外加磁场对焊接过程的影响

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1、外加磁场对焊接过程的影响摘要:　论述了外加磁场对焊接电弧形态、焊接熔池形状、焊缝显微组织、焊接缺陷、接头力学性能及残余应力的影响，并讨论了电磁作用下焊接技术的发展方向。关键词:　电磁场　焊接质量　磁场强度　频率INFLUENCEOFADDINGMAGNETICFIELDONWELDINGPROCESSHarbinInstituteofTechnologyZhangZhongdian,LiDongqingYinXiaohui,ZhengAilongJilininstituteoftechnology　ZhaoHongyunChi

2、nafirstautomobileworkgroupcorporation　YanLihongAbstract　Thispaperdiscussestheinfluenceofaddingmagneticfieldonshapeofweldingarcandpool,microstructureofweld,welddefect,mechanicalpropertiesandresidual-stressofweldedjoint.Moreover,thedevelopmentofweldingtechnologyaffect

3、edbymagneticfieldisdiscussed.Keywords：　magneticfield，　weldingquality，　magneticfieldintensity，　frequency　　0　前　言　　　　随着材料科学和工程技术的发展，现代结构材料对焊接质量的要求越来越高。研究表明，焊接接头的内部晶粒结构显著影响焊缝金属的强度等性能，细小的等轴晶能减少结晶裂纹、提高力学性能（如强度、韧性、疲劳寿命）。因此，控制焊接接头内部晶粒形态、尺寸成为人们研究的热点。外加磁场控制的焊接技术就是控制晶粒形态及其尺寸的一

4、种有效方法。　　　采用外加磁场控制焊接质量，具有附加装置简单、投入成本低、效益高、耗能少等特点,引起了焊接工作者的广泛兴趣。1962年，Brown等人［1］最先在不锈钢、钛合金、铝合金焊接中研究电磁搅拌的影响，并且发现晶粒细化现象；1971年，Tseng和Savage［2］第一个深入研究了在TIG焊时电磁搅拌对微观组织和性能的影响；随后，国内外开始对外加磁场作用下的焊接技术进行广泛地研究。研究发现：外加磁场作用下的焊接技术改变了电弧焊的电弧形态，影响母材熔化和焊缝成形；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

5、热过程，从而改变晶粒的结晶方向，细化一次组织，减小偏析，提高焊缝的力学性能，降低气孔、裂纹等焊接缺陷的敏感性，在国外被称?quot;无缺陷焊接"。1　对电弧形态的影响　　　　焊接电弧是一种持续的气体放电现象，是等离子体。一般情况下，在各种电弧力的作用下，焊接电弧呈圆锥状。但是，在外加磁场作用下电弧形态发生明显变化。在外加横向交流电磁场，由于洛仑兹力作用，当激磁电流频率小于850Hz时，电弧沿焊缝中心左右摆动，而且随着频率的增加，电弧阴极区明显扩展，电弧呈扇形；当激磁电流频率大于850Hz而小于5KHz时，电弧的宏观形态与不加磁

6、场时相似，但电弧漂移困难、稳定性提高；当激磁电流频率大于5KHz时，电弧发生收缩，随着频率的增加，电弧收缩程度增加。当弧长和焊接电流一定时，随着外加磁场频率、强度的增加，电弧电压上升。说明外加磁场频率达到一定数值时，磁场可以增加电弧的能量密度［３］。　　　在外加纵向磁场时，具有纵向运动的带电粒子与磁场作用产生洛仑兹力，驱使这些带电粒子进行旋转，从而促使电弧旋转，而且焊接电弧外形下部扩张、上部收缩。随着磁感应强度的增加，电弧旋转速度加快。当磁感应强度达到一定值时，电弧由原来的圆锥形变为钟罩形，其钟罩面是一个高速旋转的封闭曲面?

7、［４.５］。由于焊接电弧形态的变化，也使焊接电弧其他特性不可避免地受到影响。外加纵向磁场使电弧温度分布发散，温度场"矮而胖"，电弧中心的温度下降、径向温度梯度较小。随着磁感应强度的增加，电弧温度分布更加发散，电弧中心区温度降低、径向温度梯度下降［4］。而且电弧力也随之发生变化。2　对焊接熔池形状的影响　　　　在电磁作用下，由于电弧形态和金属运动状态的变化，导致焊接熔池形状改变。资料表明，在横向磁场作用下，熔池的运动速度由两部分组成，即焊接速度和在磁场作用下垂直焊接方向的运动速度。在两者的共同作用下焊接熔池的运动速度增加（相对无

8、磁场时），加上电弧的偏转，造成熔池的不对称。如果是交变横向磁场，则焊接熔池呈波浪式前进。而且由于熔池运动速度地增加，使焊接热影响区和半熔化区的范围减小。　　在纵向磁场中，由于焊接电弧的旋转扩张，使焊缝熔宽增加，熔深减小。熔池中的液态金属受洛仑兹力的作用，绕焊接电弧中心轴旋转。