雙鎢極氬弧焊耦合電弧壓力分析

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1、第27卷第9期焊接學(xué)報(bào)Vol.27No.92006年9月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONSeptember2006雙鎢極氬弧焊耦合電弧壓力分析冷雪松,張廣軍,吳林(哈爾濱工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代焊接生產(chǎn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,哈爾濱150001)摘要:雙鎢極氬弧焊(twin-electrodeTIG,T-TIG)的耦合電弧是由設(shè)置在同一個(gè)焊槍中的兩個(gè)相互絕緣的鎢極各自產(chǎn)生的電弧耦合而成的。這個(gè)耦合電弧在物理特性上不同于傳統(tǒng)單鎢極TIG電弧。以試驗(yàn)為基礎(chǔ),分析了耦合電弧的電弧壓力特性,并對(duì)比單鎢極電弧就焊接

2、電流、電弧弧長(zhǎng)、鎢極間距和鎢極形狀對(duì)耦合電弧壓力分布的影響進(jìn)行了研究。關(guān)鍵詞:雙鎢極氬弧焊;耦合電弧;電弧壓力;影響因素中圖分類號(hào):TG403文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):0253-360X(2006)09-013-04冷雪松[5]0序言生的電弧耦合而成的。采用通用的靜態(tài)小孔法對(duì)燃燒穩(wěn)定的直流雙鎢極氬弧焊的電弧壓力分布進(jìn)行測(cè)量,焊接電源采用兩臺(tái)型號(hào)均為WS-400直流氬鎢極氬弧焊是一種應(yīng)用非常廣泛的高品質(zhì)焊接弧焊電源。試驗(yàn)裝置如圖1所示。測(cè)壓元件使用高方法。但是,該方法的一個(gè)顯著的缺點(diǎn)就是熱輸入分辨率的擴(kuò)散硅壓差傳感器,其響應(yīng)速度快,量程為量

3、小,熔敷效率低,焊接速度慢,成為制約其在高效0~2000Pa。自行研制的雙鎢極焊槍固定在三維坐焊接生產(chǎn)中應(yīng)用的主要因素。而依靠提高電流來(lái)增標(biāo)儀上,坐標(biāo)儀最小刻度為0.001mm,可以實(shí)現(xiàn)平大熱輸入以增加熔敷率的方法又會(huì)導(dǎo)致電弧壓力的穩(wěn)精確的二維移動(dòng)。陽(yáng)極采用水冷銅板,其上開有大幅度提高,容易出現(xiàn)咬邊、熔穿等缺陷,應(yīng)用起來(lái)直徑為0.5mm的測(cè)量小孔,將作用于該點(diǎn)的電弧很受限制。因此,在保留它原有優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,提高壓力通過(guò)導(dǎo)管傳至壓差傳感器,把壓力值轉(zhuǎn)換為電其焊接效率成為亟待解決的問(wèn)題。信號(hào)。最后,再由計(jì)算機(jī)將電信號(hào)還原為壓力值,并目前,有

4、一些途徑可以提高TIG焊接的熔敷率,[1][2]繪制壓力曲線。經(jīng)過(guò)標(biāo)定,該系統(tǒng)的分辨率可以達(dá)例如活性化TIG焊和雙面焊等。日本的焊接工到1Pa。作者近年提出了雙鎢極氬弧焊方法(T-TIG),并在[3]大型厚壁的罐體焊接中取得了很好的焊接效果。該方法通過(guò)設(shè)置在同一焊槍中的兩個(gè)相互獨(dú)立的鎢極聯(lián)合產(chǎn)生的耦合電弧進(jìn)行焊接。該電弧能夠在大電流下保持小的電弧壓力,可以避免在增加熔敷率的同時(shí),過(guò)大的電弧壓力所導(dǎo)致的熔穿和咬邊等缺陷出現(xiàn)。目前,對(duì)雙鎢極耦合電弧壓力的研究還很少,多數(shù)相關(guān)文獻(xiàn)也僅限于單鎢極電弧壓力的研[4,5]究。因而,有必要對(duì)這種焊接方

5、法的電弧壓力進(jìn)行深入的分析。圖1雙鎢極耦合電弧壓力測(cè)量系統(tǒng)Fig.1MeasuringsystemofT-TIGcouplingarcpressure1耦合電弧壓力測(cè)量系統(tǒng)2耦合電弧壓力的分布特性分析雙鎢極氬弧焊槍中設(shè)置兩個(gè)相互絕緣并具有各自導(dǎo)電通道的鎢極,耦合電弧就是由這兩個(gè)鎢極產(chǎn)211耦合電弧壓力分布特性收稿日期:2005-09-13測(cè)量對(duì)比傳統(tǒng)單弧與雙鎢極耦合電弧。采用的基金項(xiàng)目:國(guó)家武器預(yù)研基金資助項(xiàng)目(5141805040HT0159)焊接參數(shù)均為弧長(zhǎng)3mm,鎢極直徑3mm,錐角30b,14焊接學(xué)報(bào)第27卷電流200A(耦合電

6、弧兩鎢極各為100A),耦合電弧的212耦合電弧壓力下降成因鎢極間距4mm。此后的測(cè)量如無(wú)特殊說(shuō)明均采用相耦合電弧壓力分布產(chǎn)生的這種變化與其成因密應(yīng)的焊接參數(shù)。設(shè)定在電弧壓力平面通過(guò)兩鎢極尖切相關(guān)。電弧從陰極到陽(yáng)極工件的不同高度處的截端投影點(diǎn)的直線為x軸,投影點(diǎn)連線的中垂線為y面積變化造成了電流密度的差異,由此產(chǎn)生自上而軸。圖2是雙鎢極耦合電弧的壓力分布,三條曲線分下的壓力差,這種壓差不斷推動(dòng)等離子氣流對(duì)陽(yáng)極別代表耦合電弧壓力在x軸和y軸的分布以及產(chǎn)生了持續(xù)的壓力即電弧壓力。圖4為相同曝光量100A電流下單弧的壓力分布。從圖中可見,耦合

7、電下單弧和耦合電弧的正面和側(cè)面形態(tài)比較。其中耦弧的壓力在x方向和y方向的壓力分布是不同的,合電弧的鎢極間距為2mm。在圖中,耦合電弧的側(cè)脫離了單弧相對(duì)于鎢極軸線的中心對(duì)稱的分布形式。面形態(tài)與單弧形態(tài)非常相近,可以認(rèn)為符合單弧的其中,x方向壓力下降較y方向緩慢,在距離原點(diǎn)鐘形分布。但正面形態(tài)與單弧相差較大,在鎢極附?115mm范圍內(nèi)呈現(xiàn)特殊的/平臺(tái)狀0分布。而y方近電弧的截面積明顯增大,由此可推知此處的電流向壓力下降迅速,分布曲線與單弧100A基本吻合。密度必然減小。造成了弧體軸向的電磁收縮力差值即軸向壓力差減小,其驅(qū)動(dòng)等離子體氣流對(duì)陽(yáng)極

8、的沖擊力也必然隨之降低,因此造成了電弧壓力的減小。(a)單弧形態(tài)(b)正面形態(tài)(c)側(cè)面形態(tài)圖2雙鎢極電弧壓力分布圖4單弧與耦合電弧的電弧形態(tài)比較Fig.2Distributionofcouplingarc