静电探针对普通TIG电弧的弧柱区的分析  45-48
    4.3.4 静电探针对陶瓷片约束下TIG电弧的弧柱区分析  48-50
    4.3.5 约束前后静电探针上的电位波形特征比较分析  50-52
  4.4 分裂阳极差动测量法对平板焊接时的电流研究  52-54
  4.5 本章小结  54-55
第五章 旋转陶瓷片约束电弧的加热效果实验研究  55-64
  5.1 焊接车速和陶瓷片转速的测定  55-56
  5.2 平板焊接时旋转陶瓷片约束电弧的焊缝形貌分析  56-57
  5.3 窄间隙焊接实验研究及分析  57-61
    5.3.1 电弧弧长对焊缝成型的影响  58-59
    5.3.2 焊接电流对焊缝成形的影响  59-61
  5.4 焊接缺陷的分析  61-62
  5.5 本章小结  62-64
第六章 问题与展望  64-65
结论  65-66
参考文献  66-69
致谢  69-70
附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文  70

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接工艺 > 电弧焊 > 金属极电弧焊
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