双钨极氩弧焊耦合电弧压力分析

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1、第27卷第9期焊接学报Vol.27No.92006年9月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONSeptember2006双钨极氩弧焊耦合电弧压力分析冷雪松,张广军,吴林(哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室,哈尔滨150001)摘要:双钨极氩弧焊(twin-electrodeTIG,T-TIG)的耦合电弧是由设置在同一个焊枪中的两个相互绝缘的钨极各自产生的电弧耦合而成的。这个耦合电弧在物理特性上不同于传统单钨极TIG电弧。以试验为基础,分析了耦合电弧的电弧压力特性,并对比单钨极电弧就焊接

2、电流、电弧弧长、钨极间距和钨极形状对耦合电弧压力分布的影响进行了研究。关键词:双钨极氩弧焊;耦合电弧;电弧压力;影响因素中图分类号:TG403文献标识码:A文章编号:0253-360X(2006)09-013-04冷雪松[5]0序言生的电弧耦合而成的。采用通用的静态小孔法对燃烧稳定的直流双钨极氩弧焊的电弧压力分布进行测量,焊接电源采用两台型号均为WS-400直流氩钨极氩弧焊是一种应用非常广泛的高品质焊接弧焊电源。试验装置如图1所示。测压元件使用高方法。但是,该方法的一个显著的缺点就是热输入分辨率的扩散硅压差传感器,其响应速度快,量程为量

3、小,熔敷效率低,焊接速度慢,成为制约其在高效0~2000Pa。自行研制的双钨极焊枪固定在三维坐焊接生产中应用的主要因素。而依靠提高电流来增标仪上,坐标仪最小刻度为0.001mm,可以实现平大热输入以增加熔敷率的方法又会导致电弧压力的稳精确的二维移动。阳极采用水冷铜板,其上开有大幅度提高,容易出现咬边、熔穿等缺陷,应用起来直径为0.5mm的测量小孔,将作用于该点的电弧很受限制。因此,在保留它原有优点的基础上,提高压力通过导管传至压差传感器,把压力值转换为电其焊接效率成为亟待解决的问题。信号。最后,再由计算机将电信号还原为压力值,并目前,有

4、一些途径可以提高TIG焊接的熔敷率,[1][2]绘制压力曲线。经过标定,该系统的分辨率可以达例如活性化TIG焊和双面焊等。日本的焊接工到1Pa。作者近年提出了双钨极氩弧焊方法(T-TIG),并在[3]大型厚壁的罐体焊接中取得了很好的焊接效果。该方法通过设置在同一焊枪中的两个相互独立的钨极联合产生的耦合电弧进行焊接。该电弧能够在大电流下保持小的电弧压力,可以避免在增加熔敷率的同时,过大的电弧压力所导致的熔穿和咬边等缺陷出现。目前,对双钨极耦合电弧压力的研究还很少,多数相关文献也仅限于单钨极电弧压力的研[4,5]究。因而,有必要对这种焊接方

5、法的电弧压力进行深入的分析。图1双钨极耦合电弧压力测量系统Fig.1MeasuringsystemofT-TIGcouplingarcpressure1耦合电弧压力测量系统2耦合电弧压力的分布特性分析双钨极氩弧焊枪中设置两个相互绝缘并具有各自导电通道的钨极,耦合电弧就是由这两个钨极产211耦合电弧压力分布特性收稿日期:2005-09-13测量对比传统单弧与双钨极耦合电弧。采用的基金项目:国家武器预研基金资助项目(5141805040HT0159)焊接参数均为弧长3mm,钨极直径3mm,锥角30b,14焊接学报第27卷电流200A(耦合电

6、弧两钨极各为100A),耦合电弧的212耦合电弧压力下降成因钨极间距4mm。此后的测量如无特殊说明均采用相耦合电弧压力分布产生的这种变化与其成因密应的焊接参数。设定在电弧压力平面通过两钨极尖切相关。电弧从阴极到阳极工件的不同高度处的截端投影点的直线为x轴,投影点连线的中垂线为y面积变化造成了电流密度的差异,由此产生自上而轴。图2是双钨极耦合电弧的压力分布,三条曲线分下的压力差,这种压差不断推动等离子气流对阳极别代表耦合电弧压力在x轴和y轴的分布以及产生了持续的压力即电弧压力。图4为相同曝光量100A电流下单弧的压力分布。从图中可见,耦合

7、电下单弧和耦合电弧的正面和侧面形态比较。其中耦弧的压力在x方向和y方向的压力分布是不同的,合电弧的钨极间距为2mm。在图中,耦合电弧的侧脱离了单弧相对于钨极轴线的中心对称的分布形式。面形态与单弧形态非常相近,可以认为符合单弧的其中,x方向压力下降较y方向缓慢,在距离原点钟形分布。但正面形态与单弧相差较大,在钨极附?115mm范围内呈现特殊的/平台状0分布。而y方近电弧的截面积明显增大,由此可推知此处的电流向压力下降迅速,分布曲线与单弧100A基本吻合。密度必然减小。造成了弧体轴向的电磁收缩力差值即轴向压力差减小,其驱动等离子体气流对阳极

8、的冲击力也必然随之降低,因此造成了电弧压力的减小。(a)单弧形态(b)正面形态(c)侧面形态图2双钨极电弧压力分布图4单弧与耦合电弧的电弧形态比较Fig.2Distributionofcouplingarc