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1、毕业设计（论文）题 目： 磁控TIG焊电弧特性的研究 学 院： 航空制造工程学院专业名称： 焊接技术与工程班级学号： 9090学生姓名： 908898989898898989指导教师： 56t二O一O 年 六 月 磁控TIG焊电弧特性的研究学生姓名：- 班级：-指导老师：- 摘要：电磁作用焊接技术是近年来完善起来的一种新的焊接技术，应用日趋广泛。利用外加磁场控制焊接过程，其磁控装置具有附加装置简单，投入成本低、耗能少等特点。焊接电弧作为电弧焊的能量来源，能有效的把弧焊电源电能转变成热能和机械能，供焊接使用。因此，了解焊接电弧及其特性，对焊缝成形及焊接过程的稳定性都有着重要的意义。通过外加磁场可
2、以改变电弧的形态和运动特性; 影响焊缝熔池和熔滴过渡形式，从而改善焊接工艺，提高焊接生产率。本课题采用水冷铜柱作为阳极，在外加恒定纵向磁场条件下进行TIG焊接。用数码相机拍摄不同磁感应强度的外加磁场条件下的电弧形态，并测量相应的焊接电流和电弧电压值。对实验结果进行对比分析。实验结果表明，外加纵向磁场对TIG焊电弧形态、焊接电流和电弧电压有影响。在外加纵向磁场的作用下，电弧中的带电粒子做高速旋转运动，并向弧柱边缘移动。电弧呈“钟罩”形，且具有轴对称性。随着磁场强度增大，电弧向外扩张，电弧电流减小，电弧电压升高。关键词：TIG焊 外加磁场 电弧特性 指导老师签名：Studies on the ch
3、aracteristics of TIG weldingarc inlongitudinal magnetic fieldStudent:name:- Class:- Supervisor:Jiang shu yuan Abstract：Welding magnetic field is more perfect in recent years as a new welding technology，its application is becoming increasingly widespread，its aPPlieation is becoming increasingly wides
4、preadTo control the welding Proeess with additional magnetic field has many advantages such as its affixture equip is simple，the cost is low, and it consumes little energy etThe Arc is the energy source of welding arc that can effectively and easily Change the arc welding power energy into heat ener
5、gy and mechanical energy，used for weldingTherefore， understanding the welding arc and its characteristics has a great effect on Weld shape and welding process stabilityExterior magnetic field can affect shape and movment of welding arc.And the welding bead and drops transfer can also be changed to i
6、mprove the welding process and advanced the productivityThe subject is to use a water-cooled copper pillar for the anode and under conditions of the applied longitudinal magnetic field for TIG weldingShooting the conditions of arc shape under different magnetic induction of magnetic field With a dig
7、ital camera，And measure the corresponding values of welding current and arc voltageThe experimental results were comparedThe results show that，Longitudinal magnetic field has en influence on TIG welding arc characteristics,welding current and arc voltageThe charged particles of arc at high speed rot
