等离子弧穿孔熔池熔凝过程的绕流机制与变位置焊接稳定性控制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51875004
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0508.成形制造
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Addressing the keyhole molten pool broken problem appeared during the variable polarity plasma arc changing position welding, the mechanism linking flow characteristic parameters to solidification morphology is built based on the analysis of fluid flow in molten pool as Karman vortex street. The dynamic stability control strategy for changing position keyhole molten pool is proposed as: forced the keyhole expanding and contracting in a fixed frequency and magnitude to enhance the immunity of keyhole molten pool under the precondition of keeping the keyhole existing and wake closing. Use the pulse plasma gas variable polarity plasma arc to provide the pulse pressure to keyhole molten pool, to decrease the heat impact to the molten pool in mechanism. The study is carried out aiming at the melt flow behavior under variable force and state, the output characteristics of pulse plasma gas variable polarity plasma arc and its coupling mechanism to the keyhole molten pool. The interactive mechanism between molten pool vibration and interference of gravity is analyzed. The internal relations and regulatory mechanisms of molten pool vibration, stationary point location, wake closing condition and weld quality are revealed, to achieve the stability and quality control of pulse plasma gas variable polarity plasma arc in continuous changing position welding. All of these results can lay the foundation for large complex light alloy structure variable polarity plasma arc welding.
针对变极性等离子弧变位置穿孔焊接过程中出现的熔池失稳问题,从穿孔熔池绕流行为与卡门涡街现象的理论分析出发,建立熔池绕流特征参量与凝固形貌的关联机制;提出变位置穿孔熔池的动态稳定性控制策略,即在保证熔池小孔持续存在和绕流尾迹稳定闭合的前提下,令小孔以一定频率和幅度扩张与收缩,从而提高穿孔熔池抵抗外界扰动的能力;采用气脉冲复合变极性等离子弧为穿孔熔池提供脉动压力输出,从机理上减小对熔池的非预期热冲击。项目针对变力与变物态条件下金属熔体绕流行为、脉冲离子气作用下变极性等离子弧输出特性及其与穿孔熔池的耦合作用机理开展研究,分析熔池振荡与重力时变干扰之间的交互机制,揭示熔池受迫振动与绕流驻点位置、熔池尾迹闭合条件及焊缝成形质量的内在联系与调控机制,最终实现气脉冲复合变极性等离子弧变位置穿孔焊接的熔池稳定性与质量稳定性控制,为大型轻合金复杂结构的变极性等离子弧原位焊接制造与现场焊接装配奠定基础。

结项摘要

自2019年项目启动以来,本项目以等离子弧焊接过程中“穿孔熔池熔凝过程的绕流机制”和“变位置焊接稳定性控制”为重点研究方向开展研究。解决的关键问题和创新性研究成果概述如下:多位置连续穿孔施焊过程中,发现变极性电弧驱动下小孔-熔池体系内前壁面绕流和后壁面分流的三维流动行为,进而完善了穿孔焊小孔-熔池体系双驻点三维流动物理模型。提出了表征穿孔熔池稳定的行为特征向量,辨识任意位置等离子弧穿孔焊接熔池稳定性的新模型,最终解决了准稳态小孔熔池在复杂扰动下的状态表征和演变预测的基础科学难题。为了突破了焊接稳定性控制中,通过调整熔池状态以适应特定焊接条件的传统思路,提出了气-电联合复合脉冲增强了熔池自身的抗干扰能力和容错能力,解决因环境动态变化而导致的穿孔熔池失稳问题。针对VPPA穿孔焊接在焊缝路径空间位置发生连续变化时出现熔池失稳的问题,研究了焊接位姿变化时重力对穿孔熔池熔体形成与流动演化的影响规律,引入非对称施加热源来改善电弧熔池端的热力分布和增加传质应对因空间轨迹突变而引入的突发状况,保证了连续焊接的稳定性,取得了理想的焊缝成型。总结研究成果,在国内外学术期刊发表SCI论文19篇,参加会议并报告3 次;申请国家发明专利4项,其中授权3项。在课题研究过程中培养研究生7人,其中博士生2人;博士后1人。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
A Primary Study of Variable Polarity Plasma Arc Welding Using a Pulsed Plasma Gas
脉冲等离子气体变极性等离子弧焊的初步研究
  • DOI:
    10.3390/ma12101666
  • 发表时间:
    2019-05-02
  • 期刊:
    MATERIALS
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Lu, Zhenyang;Zhang, Wang;Yan, Zhaoyang
  • 通讯作者:
    Yan, Zhaoyang
Weld properties and residual stresses of VPPA Al welds at varying welding positions
不同焊接位置 VPPA Al 焊缝的焊接性能和残余应力
  • DOI:
    10.1016/j.jmrt.2020.01.040
  • 发表时间:
    2020-05-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS RESEARCH AND TECHNOLOGY-JMR&T
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Yan, Zhaoyang;Chen, Shujun;Zhang, Suolai
  • 通讯作者:
    Zhang, Suolai
Arc discharge and pressure characteristics in pulsed plasma gas of PAW
PAW脉冲等离子气体的电弧放电及压力特性
  • DOI:
    10.1007/s00170-018-3198-9
  • 发表时间:
    2019-01
  • 期刊:
    The International Journal of Advanced Manufacturing Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Shujun Chen;Zhaoyang Yan;Fan Jiang
  • 通讯作者:
    Fan Jiang
Experimental investigation on heat transfer of different phase in variable polarity plasma arc welding
变极性等离子弧焊不同相传热实验研究
  • DOI:
    10.1007/s40194-019-00722-3
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
    Welding in the World
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Fan Jiang;Cheng Li;Shujun Chen
  • 通讯作者:
    Shujun Chen
The influence mechanism of variable polarity plasma arc pressure on flat keyhole welding stability
变极性等离子弧压力对平板小孔焊接稳定性的影响机制
  • DOI:
    10.1016/j.jmapro.2018.12.026
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Manufacturing Processes
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Bin Xu;Shujun Chen;Fan Jiang;Huy Le Phan;Shinichi Tashiro;Manabu Tanaka
  • 通讯作者:
    Manabu Tanaka

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其他文献

细胞内的氧化还原感受器蛋白与氧化还原信号传导
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    魏亚萍;王媛;郭晓笋;蒋凡
  • 通讯作者:
    蒋凡
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光纤激光焊接小孔激光诱导蒸气对焊缝表面粗糙度的影响
  • DOI:
    10.2351/7.0000578
  • 发表时间:
    2022-02
  • 期刊:
    Journal of Laser Applications
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    邹江林;祝宝琦;张高磊;蒋凡;武强;肖荣诗
  • 通讯作者:
    肖荣诗
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宁献文;李劲东;王玉莹;蒋凡
  • 通讯作者:
    蒋凡
基于压电材料的钢筋砼-钢组合塔筒损伤监测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周天翔;许斌;李彦贺;蒋凡
  • 通讯作者:
    蒋凡
磁致伸缩多点地表裂缝位移监测装置的研制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蒋凡;郝文杰;王洪磊
  • 通讯作者:
    王洪磊

其他文献

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蒋凡的其他基金

激光等离子弧串联复合能量分布规律与铝合金厚板穿孔焊接稳定性控制
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    2022
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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