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金属学报 2017年第5期53卷 631-640页

作者：陈树君徐斌蒋凡北京工业大学机电学院汽车结构部件先进制造技术教育部工程研究中心北京100124

基于磁流体动力学及Maxwell方程组,建立了变极性等离子电弧的三维瞬态计算模型,依据变极性等离子弧焊对铝合金板材穿孔焊接过程的物理特性,提出了随电弧极性变化的分时导电模型,通过计算得到了变极性等离子电弧的温度场、流场、电流密... 详细信息

基于磁流体动力学及Maxwell方程组,建立了变极性等离子电弧的三维瞬态计算模型,依据变极性等离子弧焊对铝合金板材穿孔焊接过程的物理特性,提出了随电弧极性变化的分时导电模型,通过计算得到了变极性等离子电弧的温度场、流场、电流密度和电弧压力的分布情况,以及电弧压力随时间的变化过程。通过实验测量了工件表面电弧中心压力,得到了不同极性时的电弧形态。结果表明:相同电流条件下,正极性时电弧温度场分布比反极性时更加分散,但正极性时电弧最高温度范围小于反极性时;反极性电弧压力和电流密度在电弧中心处均大于正极性,在径向距电弧中心一定距离处,2种极性时的电弧压力和电流密度的大小出现反转;电弧压力对焊接电流响应迅速,正极性电弧压力小于反极性电弧压力,焊接电流过零时,电弧压力会降低到较低的值,电流增加时电弧压力变化存在"过冲"现象;对实验与计算得到的变极性等离子电弧正反极性时电弧图像和工件表面电弧中心压力进行了对比,结果吻合良好。

关键词：变极性等离子电弧三维模型数值模拟

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铝合金变极性等离子焊接电弧产热机理

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焊接学报 2007年第12期28卷 35-37,42页

作者：韩永全陈树君殷树言内蒙古工业大学材料学院呼和浩特010051 北京工业大学机械与应用电子技术学院北京100022

从铝合金变极性等离子焊接电弧物理特性出发,研究了铝合金变极性等离子焊接电弧产热机理,分析了焊接参数对电弧热的影响规律。通过理论分析和试验研究,发现铝合金变极性等离子弧焊接时不对称电极特性对正、反极性期间电弧的产热具有很... 详细信息

从铝合金变极性等离子焊接电弧物理特性出发,研究了铝合金变极性等离子焊接电弧产热机理,分析了焊接参数对电弧热的影响规律。通过理论分析和试验研究,发现铝合金变极性等离子弧焊接时不对称电极特性对正、反极性期间电弧的产热具有很大的影响。反极性期间由于铝合金作为阴极,阴极压降大电弧产热量也增大。在变极性等离子弧焊接时正、反极性期间的焊接电流和持续时间等参数不同也是造成正、反极性等离子电弧产热不同的重要原因。

关键词：变极性等离子电弧电特性铝合金

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基于标准温度法的变极性等离子弧焊电弧温度场研究

基于标准温度法的变极性等离子弧焊电弧温度场研究

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作者：王学龙内蒙古工业大学

学位级别：硕士

变极性等离子弧(Variable polarity plasma arc,VPPA)焊由于电弧能量集中并且具有阴极清理作用在厚板铝合金的焊接中被广泛使用。焊接电弧作为电能向热能转换的载体,其内部具有丰富的特征信息。本文以等离子电弧为研究对象,根据电弧等... 详细信息

变极性等离子弧(Variable polarity plasma arc,VPPA)焊由于电弧能量集中并且具有阴极清理作用在厚板铝合金的焊接中被广泛使用。焊接电弧作为电能向热能转换的载体,其内部具有丰富的特征信息。本文以等离子电弧为研究对象,根据电弧等离子体光谱诊断理论,利用标准温度法对等离子电弧稳态以及瞬态电弧温度分布进行研究,获取电弧能量传输过程深层次信息,为改善焊接质量、提高生产效率提供了理论基础。建立了基于光谱仪以及高速摄像加窄带滤波片的电弧光谱采集系统。对稳态等离子电弧诊断,在相同条件下分别采用光谱仪和高速摄像加窄带滤波片的电弧光谱采集系统得到的电弧温度分布具有良好的一致性。而对于随时间周期性变化的变极性等离子弧,使用光谱仪将无法满足其对时间分辨率的要求。因此,本文采用具有高时间分辨率和空间分辨率的高速摄像采集方式获取等离子电弧瞬态完整空间信息。选用Ar I794.8nm为特征谱线,采用Abel逆变换对经预处理的谱线强度进行发射系数恢复,获得了直流等离子电弧的温度分布。焊接电流从90A增大到150A,高温区面积逐渐增大并向阳极移动,电弧最高温度从18300K增大到19800K。随弧长的增加电弧热收缩效应加强,弧柱区随弧长增加弧柱直径减小,温度梯度增加,而弧长变化对电弧阴极区和阳极区温度以及电弧最高温度的影响有限。电弧形态会受到离子气流量的影响,气流量从2L/min增大到6.5L/min,电弧最高温度逐渐升高,当气流量增加到8L/min时,由于气流量过大影响电弧稳定性,电弧温度场的高温区域减小。在直流等离子电弧温度场的基础上进一步研究变极性等离子电弧。电源极性转变期间电弧温度相比于直流等离子电弧发生显著变化。正、反极性电流均为150A时电弧最高温度分别为19500K和16170K,正极性、反极性过渡时刻电弧的温度滞后于电流的变化,完成极性转变需1-2ms。工件为阳极时,电流下降沿在近“零”处的等离子体温度较上升沿略低。研究正反极性电流占比与时间占比变化时的电弧能量。当正反极性电流占比从0增加到20时,电弧阳极区最高温度从16170K增加到了16939K,进一步增加正反极性电流占比,阳极区最高温度增加程度有限;正反极性时间占比对反极性电弧能量有显著影响,电弧由温度较高的正极性向温度较低的反极性转变时存在明显的热惯性,反极性电弧需要一定时间才能达到稳定的铝阴极电弧温度,正反极性时间占比增加到-2后电弧能量将不会持续降低。

关键词：变极性等离子电弧光谱诊断标准温度法电弧物理特性

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