磁场对co2焊熔滴过渡的同步控制

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1、摘要CO2焊因具有高效低成本的优势，被广泛应用于工业生产中。但是CO2焊的焊接飞溅大、焊缝成型差这两大问题限制其进一步发展。本文采用磁控焊接的方法，将外加纵向磁场引入CO2焊接过程，研究不同磁场条件对CO2焊熔滴过渡频率、熔滴过渡形态以及焊接飞溅率的影响。实验所采用的母材为低碳钢Q235，在焊接电流I=200A条件下改变磁场参数，并使用高速摄像系统拍摄熔滴短路过渡不同阶段的形态，通过高速摄像图片来确定熔滴过渡过程的燃弧时间、短路时间以及过渡频率。根据高速摄像图片测量燃弧阶段球形熔滴的半径和电弧锥角；短路初期阶段椭球形熔滴与熔池的接触半径；短路末期阶段形成颈缩后液桥的最小赤道面半

2、径以及液桥与熔池的接触半径等特征参数。对比分析这些特征参数在无磁场、纵向低频磁场和纵向高频磁场条件下的变化规律，并用数学计算的方法对不同磁场条件下短路过渡各阶段形成的熔滴进行受力分析，最终得出外加纵向高、低频磁场对熔滴过渡频率的影响规律。基于以上研究，本文提出一种磁场对CO2焊熔滴过渡同步控制的原理，基于该原理制成同步磁场发生器，并进行同步磁场对熔滴过渡频率影响实验，最后测量出不同外加磁场条件下CO2焊接过程的飞溅率。实验结果表明：（1）通过外加纵向磁场的方式可以提高熔滴的过渡频率。当施加纵向高频磁场参数为2A2kHz时熔滴的过渡频率最高，可达到97Hz，当施加纵向低频磁场参数

3、为2A60Hz时熔滴的过渡频率最高，可达到101Hz。（2）短路初期阶段，与无磁场情况相比，外加纵向低频磁场使熔滴与熔池的接触半径增大，可促进熔滴向熔池横向铺展，说明短路初期施加低频磁场可减小熔滴受瞬时电磁阻力作用，提高熔滴过渡频率；短路末期阶段，与无磁场情况相比，外加纵向高频磁场有利于拉断短路末期形成的颈缩液桥，提高熔滴过渡频率。（3）纵向低频磁场对焊接飞溅率的降低存在一定参数范围。在焊接电流I=200A条件下，当施加纵向低频磁场参数为2.5A70Hz时，焊接飞溅率最低，为2.68％。关键词：纵向磁场，熔滴过渡，飞溅率，过渡频率，同步磁场IAbstractCO2welding

4、hasbeenwidelyusedinindustrialproductionduetoitstwoadvantages,highefficiencyandlowcost.However,thefurtherdevelopmentofCO2weldingislimitedbyitstwoshortcomings,highweldingspatterandbadweldingformation.Inthisthesis,themethodofmagneticcontrolisusedandtheexternallongitudinalmagneticfieldisaddedtot

5、heCO2weldingprocess.Droplet’stransferfrequency,droplet’sshapeandtheweldingspatterratewillbestudiedondifferentmagneticfieldconditions.Thebasemetalusedintheexperimentislow-carbonsteelQ235,andmagneticfieldparameterswillbechangedinconditionthatweldingcurrentequals200A.Duringdifferentphaseofshort

6、-circuittransfer,theshapeofthedropletwillbephotographedbyhighspeedcamerasystem.Thearcingtime,short-circuittimeanddroplets’transferfrequencywillbeconfirmedbycalculatingthehighspeedcamerapictures.Accordingtothehighspeedcamerapicture,thesphericaldroplet’sradiusandarcangleatarcingstageweremeasur

7、ed.Besidesofthese,contactingradiusatearlyshortcircuitstage,equatorialplaneminimumradiusofneckingliquidbridgeatendshortcircuitstage,liquidbridgeandmoltenmetal’scontactingradiusatendshortcircuitstagewerealsomeasured.Inordertocomparetheseparameters’ch