基于电涡流效应的全位置MAG焊熔池稳定成形控制基础研究

针对目前全位置MAG焊由于熔池重力的影响，须要小熔池才能维持焊缝稳定成形、使用平均电流比较小和效率低的问题，提出基于电涡流效应产生附加电磁力克服重力影响的全位置熔池成形控制方法。.通过理论和实验研究相结合的方法：①建立全位置熔池力学模型和熔池失稳力学判据，掌握重力对全位置熔池成形作用规律；②在提出新型外加高频交变磁场结构的基础上，研究外加磁场的结构参数和电参数对熔池内电涡流场和附加电磁力分布规律的影响，建立激磁线圈电流对附加电磁力的控制模型；③研究附加电磁力对全位置熔池力学行为、熔池尺寸及焊缝成形的作用规律，为全位置熔池控制建立理论基础；④通过相关的对比实验，验证较大焊接电流全位置熔池稳定成形控制的有效性。 .本项目的研究旨在为低成本全位置MAG焊熔池稳定成形控制提供一种新的途径并建立相应的理论基础。

研究了重力对全位置熔池失稳机理的影响，提出重力对熔池的失稳主要来自其径向分量和切向分量。利用热力学滞后张力理论，研究了全位置MAG焊熔池这一特殊液滴的失稳问题，建立全位置熔池失稳力学平衡判据，利用该判据合理解释了重力、电弧力、大气压力等力在不同位置对熔池失稳的影响。. 设计加工了一种E型线圈励磁结构，通过在线圈通入不同相位高频电流，在熔池内可产生克服重力分量的电涡流力。采用计算机模拟研究了不同材质磁芯对熔池内磁感应强度和涡流场强度的影响，并最终选取了锰锌铁氧体材质。模拟研究了不同励磁载荷、频率和气隙（E型线圈与焊接工件之间间距）条件下熔池内磁感应强度和涡流场强度大小和分布规律。研究了不同励磁参数时熔池内电涡流力变化规律，建立了电磁力与上述参数的回归方程，为电涡流力控制提供了必要条件。 . 分析了励磁感性负载对高频交变电源功率输出的制约问题，研究了功率补偿措施，提出采用电路串联谐振方案，提高了高频交变电源有用功率的输出。研究了不同气隙、频率对负载等效电阻R和等效电感L的影响规律，为控制电源功率输出和提高励磁电路效率奠定了基础。 . 为验证外加高频交变磁场对熔池作用的理论分析，针对全位置中5个特征位置开展了8组焊接实验研究。结果表明了高频交变磁场对熔池流淌具有抑制作用，采用电涡流技术克服全位置MAG焊中的熔池失稳方案是可行的。