8、ation and move to the edge of the arc column under the longitudinal magnetic field，The TIG welding arc was bell shape also is with axial symmetryAnd increasing as the magnetic field strength，arc outward expands，welding current decreases，and the arc voltage increasesKeyword：TIG welding longitudinal m
9、agnetic field Arc Characteristics Signature of supervisor:目 录1 前言1.1 选题的依据及意义11.2 电磁作用焊接技术的特点21.3 国内外研究现状及发展趋势21.4 本课题的研究目的51.5 本课题的研究内容62 电磁作用TIG焊电弧特性的相关理论2.1外加纵向磁场作用TIG焊的基本原理62.2 电弧的运动机制92.2.1 无外加磁场时电弧区域带电粒子的运动92.2.2 纵向磁场作用下电弧的运动102.3引入纵向磁场时电弧形态的变化102.3.1 纵向磁场较弱时电弧的形态102.3.2 纵向磁场增强时电弧的形态113 实验设备及内
10、容3.1 实验设备123.2 实验内容173.2.1 外加纵向磁场对TIG焊电弧形态影响的实验173.2.2 外加纵向磁场TIG焊接电流和电弧电压变化的实验184 实验结果与分析4.1 外加纵向磁场对TIG焊电弧形态的影响184.2 外加纵向磁场TIG焊接电流和电弧电压的变化204.3 外加纵向磁场对TIG焊电弧特性的影响机理分析225 结论25参考文献26致谢281 前言1.1 选题的依据及意义焊接作为一种实现材料永久性连接的方法，被广泛地应用于机械制造、石油化工、桥梁、船舶、建筑、动力工程、交通车辆、航空、航天等各个工业部门，已成为现代机械制造工业中不可缺少的加工工艺方法。而且，随着国民经
11、济的发展，其应用领域还将不断地拓展。TIG焊的应用很广泛，它可以用于几乎所有金属和合金的焊接，比如钢铁材料、有色金属及其合金，和金属基复合材料等。特别是对铝、镁、铜等有色金属及其合金、不锈钢、耐热钢、高温合金和钼、铌等难溶金属等的焊接最具优势1。焊接电弧是一种气体放电现象，是带电粒子通过两电极之间气体空间的一种导电过程。电弧能放出强烈的光和大量的热，电弧焊接就是利用它的热能来熔化母材和填充金属。在磁控TIG焊接时，外加纵向磁场可以改变熔池金属的结晶状况，细化焊缝的一次结晶组织，减小化学不均匀性，提高焊缝金属的塑性和韧性，降低结晶裂纹和气孔的敏感性，全面改善焊接接头的质量，在航空、航天、冶金、机
12、械等领域具有广阔的应用前景。在焊接技术发展过程中，电磁作用焊接技术是近年才完善起来的一种新兴的焊接技术。其中，外加纵向磁场作用焊接可以改变电弧形状，从而影响了电弧的热流密度的分布，进而使焊接温度场发生变化。并且细化焊缝组织，减少气孔和热裂纹的生成，全面提高焊接接头的质量。本文主要通过理论学习对外加纵向磁场TIG焊电弧特性的影响机理、影响程度及特点等相关知识有了一个基本的了解，学习探讨了焊接电弧的电流电压值测量的方法。希望本试验可为外加磁场焊接实际工程应用提供一个依据。电弧弧柱区是由自由电子和带正、负电荷的离子组成的等离子体。由于电弧等离子体的良好导电性、电中性和与磁场的可作用性，因此提供了外部
13、磁场对它的可作用性，也就是说可以通过外加磁场来改变电弧的形状和位置，或者是控制电弧的运动2。磁控电弧焊接工艺就是基于上述原理，根据不同的应用要求，对焊接电弧施加合理形式的外部磁场来控制电弧形态，从而影响电弧特性(热特性、力特性和电特性等)，改善焊接工艺性能3。外加磁场可以使电弧形态，包括电弧压力、电流密度、能量分布发生改变。因此，纵向磁场能对电弧形态进行控制，从而控制焊缝的熔宽和熔深。当磁场B交替变化时，因对熔池金属有搅拌作用，即可以控制熔池金属的结晶过程，改善焊缝的组织和性能。目前磁控电弧在国外已广泛地应用于TIG焊、CO2焊以及特殊结构的焊接4。国内目前尚处于研究阶段。外加磁场对电弧的作用
14、可分为外加横向磁场对电弧的作用、外加纵向磁场对电弧的作用和外加尖角磁场对电弧的作用。本文只研究外加恒定纵向磁场作用在TIG焊电弧上，外加纵向磁场对电弧的作用示意图如图1所示，外加磁场磁力线的方向与电弧的轴线方平行。纵向磁场可以限制电弧的扩散，使电弧能量更集中，可以增加焊缝熔深。纵向磁场对弧柱的压缩作用，可以增加弧柱的能量密度及弧柱的电场强度。 图外加纵向磁场对电弧的作用示意图1.2 电磁作用焊接技术的特点外加磁场作用焊接技术主要有以下6个特点：(1)外加磁场能量的输入是无触点控制的，保证了能量输入变化快，无触点损耗，使得磁场控制焊接过程较为灵敏。(2)外加磁场装置简单、投入的成本低、效益高。(
15、3)外加磁场的种类比较多，有横向磁场、纵向磁场、尖角磁场以及交变磁场等。能够很好地满足多种工况条件下不同焊接工艺的要求。(4)外加磁场所需功率一般不大，电能损耗很少，外加磁场强度较小，频率较低，对环境不产生电磁污染，无接触控制，无噪音。(5)外加磁场控制的焊接技术所应用的焊接方法包括TIG焊接、等离子焊接、MIG焊接、CO2焊接等多种焊接方法。(6)外加磁场控制的焊接技术适用材料较为广泛，除可以应用在普通金属材料外，也可以应用在其他金属及其合金材料中。1.3 国内外研究现状及发展趋势在电弧焊过程中，引入外加纵向磁场能促使焊接电弧中带电粒子产生高速旋转的螺旋运动，改变电弧的形态与静特性并通过电磁搅拌作用，改变焊接熔池液态金属结晶过程中的传质和传热过程，从而影
