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轧制 + 增材TC4合金电子束焊接接头组织与性能
闫泰起, 吴宇, 程序, 李安, 张述泉
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[摘要](296) [HTML全文](133) [PDF 1235KB](19)
摘要:
研究了一种电子束焊接参数对轧制+增材TC4钛合金焊接接头组织影响,分析了焊后钛合金力学性能. 结果表明,轧制侧热影响区合金组织变化较大,离焊缝中心距离越近,β转变组织含量增加,晶粒逐渐转变为等轴晶组织,等轴晶内有集束状马氏体\begin{document}$\alpha '$\end{document}相析出,越靠近焊缝等轴晶尺寸越大;增材侧热影响区组织形态变化较小,β晶粒形态保持柱状晶形态,无等轴晶区产生,晶内组织转变为马氏体\begin{document}$\alpha '$\end{document}相. 焊缝两侧热影响区显微硬度变化趋势相同,均为越靠近焊缝中心,显微硬度越高,焊接重熔区硬度最高,达400 HV左右. 焊接接头力学性能与TC4钛合金锻件相当,且断裂位置均位于激光沉积母材区域.
船用耐蚀钢DH36光纤激光-MIG复合焊接接头组织和性能
高艳, 崔丽, 常耀卿, 顾长石, 贺定勇
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20180320001
[摘要](174) [HTML全文](44) [PDF 1199KB](21)
摘要:
为探索12 mm厚DH36船用耐蚀钢对接用光纤激光-MIG复合焊接工艺,分析了四种不同送丝速度对接头成形、微观组织、拉伸性能及腐蚀性能的影响. 结果表明,在送丝速度为8.5 m/min时可获得成形优良的接头,随着送丝速度的增加,电弧区和激光区焊缝的熔宽均增加. 焊缝区主要由针状铁素体、先共析铁素体和一定量的贝氏体组成,送丝速度对针状铁素体的形态和数量有显著的影响. 增加送丝速度对接头抗拉强度的影响不大,但减小了延伸率,接头延伸率最高达16.5%. 接头极化曲线测试表明,当送丝速度为7.5 m/min时,自腐蚀电流密度最小,腐蚀倾向最低.
窄间隙摆动焊炬电弧传感试验系统的开发
刘文吉, 关真宇, 李亮玉, 岳建锋
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[摘要](196) [HTML全文](92) [PDF 945KB](4)
摘要:
为了提高窄间隙焊接摆动电弧传感的精度和可靠性,研究电弧到窄间隙坡口侧壁的距离对电弧传感特征参数的影响规律,通过高精度激光位移传感器测量焊枪相对于坡口中心的位置,基于TMS320F2812和Labview软件,开发了一种能同步采集电弧图像、焊接电压、焊接电流和焊枪摆动位置四路信号的电弧传感试验系统. 采用P-GMAW的焊接方式对开发的试验系统进行测试,结果表明,该系统可靠有效,为深入研究窄间隙摆动电弧传感特征奠定了必要的基础.
T91马氏体耐热钢激光填丝焊工艺
祁小勇, 叶兵, 余世文, 喻亮
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.201940
[摘要](257) [HTML全文](78) [PDF 1011KB](20)
摘要:
对5 mm厚T91马氏体耐热钢板激光填丝焊工艺进行研究,分析了热输入对焊缝成型、微观组织、内部气孔数量的影响规律,并对最佳参数焊缝的力学性能进行了检测. 结果表明,采用同质焊丝焊接T91钢时,随着热输入的增加,焊缝宽度变大,焊缝内部气孔数量减少,晶粒度变化不明显,焊缝区与热影响区组织均为回火马氏体;采用功率5 600 W、速度1.2 m/min、送丝速度1.2 m/min的参数焊接可获得内部基本无气孔的焊缝,焊缝显微硬度300 HV,抗拉强度697 Mpa,断裂在母材,180°正弯与背弯曲均未出现裂纹,20,0,–20 ℃下冲击性能均高于母材.
优先发表为 经同行评议确定正式录用的文章按照期刊特定板式排版后的文件,可以根据DOI进行引用。
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研究论文
高熵非晶材料及其增材制造技术研究进展
舒凤远, 牛司成, 何鹏, 隋少华, 张小东
2021, 42(9): 1-8.   doi: 10.12073/j.hjxb.20201203001
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1018KB](0)
摘要:
高熵非晶合金具有独特的物理、化学和力学性能以及更好的热稳定性,因而其制备技术成为国内外重要的研究热点之一. 然而利用传统技术制备高熵非晶材料时会产生晶粒粗大及材料浪费等缺点,难以满足工艺生产需要. 而增材制造技术的精准制造和快速冷却等特点可以解决这一问题,制备出各项性能优越的高熵非晶合金. 简要介绍了高熵非晶材料的研究体系和常用制造方法,着重阐述了高熵非晶材料的断裂强度、耐腐蚀性和热稳定性的研究,对增材制造技术的工艺特征和优势,以及利用增材制造技术制备高熵非晶合金的科学难点作出了总结. 结果表明,利用增材制造技术有利于获得致密均匀的高熵非晶材料,但对于非晶相形成的解释仅限于高熵合金4大效应.最后阐述了近年来利用常用的两种增材制造手段制造高熵非晶合金的研究,并对增材制造技术制备高熵非晶材料的发展趋势提出了展望.
