环境压力对TIG焊接过程的影响研究

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随着海洋油气资源开发的深入,海底管道施工与维修工程逐年增多,水下管道焊接维修法已成为各国研究的重点。其中干式高压TIG焊接是海底管道修复中最常用的焊接方法。随着维修深度的增加,环境压力对TIG焊接过程影响愈加显著,为了改进焊接工艺,提高焊接质量,须对高压TIG焊接过程进行研究。本文基于高压焊接舱,搭建了一套用于高压环境TIG焊接参数采集的高速摄像系统和电弧光谱采集系统。在0.1MPa-0.5MPa压力环境下进行了TIG焊接实验,采集了焊接过程中的电弧图像与光谱信息。首先在前人对TIG焊接电弧数值模拟研究基础上,建立了自己的TIG焊接电弧模型。通过FLUENT流体仿真软件,对常压与高压环境下TIG焊接温度场进行了模拟。仿真结果表明:高压环境下TIG焊接电弧最高温度下降明显,但是温度变化梯度减小,阳极区电弧温度有所上升。其次在高速摄像拍摄到的不同压力环境下TIG焊接电弧图像的基础上,深入研究了环境压力对TIG焊接电弧形态的影响。研究表明:高压环境会导致TIG焊接电弧收缩,压力越高影响越显著。通过对不同压力环境下TIG焊接试件的比较,发现随着压力环境增大,焊缝熔宽与熔深尺寸增大。最后基于焊接过程中的电弧光谱信息,通过Boltzmann作图法对不同压力环境下的TIG焊接电弧温度进行计算,计算结果表明随着压力的上升,TIG焊接电弧整体温度逐渐下降。本文通过模拟仿真与实验验证相结合的方法研究了压力环境对TIG焊接电弧形态和温度场的影响规律,探索了高压环境下TIG焊接电弧的物理特性,为改善高压环境下TIG焊接工艺提供理论依据。
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