磁控技术在焊接中的应用及进展

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1、中国机械工程第"&卷第’"期’##’年""月上半月文章编号!"##$%"&’()’##’*’"%"+,-%#$磁控技术在焊接中的应用及进展江淑园陈焕明刘志凌摘要!介绍了电磁作用焊接技术的原理及特点.阐述了目前国内外磁控技术在改善金属的结晶组织及提高熔敷金属的各项性能/减小残余应力和在激光焊接中的应用及进展0研究了外加磁场对12焊短路过渡的控制0在’一定的焊接规范下.外加纵向磁场能有效地抑制12焊短路过渡中的飞溅.’获得较好的工艺效果3存在一个最佳的磁场范围.在这个范围内.控制飞溅的效果较佳0江淑园副教授关键词!外加磁场3气体保护焊3激光焊3焊缝质量中图分类号!45$#

2、"文献标识码!6电磁作用焊接技术是近年来完善起来的一种独立的结构0励磁电源用以产生按要求规律变化新的焊接技术.应用也日趋广泛0外加磁场一般采的可调电压.电磁线圈产生与电源输出电压相吻用与电弧轴向平行的纵向磁场0纵向磁场促使电合的磁场0电弧焊时.电磁线圈的安放形式有多弧旋转.改变弧柱等离子流和电流密度的径向分种.可以安置在焊枪喷嘴上.也可安置在焊枪喷嘴布.影响母材的加热熔化和焊缝成形0实践表明.附近的焊接熔池表面上方.或者把电磁线圈安置利用外加磁场对焊接中熔滴的过渡/熔池金属的在焊缝背面.以利于更有效地控制焊缝一次结晶流动/熔池的结晶形核及结晶生长等过程进行有过程0以上

3、几种安置形式也可以同时采用0效地干预.使焊缝金属的一次结晶组织细化.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.从而提高焊缝金属的性能.全面改善焊接接头的质量0在航空/航天/冶金/机械等部门具有广泛的应用前景和巨大的实用价值9":0图"电磁作用装置原理图对控制焊缝金属一次结晶过程.纵向磁场具"外加磁场作用焊接的原理及特点有更大的可能性0有关资料表明.在电磁作用焊接时.如果使用横向磁场.在外磁场与等离子体和电利用外加磁场对电弧进行控制的方式通常有弧自身磁场作用下.弧柱会产生偏移.工件上的活&种!;外加横向磁场.即外加磁场的磁力线垂直性斑点也会

4、产生移动3当给电弧施加纵向磁场时.通过电弧轴线3<外加纵向同轴磁场.即外加磁场电弧围绕自己的轴线发生旋转.加热斑点也发生的磁力线方向与电弧轴线方向平行3=外加尖角旋转.外加磁场赋予电弧较大的挺度和稳定性.并形磁场.它可使电弧弧柱的形状变为椭圆形.使弧由于磁压增高的结果.提高了弧柱中心温度.进而柱能量密度和电弧电场强度提高0使得熔池的熔体被均匀搅拌.熔滴尺寸和它们在实际上.以上&种外加磁场又都含有恒定外焊丝端部的存在时间平均减少了">&?">’.熔滴加磁场和脉动外加磁场两种类型0在实际应用中.的过渡频率增加.提高了焊缝质量.所以在外加磁可根据不同工艺要求在很大范围内改变

5、所加磁场场作用焊接时多采用外加纵向磁场0文献9":说明的强度和脉冲频率.用来控制电弧形态及焊缝成了利用外加纵向交变磁场.用于含钛/铝成分较高形.达到改善焊缝结晶和消除缺陷的目的0的不锈钢低速焊时.在合适的磁场频率下.具有加电磁作用装置)见图"*由’个主要部件组强等轴晶粒形成的明显效果0成!电源和电磁线圈)螺线管*0每一部分具有各自’外加磁场在焊接中的应用收稿日期!’##’7#’7#-基金项目!江西省自然科学基金资助项目)#"8##$#*关于利用外加磁场控制焊接.国内外学者已@"+,-@磁控技术在焊接中的应用及进展55江淑园陈焕明刘志凌进行了多方面的研究!并取得了一定的

6、成果和经场来控制正极性等离子弧"在横向交变磁场的磁验"力线交替横向穿过电弧轴线时!电磁作用力对焊#$%改善金属的结晶组织及提高熔敷金属的各缝中液态金属起着搅拌作用!液态金属来回冲击项性能着刚形成的晶体!使晶体生长受到抑制!从而获得&$’$’控制结晶组织和裂纹晶核增多*结晶方向不明显*晶粒细小的组织!并文献(’)详述了前苏联专家对外加磁场作用使焊缝的熔深减小3可降到-$’:-$7;;4(<)"实于焊接方面所作的大量研究"他们认为!由于外加验证明!这种磁控摆动等离子弧能够改善等离子磁场的作用!使合金元素及硅*硫*氢等元素沿树弧热与力的分布特性!非常适合堆焊热源的需要"枝晶

7、晶界的偏析都会减少!同时可使氧化物的数该实验还验证!在频率为’-:’<=>时!焊缝晶粒量和长度大大减小!这样就降低了焊缝金属的化细化效果最好"学不均匀性!使结晶组织得到控制!减少裂纹出现&$’$&抑制焊接气孔的几率"文献(’)对’9&-高强度热强化铝合金*合金西安交通大学采用外加间歇交变纵向磁场作钢和钛合金进行了电磁作用影响焊缝气孔率的研用于+,’-./铝合金012氦弧焊!来抑制焊接热究"研究表明!在合适的焊接参数下!电磁作用能裂纹的产生3见图&4"在第’个半周期中!由于外有效地抑制焊缝中气孔的产生!减小气孔尺寸"加纵向磁场的作用!针对+,’-./铝