第37卷第11期 2016年11月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION
Vol.37No.11 November2016
抑制高速GMAW驼峰焊道的外加磁场数值分析
王林，高进强，李琰
（山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室，济南250061）
摘要：当熔化极气体保护焊的焊接速度高于一定临界值时，会出现驼峰焊道成形缺陷，为防止驼峰焊道的出现，通过外加磁场与熔池中的焊接电流相互作用，产生指向熔池前方的电磁力，抑制熔池中后向液体流的动量从而抑制驼峰的产生。通过建立焊前工件上外加磁场的三维模型，计算了工件上的外加电磁场分布。提出热-磁耦合分析方法，实现焊接过程中熔池内外加电磁场的数值计算，结果表明，高速焊过程中，外加磁场主要以横向磁场分布在
熔池区；焊丝与磁极间的距离会显著改变熔池内外加横向磁场的分布关键词：高速焊；驼峰焊道；外加磁场；数值模拟
中图分类号：TG441 0序言
文献标识码：A
文章编号：0253360X(2016)11010903
测量.因此，文中以磁控高速GMAW工艺试验为基础，开展数值分析工作，计算熔池内外加磁场的分
对于熔化极气体保护焊（gasmetalarcwelding， GMAW)来说，当焊接速度超过某一临界值时，会出现咬边和驼峰焊道等焊缝成形缺陷，焊缝质量难以满足生产要求，因而严重制约了焊接生产效率的进一步提高[1-3]，研究发现，高速GMAW焊接时熔池中动量很大的后液体流流向熔池尾部，并在熔池尾部堆积.后向液体流受阻挡或来不及回流到熔池前部，凝固之后便会形成驼峰焊道2-5]，目前焊接学者提出很多技术措施来抑制驼峰焊道，如在 GMAW焊接过程中采用特殊保护气体12]，采用双丝焊[6]、双电极焊[]以及复合焊[8,9]等焊接工艺均能在一定程度上提高焊接速度．但这些技术措施也有各自的不足，如焊接成本高、工艺复杂、参数过多等，因而限制了它们在工业生产中的大规模应用
文中提出电磁调控焊接熔池流态的方法，来减
缓后向液体流的动量，进而抑制高速GMAW焊接过程中出现的驼峰焊道[10]其抑制驼峰焊道的基本思路是：熔池中的焊接电流与外加磁场相互作用，产生指向熔池前部的附加电磁力，从而减缓后向液体流速和动量，避免驼峰焊道的形成.电磁调控焊接熔池流态过程涉及热场、流场、磁场和电场的相互耦合作用，其过程复杂且缺乏有效的理论解释．磁控过程中熔池内的磁场分布决定着外加磁场的调控效果，但在焊接条件下难以实现这些过程参量的直接
收稿日期：2016-域J2
基金项目：图象繁稀学基金资助项目（51275276）
布，进而探究外加磁场对熔池流态的调控机理这对于实现GMAW熔池后向液体流流态的调控，大幅提高GMAW焊接速度，具有重要的理论意义和工程实用价值，
1磁控试验装置
外加磁场调控高速GMAW焊接系统主要目的是调控熔池流态，而焊接电弧作为柔性等离子体更易受到外加磁场的作用而发生磁偏吹为了将外加磁场对焊接电弧的影响降到最低，将励磁装置安置在工件下方：励磁装置的磁极材料为DT4C电工纯铁，线圈绕组材料为耐高温漆包线.GMAW焊接过程采用直流反接，根据熔池轴向电流的指向调整励磁电流方向，获得垂直焊接方向的外加磁场，并与焊接电流相互作用产生指向熔池前方的附加电磁力工艺试验中采用的工件材料为Q235B，工件厚度为 3mm，外加励磁装置的励磁电流大小为0A~8A. 焊接过程中，磁极和焊枪不动，工件相对二者运动
2热-磁耦合计算模型
外加电磁场计算以磁控试验系统为基础，建立三维数值模型，采用ANSYS软件来模拟励磁装置在工件上激发的磁场.电磁调控系统由励磁电流源产生稳恒磁场，磁路经铁芯传递将工件磁化，在工件内部产生满足调控要求的磁感应强度.因此，电磁场