浅析磁控法焊接技术发展

来源:网络(转载) 作者:黄蓉 发表于:2012-06-07 11:51  点击:
【关健词】磁控法 焊接工艺 发展研究
磁控法焊接技术是一种附加简单装置、投入成本低、效益高新的焊接技术,该技术在冶金化工、锅炉、压力容器、热能电力、航空航天等领域得到了广泛的应用。文章介绍了磁控法焊接技术原理,叙述了其国内外研究发展状况,概括了其发展中存在的问题,简要分析了磁控法焊接技术

 1、前言
  磁控法焊接技术是一种附加装置简单、投入的成本低、效益高新的焊接技术,它是利用外加磁场对焊接中溶滴的过渡、熔池金属的流动、熔池的结晶形核及结晶生长等过程进行有效干预,使焊缝金属的一次结晶组织细化,减少成分不均匀性,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,还能有效地降低焊接残余应力[2]。
   磁控法焊接技术一般采用与电弧轴向平行的纵向平行的纵向磁场,外加磁场可以有效的控制高效焊接的旋转过渡过程,得到稳定性好、可控性好的旋转射流过渡,从而大大提高了焊接生产效率。纵向磁场促使电弧旋转,改变弧柱等离子流和电流密度的径向分布,影响母材的加热溶化和焊缝成形。外加纵向磁场的引入可以促使焊接电弧的旋转,改变焊接电弧特性,影响焊缝成形[3]。
  2、磁控法焊接技术国内外研究发展
   长期以来,国内外学者针对磁场对电弧的作用进行了不懈的研究。
   1962年Brown[4]等人最早在不锈钢、钛合金、铝合金中研究电磁搅拌对焊接过程的影响,从发现晶粒细化现象以来,电磁搅拌技术就逐渐被研究者重视,国内外开始对外加磁场对焊接质量的影响进行了广泛地研究。
   1988年,前苏联专家阿勃拉洛夫等[5]对电磁作用焊接方面作了大量的研究。说明了最佳的焊接工艺参数有助于提高金属和合金焊接接头的机械强度塑性和耐蚀性,从而提高了焊接质量。
   1997年,德国汉诺威大学[6]研究了磁场作用的焊接电弧行为与焊丝熔滴过渡的形成过程,指出各种形式的纵向磁场(直流、交流、脉冲)对MIG/MAG焊接工艺的不同影响。
   我国科学研究学者在磁控法焊接技术也取得了相应的成果。
   1998年,西安交通大学的李海刚等[7]采用外加间歇交变纵向磁场焊接技术,对TIG焊LD10CS铝合金的焊接过程进行控制,有效的细化了焊缝金属的组织,提高焊接质量。
   2004年,南昌航空工业学院江淑园、陈焕明等[8]研究了外加磁场对CO2焊飞溅的控制原理。以低碳钢Q235为试验对象,在不同的焊接工艺参数下进行了有无外加磁场的焊接对比试验,并且改变外加磁场的大小,测试了不同磁感应强度下的焊接飞溅率。证明了:外加纵向磁场作用CO2短路飞溅时存在一个最佳的磁场范围,它降低飞溅作用最为明显。
   纵观上述文献,外加磁场在MIG焊、MAG焊和CO2激光焊等方面都有大量的研究。电磁法焊接技术应用也日益广泛,大量的研究表明:通过对外加磁场的强度和频率进行合理的匹配,可对电弧的形态进行控制,使电弧扩张,带电粒子作复杂的螺旋运动,电弧的电流密度和能量分布发生改变,从而影响焊缝成形。电磁搅拌作用还能细化晶粒,净化杂质,减少焊接缺陷,提高焊接接头的综合性能。
  3、磁控法焊接技术发展所面临的问题
  目前,对磁场作用下焊接技术的研究大多局限在电弧焊领域,随着人们对电磁场理论的进一步了解,人们尝试把磁场控制技术应用在其他焊接方法(如磁控法CO2激光焊)中。但目前采用磁场控制焊接电弧也存在一定的局限性:
   1、局限于电弧整体运动行为的研究,如磁偏弧(电弧摆动)、磁旋弧(电弧在磁场作用下旋转,进行管道全位置焊接)等;
   2、局限于电磁力搅拌熔池、细化焊缝晶粒的作用,即通过电磁力的搅拌作用搅拌熔池,强迫液态金属流动,对成长的晶粒进行冲刷、剪切而破碎;
   3、局限于静态磁场对非熔化极电弧的拘束作用,通过对空间磁场的合理分布与控制,获得理想的磁场形态,从而更有效的控制焊接电弧,完善焊接工艺。
  4、磁控法焊接技术发展趋势
   磁控高效焊接工艺可以防止热裂纹,冷裂纹,焊缝内部的气孔和夹杂,提高焊接质量,并且在钢结构焊接和铝合金焊接等领域有很好的应用前景。随着磁控法焊接技术研究的深入,应用将会越来越广泛,其发展趋势有以下几点:
   (a)在工艺方面,磁控技术将在传统的焊接方法(TIG,MIG,GTAW)上得到进一步研究与应用,并逐步与激光焊接,激光熔覆,机器人与自动焊接等先进技术连接紧密结合。
   (b)随着研究的深入,计算机数值模拟日渐成熟,定量分析磁控焊接过程中的外加磁场的分布,为磁场多样化提供理论依据。
   (c)随着超导磁体的发展,高强磁场的获得越来越容易,而且正逐渐用于科学研究领域,而且强磁场对细化晶粒,消除杂质和表面缺陷,石墨化及固态相变都有显著的影响,因此研究高强磁场对焊接过程的影响具有重要的理论意义和实际应用价值。
  
  参考文献:
  [1]张学武,江淑园,代巍.外加纵向磁场对CO2焊短路过渡频率的影响[J].金属铸锻技
  术,2009.25(3):65-67.
  [2]李多,李大用等.外加纵向磁场作用下的MIG焊电弧形态[J]. 试验与研究,2009.30(3):882-885.
  [3]李亚江.焊接冶金学—材料焊接性[M]. 北京:机械工业出版社,2006, 68-69.
  [5][苏]M.A.阿勃拉洛夫,P.Y.阿勃杜拉赫曼诺夫著,韦福水,路登平译.电磁作用焊接技术[M].北京:
  机械工业出版社,1988:1-125
  [7]李海刚.用电磁搅拌提高LDI0CS铝合金焊接接头的质量[J].焊接学报,1998,19(12):100-104.
  [8]江淑园,陈焕明.外加磁场对CO2焊飞溅的控制机理[J].焊接学报,2004,25(3):65-68.
 

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