外加磁場對焊接過程的影響

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1、外加磁場對焊接過程的影響摘要:　論述了外加磁場對焊接電弧形態(tài)、焊接熔池形狀、焊縫顯微組織、焊接缺陷、接頭力學(xué)性能及殘余應(yīng)力的影響，并討論了電磁作用下焊接技術(shù)的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞:　電磁場　焊接質(zhì)量　磁場強度　頻率INFLUENCEOFADDINGMAGNETICFIELDONWELDINGPROCESSHarbinInstituteofTechnologyZhangZhongdian,LiDongqingYinXiaohui,ZhengAilongJilininstituteoftechnology　ZhaoHongyunChinafirstautomobile

2、workgroupcorporation　YanLihongAbstract　Thispaperdiscussestheinfluenceofaddingmagneticfieldonshapeofweldingarcandpool,microstructureofweld,welddefect,mechanicalpropertiesandresidual-stressofweldedjoint.Moreover,thedevelopmentofweldingtechnologyaffectedbymagneticfieldisdiscussed.Keywo

3、rds：　magneticfield，　weldingquality，　magneticfieldintensity，　frequency　　0　前　言　　　　隨著材料科學(xué)和工程技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代結(jié)構(gòu)材料對焊接質(zhì)量的要求越來越高。研究表明，焊接接頭的內(nèi)部晶粒結(jié)構(gòu)顯著影響焊縫金屬的強度等性能，細小的等軸晶能減少結(jié)晶裂紋、提高力學(xué)性能（如強度、韌性、疲勞壽命）。因此，控制焊接接頭內(nèi)部晶粒形態(tài)、尺寸成為人們研究的熱點。外加磁場控制的焊接技術(shù)就是控制晶粒形態(tài)及其尺寸的一種有效方法?！　　〔捎猛饧哟艌隹刂坪附淤|(zhì)量，具有附加裝置簡單、投入成本低、效益高、耗能少等特點,引起了

4、焊接工作者的廣泛興趣。1962年，Brown等人［1］最先在不銹鋼、鈦合金、鋁合金焊接中研究電磁攪拌的影響，并且發(fā)現(xiàn)晶粒細化現(xiàn)象；1971年，Tseng和Savage［2］第一個深入研究了在TIG焊時電磁攪拌對微觀組織和性能的影響；隨后，國內(nèi)外開始對外加磁場作用下的焊接技術(shù)進行廣泛地研究。研究發(fā)現(xiàn)：外加磁場作用下的焊接技術(shù)改變了電弧焊的電弧形態(tài)，影響母材熔化和焊縫成形；通過電磁攪拌作用，改變焊接熔池液態(tài)金屬結(jié)晶過程中的傳質(zhì)和傳熱過程，從而改變晶粒的結(jié)晶方向，細化一次組織，減小偏析，提高焊縫的力學(xué)性能，降低氣孔、裂紋等焊接缺陷的敏感性，在國外被稱?quot;無缺

5、陷焊接"。1　對電弧形態(tài)的影響　　　　焊接電弧是一種持續(xù)的氣體放電現(xiàn)象，是等離子體。一般情況下，在各種電弧力的作用下，焊接電弧呈圓錐狀。但是，在外加磁場作用下電弧形態(tài)發(fā)生明顯變化。在外加橫向交流電磁場，由于洛侖茲力作用，當激磁電流頻率小于850Hz時，電弧沿焊縫中心左右擺動，而且隨著頻率的增加，電弧陰極區(qū)明顯擴展，電弧呈扇形；當激磁電流頻率大于850Hz而小于5KHz時，電弧的宏觀形態(tài)與不加磁場時相似，但電弧漂移困難、穩(wěn)定性提高；當激磁電流頻率大于5KHz時，電弧發(fā)生收縮，隨著頻率的增加，電弧收縮程度增加。當弧長和焊接電流一定時，隨著外加磁場頻率、強度的增加，

6、電弧電壓上升。說明外加磁場頻率達到一定數(shù)值時，磁場可以增加電弧的能量密度［３］?！　　≡谕饧涌v向磁場時，具有縱向運動的帶電粒子與磁場作用產(chǎn)生洛侖茲力，驅(qū)使這些帶電粒子進行旋轉(zhuǎn)，從而促使電弧旋轉(zhuǎn)，而且焊接電弧外形下部擴張、上部收縮。隨著磁感應(yīng)強度的增加，電弧旋轉(zhuǎn)速度加快。當磁感應(yīng)強度達到一定值時，電弧由原來的圓錐形變?yōu)殓娬中危溏娬置媸且粋€高速旋轉(zhuǎn)的封閉曲面?［４.５］。由于焊接電弧形態(tài)的變化，也使焊接電弧其他特性不可避免地受到影響。外加縱向磁場使電弧溫度分布發(fā)散，溫度場"矮而胖"，電弧中心的溫度下降、徑向溫度梯度較小。隨著磁感應(yīng)強度的增加，電弧溫度分布更加發(fā)

7、散，電弧中心區(qū)溫度降低、徑向溫度梯度下降［4］。而且電弧力也隨之發(fā)生變化。2　對焊接熔池形狀的影響　　　　在電磁作用下，由于電弧形態(tài)和金屬運動狀態(tài)的變化，導(dǎo)致焊接熔池形狀改變。資料表明，在橫向磁場作用下，熔池的運動速度由兩部分組成，即焊接速度和在磁場作用下垂直焊接方向的運動速度。在兩者的共同作用下焊接熔池的運動速度增加（相對無磁場時），加上電弧的偏轉(zhuǎn)，造成熔池的不對稱。如果是交變橫向磁場，則焊接熔池呈波浪式前進。而且由于熔池運動速度地增加，使焊接熱影響區(qū)和半熔化區(qū)的范圍減小。　　在縱向磁場中，由于焊接電弧的旋轉(zhuǎn)擴張，使焊縫熔寬增加，熔深減小。熔池中的液態(tài)金屬受

8、洛侖茲力的作用，繞焊接電弧中心軸旋轉(zhuǎn)。