tig焊外加间歇交变纵向磁场的数值计算

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1、TIG焊外加间歇交变纵向磁场的数值计算

2、第1内容加载中...第1［摘要］　针对奥氏体不锈钢TIG焊接，采用无瑕点单积分磁场的数学模型，对外加间歇交变纵向磁场进行了数值计算，并在此基础上讨论了该间歇交变纵向磁场的分布、均匀性及其纵向分量与横向分量的比率等规律。　　关键词：TIG焊　纵向磁场　数值计算　不锈钢　　［ABSTRACT］　non_singularsingleintegralmathematicalmodelisadoptedtocalculatetheexternalintermittentandalternative

3、longitudinalmagicfieldinausteniticstainlesssteelTIGagicfieldarediscussedonthebasisofthenumericalcalculation.　　Keyagic　Numericalcalculation　Stainlesssteel　　近年来，电磁作用电弧焊技术得到了极大的发展，应用日益广泛。在TIG焊接时，外加间歇交变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

4、改善焊接接头的质量，在航空、航天、冶金、机械等领域具有广阔的应用前景［1～3］。　　TIG焊的外加间歇交变纵向磁场一般是采用与电极同轴的单个空心圆柱线圈在双向脉冲矩形励磁电流作用下产生的。间歇交变纵向磁场可以促使电弧周期性、间隙地正反向旋转，改变电弧等离子流力和电流密度的径向分布，驱动熔池中液态金属流动，影响母材熔化和焊缝成型［2，3］。　　对外磁场的认识是彻底掌握外加间歇交变纵向磁场TIG焊技术的关键之一。但是，到目前为止，国内外学者对电磁作用TIG焊外加磁场(包括外加间歇交　　€€国家自然科学基金资助项目。变纵向磁场)的研

5、究还不够深入，一般使用一个较宏观的磁感应强度将其描述为一个均匀磁场，忽略其分布的不均匀性，这显然与实际情况不相符合。究其原因，主要是因为多数研究者对此认识不足，工作主要集中在焊接工艺试验，仅对电磁作用TIG焊接接头进行冶金、力学性能、显微组织、结构等方面的研究；另一方面，对外加间歇交变纵向磁场TIG焊而言，外加磁场的情况更加复杂，实际测量其分布比较困难。因此，利用计算机数值模拟技术开展外加间歇交变纵向磁场TIG焊外加磁场的研究，对促进磁控弧焊技术的发展具有重要意义。1　外加间歇交变纵向磁场TIG焊接工艺　　外加间歇交变纵向磁场

6、TIG焊试验用材料为1Cr18Ni9Ti板材(厚度4?mm)，电弧长度0.5～3?mm，直流正极性(DCSP)接法，钨极直径3.2?mm。在普通TIG焊的基础上，采用单个轴对称空心圆柱线圈建立以一定频率间歇交变的纵向磁场，励磁频率0.5～1.5?Hz。磁场产生装置如图1所示。与其他弧焊控制方法相比，该技术具有附加装置简单、投入成本低、效益高的优点。励磁线圈安装在TIG焊枪的喷嘴上，与钨极同轴，线圈的励磁电流为双向脉冲电流波形，由自制的专用电源供给，其断通比和幅值均可调节。产生磁场的对称轴与电弧轴线重合，因而形成间歇交变纵向磁场

7、(或称同轴磁场)。轴对称空心圆柱线圈具有易于制作、与其他线圈相比每单位体积绕线产生的磁场最大等优点。图1　焊接装置示意图Fig.1　inTIGericalprocedurefloagicfieldinTIGm≤z≤38?mm，0≤r≤10?mm，其中r为电弧半径)的磁场分布为主要对象进行讨论。图4为外加间歇交变纵向磁场TIG焊电弧区域磁感应强度矢量分布图。　　由图4可见，对称轴z上各点的B矢量方向与z轴平行，均无横磁分量，磁感应强度的大小与离开钨极(阴极)的距离成反比；在非对称轴上各场点的B均有横磁分量，离对称轴(电弧中心轴)

8、越远，磁感应强度矢量与对称轴的夹角越大，横磁分量所占的比例越高，磁场的均匀程度越低。该图表明正脉冲与负脉冲励磁电流作用下磁场的区别仅改变场点的磁感应强度矢量方向。当励磁电流处于脉冲休止期时，空间磁感应强度为零。　　图5为z=35?mm的横截面上，纵磁分量与总磁感应强度矢量的夹角沿径向的变化曲线；图6为在z=35?mm的横截面上，场点磁感应强度的横磁分量与纵磁分量比率沿径向的变化曲线。由此可见，由单个轴对称空心圆柱线圈产生的TIG焊外加磁场不可能为单一、均匀的纵向磁场，其横磁分量所占的比例较大。因此，在分析外磁场对TIG焊的影响

9、时，不能忽视横磁分量的作用而简单地将其作为纵向匀强磁场进行研究。图4　电弧区域磁感应强度矢量分布图Fig.4　Vectordistributiondiagramofmagicinductionstrengthinarcarea图5　纵磁分量与总磁感应强度矢量夹角沿径向的变化规