可控分流MIG-TIG双面焊耦合电弧特性及其熔滴过渡机制研究

针对单电源双面电弧焊存在的稳定性差、焊缝成形难以控制等问题，提出一种旁路可控分流新方法。由于旁路分流的存在，使得耦合电弧的物理特性既不同于常规单电弧，也有别于两个电弧的简单叠加，带来新的未知特性。本项目从耦合电弧形态、电弧负载特性、电弧压力分布、电流密度分布等角度出发，对旁路分流条件下耦合电弧产热机制、电弧力形成及影响因素进行定量描述；进一步研究耦合电弧热、力作用对熔滴过渡机制的影响规律，并结合传统MIG焊接熔滴过渡力学理论和最小能量原理，建立熔滴过渡的力学物理模型和能量模型，分析熔滴受力状态与焊接稳定性之间的内在联系，对耦合电弧熔滴形态、过渡路径、临界失稳条件等进行数值模拟，结果将用于指导焊接过程控制、改善熔滴过渡与焊缝成形。项目成果也将丰富焊接电弧物理基础理论，拓展电弧焊接应用范围，具有重要的理论意义与工程应用价值。

本项目提出的旁路分流双面电弧焊接技术可以解决单电源双面电弧焊的稳定性差、焊缝成形难以控制等问题。由于旁路分流的存在，使得耦合电弧的物理特性既不同于常规单电弧，也有别于两个电弧的简单叠加，带来新的未知特性。本项目从耦合电弧形态、电弧负载特性、电弧压力分布、电流密度分布等角度出发，对旁路分流条件下耦合电弧产热机制、电弧力形成及影响、熔滴过渡机制等方面进行了详细研究。结果表明，由于洛仑兹力的作用，耦合电弧的体积明显膨胀，呈“短裙形”，沿弧长方向电弧直径的变化梯度减小；耦合电弧的压力整体显著降低，其压力峰值仅为单弧压力的25%，且沿焊接方向上电弧压力的分布更加均匀，即使在大电流下，耦合电弧的电弧压力仍保持在低水平；与常规MIG电弧相比，耦合电弧的电压电流的更为稳定、波动更小，耦合电弧具有更低的电弧电流密度，且沿焊接方向更为均匀的能量分布，这说明旁路分流双面电弧焊技术可有效减小工件的热输入，具有能量更均匀的焊接电弧，由此带来了更为优秀的焊接品质。. 旁路电弧的电弧力对耦合电弧的熔滴过渡也有显著的影响，熔滴过渡形态随旁路电弧电流参数改变而改变。在此基础上，结合传统MIG焊接熔滴过渡力学理论和最小能量原理，建立了熔滴过渡的力学物理模型和能量模型，分析熔滴受力状态与焊接稳定性之间的内在联系，对耦合电弧熔滴形态、临界失稳条件等进行了数值模拟。研究成果将用于指导焊接过程控制、改善熔滴过渡与焊缝成形，这不仅丰富了焊接电弧物理基础理论，也拓展了电弧焊接应用范围，具有重要的理论意义与工程应用价值。. 本项目在国内外期刊上发表EI论文3篇和SCI论文1篇，已录用SCI论文2篇和EI论文1篇，已授权或申请发明专利5项，培养在读硕士研究生4名。研究成果得到国内外同行的好评。