外加磁场对焊接过程的影响

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1、外加磁场对焊接过程的影响摘要:　论述了外加磁场对焊接电弧形态、焊接熔池形状、焊缝显微组织、焊接缺陷、接头力学性能及残余应力的影响，并讨论了电磁作用下焊接技术的发展方向。关键词:　电磁场　焊接质量　磁场强度　频率INFLUENCEOFADDINGMAGNETICFIELDONWELDINGPROCESSHarbinInstituteofTechnologyZhangZhongdian,LiDongqingYinXiaohui,ZhengAilongJilininstituteoftechnology　ZhaoHongyunChinafirstautomobil

2、eworkgroupcorporation　YanLihongAbstract　Thispaperdiscussestheinfluenceofaddingmagneticfieldonshapeofweldingarcandpool,microstructureofweld,welddefect,mechanicalpropertiesandresidual-stressofweldedjoint.Moreover,thedevelopmentofweldingtechnologyaffectedbymagneticfieldisdiscussed.Key

3、words：　magneticfield，　weldingquality，　magneticfieldintensity，　frequency　　0　前　言　　　　随着材料科学和工程技术的发展，现代结构材料对焊接质量的要求越来越高。研究表明，焊接接头的内部晶粒结构显著影响焊缝金属的强度等性能，细小的等轴晶能减少结晶裂纹、提高力学性能（如强度、韧性、疲劳寿命）。因此，控制焊接接头内部晶粒形态、尺寸成为人们研究的热点。外加磁场控制的焊接技术就是控制晶粒形态及其尺寸的一种有效方法。　　　采用外加磁场控制焊接质量，具有附加装置简单、投入成本低、效益高、耗能少等特点,

4、引起了焊接工作者的广泛兴趣。1962年，Brown等人［1］最先在不锈钢、钛合金、铝合金焊接中研究电磁搅拌的影响，并且发现晶粒细化现象；1971年，Tseng和Savage［2］第一个深入研究了在TIG焊时电磁搅拌对微观组织和性能的影响；随后，国内外开始对外加磁场作用下的焊接技术进行广泛地研究。研究发现：外加磁场作用下的焊接技术改变了电弧焊的电弧形态，影响母材熔化和焊缝成形；通过电磁搅拌作用，改变焊接熔池液态金属结晶过程中的传质和传热过程，从而改变晶粒的结晶方向，细化一次组织，减小偏析，提高焊缝的力学性能，降低气孔、裂纹等焊接缺陷的敏感性，在国外被称?quo

5、t;无缺陷焊接"。1　对电弧形态的影响　　　　焊接电弧是一种持续的气体放电现象，是等离子体。一般情况下，在各种电弧力的作用下，焊接电弧呈圆锥状。但是，在外加磁场作用下电弧形态发生明显变化。在外加横向交流电磁场，由于洛仑兹力作用，当激磁电流频率小于850Hz时，电弧沿焊缝中心左右摆动，而且随着频率的增加，电弧阴极区明显扩展，电弧呈扇形；当激磁电流频率大于850Hz而小于5KHz时，电弧的宏观形态与不加磁场时相似，但电弧漂移困难、稳定性提高；当激磁电流频率大于5KHz时，电弧发生收缩，随着频率的增加，电弧收缩程度增加。当弧长和焊接电流一定时，随着外加磁场频率、强

6、度的增加，电弧电压上升。说明外加磁场频率达到一定数值时，磁场可以增加电弧的能量密度［３］。　　　在外加纵向磁场时，具有纵向运动的带电粒子与磁场作用产生洛仑兹力，驱使这些带电粒子进行旋转，从而促使电弧旋转，而且焊接电弧外形下部扩张、上部收缩。随着磁感应强度的增加，电弧旋转速度加快。当磁感应强度达到一定值时，电弧由原来的圆锥形变为钟罩形，其钟罩面是一个高速旋转的封闭曲面?［４.５］。由于焊接电弧形态的变化，也使焊接电弧其他特性不可避免地受到影响。外加纵向磁场使电弧温度分布发散，温度场"矮而胖"，电弧中心的温度下降、径向温度梯度较小。随着磁感应强度的增加，电弧温

7、度分布更加发散，电弧中心区温度降低、径向温度梯度下降［4］。而且电弧力也随之发生变化。2　对焊接熔池形状的影响　　　　在电磁作用下，由于电弧形态和金属运动状态的变化，导致焊接熔池形状改变。资料表明，在横向磁场作用下，熔池的运动速度由两部分组成，即焊接速度和在磁场作用下垂直焊接方向的运动速度。在两者的共同作用下焊接熔池的运动速度增加（相对无磁场时），加上电弧的偏转，造成熔池的不对称。如果是交变横向磁场，则焊接熔池呈波浪式前进。而且由于熔池运动速度地增加，使焊接热影响区和半熔化区的范围减小。　　在纵向磁场中，由于焊接电弧的旋转扩张，使焊缝熔宽增加，熔深减小。熔池

8、中的液态金属受洛仑兹力的作用，绕焊接电弧中心轴旋转。