空心钨极TIG焊电弧特性数值模拟
雷正, 朱宗涛, 李远星, 陈辉
2021, 42(9): 9-14, 27.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210131003
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1446KB](0)
摘要:
建立了内径2 mm的空心钨极TIG焊电弧数值模型,用Fluent软件用户自定义函数(UDF)功能加载了氩气电导率、动量方程和能量方程的源项,计算了稳态下焊接电流为60 A时电弧的温度场、流场以及电弧压力,并与相同条件下实心钨极TIG焊电弧作了对比. 结果表明,空心钨极TIG焊电弧呈钟罩形,空心钨极圆环放电和钨极中心气流的冷却作用使得电弧温度分布云图顶部下凹;电弧等离子体在钨极下方运动速度较快,阳极表面电弧压力呈柱状分布,弧柱区空间压力分布比较均匀;与相同电流条件下TIG焊相比,空心钨极TIG焊电弧峰值温度降低17.3%,钨极下方2 mm位置处峰值温度降低27%,等离子体最大运动速度降低40%,电弧压力峰值降低57%,堆焊焊缝熔宽增加30%,熔深减小27.9%.
热模拟MHC/GH4099扩散钎焊接头的组织与力学性能
车洪艳, 郑天明, 王恒霖, 董浩, 闫英杰, 曹睿
2021, 42(9): 15-20.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210221001
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1163KB](0)
摘要:
采用NiCrSiB中间层在热模拟机上成功实现了难熔合金钼-铪-碳(MHC)与镍基高温合金GH4099的真空扩散连接;通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)对接头的微观组织进行表征;同时研究了不同连接温度对接头组织和力学性能的影响. 结果表明,在950,1000和1 050 ℃保温600 s时均可获得可靠的焊接接头;MHC/GH4099接头主要由γ-Ni基固溶体、CrMo固溶体、NiMo,CrB以及Ni3Si等相组成;在1 050 ℃焊接时,接头室温抗剪强度最高,可达116 MPa. MHC侧焊接热影响区存在较大的焊后应力集中,是引起接头发生脆性断裂的主要原因.
T形接头承载角焊缝根部裂纹扩展角度
杜亚芳, 王东坡, 刘秀国, 龚宝明, 邓彩艳
2021, 42(9): 21-27.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210119001
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1171KB](0)
摘要:
针对Q355B低合金钢T形接头承载角焊缝根部疲劳失效的扩展路径问题,提出了一种基于受力分析计算的等效应力强度因子法(KEQ法)预测根部裂纹的扩展角度. 经有限元模拟验证,其求解应力强度因子的最大误差小于5%. 与基于有限元分析计算的最大周向应力法(MCS法)和有效结构应力法(ETS法)相比较,并结合3种不同应力水平下弯曲疲劳试验结果发现,基于等效应力强度因子法、最大周向应力法与有效结构应力法求解的裂纹扩展角度分别为25.6°,25.9°和32.2°,相较于实际疲劳试验的根部裂纹扩展角度24°,误差分别为6.67%,7.92%和34.17%. 结果表明,基于KEQ法求解裂纹扩展角度准确度最高,更适于预测承受弯曲疲劳载荷下T形接头角焊缝根部裂纹的扩展角度.
X80管线钢多道激光-MIG复合焊残余应力分析
严春妍, 张浩, 朱子江, 张可召, 顾正家, 王宝森
2021, 42(9): 28-34, 41.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210312001
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1392KB](0)
摘要:
采用试验和数值模拟结合的方法对X80管线钢多道激光-MIG复合焊焊接过程的温度场和焊接残余应力场进行了研究,分析了激光功率对复合焊接头的显微组织、温度分布和残余应力分布的影响规律. 结果表明,激光功率增加,熔池最高温度明显上升,焊后冷却速度下降;粗晶热影响区组织中粒状贝氏体、针状铁素体增加,条状贝氏体减少. X80管线钢激光-MIG复合焊接头残余应力水平较高,纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力的拉应力峰值均出现在焊缝区. 激光功率在2.0 ~ 3.5 kW范围时,等效残余应力、纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力的峰值随着激光功率增加均出现下降趋势. 但激光功率从3.5 kW上升至4.0 kW时,各应力的峰值有所上升.
镁合金铸件氦-氩保护TIG焊修复工艺
陈怡, 郭龙涛, 祁同福, 杨春利
2021, 42(9): 35-41.   doi: 10.12073/j.hjxb.20201223001
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1890KB](0)
摘要:
镁合金因其较高的比强度而在诸多领域发挥重要的减重作用,且多为铸造构件,但镁合金铸件的缺陷问题成为制造瓶颈. 对镁合金铸件修复工艺进行研究,采用非熔化极惰性气体保护焊(TIG焊)探究此工艺下不同保护气体对TIG焊修复焊道的成形、组织特征及性能的影响,并通过不同氦-氩含量的保护气体下TIG焊电弧形态及电弧电压的研究,分析氦气含量对修复焊道熔深的影响. 结果表明,调整镁合金铸件TIG焊修复工艺保护气体中的氦气比例,会改善焊道形貌;增加保护气体中的氦气比例,将有效提高焊道熔深和深宽比;保护气体中氦气含量的改变对修复焊道组织、硬度无显著影响. 模拟缺陷修复试验结果表明,镁合金铸件氦-氩保护TIG修复工艺可以满足铸件浅层缺陷修复需求,增加保护气体中氦气含量可提高熔深,提高此工艺的适用性.
TiB2基陶瓷/42CrMo合金层状梯度材料力学测试与结构设计
鲁明远, 韩保红, 赫万恒, 赵忠民
2021, 42(9): 42-48, 73.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210405001
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1017KB](0)
摘要:
在以往超重力场合成梯度材料的基础上,制备出组分含量TiB2-TiC-Fe呈连续梯度变化的TiB2基陶瓷/42CrMo合金梯度材料. 对材料进行XRD,SEM,硬度测试以及三点弯曲强度测试,并采用电测法获取陶瓷基体部分的弹性模量,并在此基础上,对中间过渡区的弹性模量进行拟合,最后再采用解析方法计算梯度材料的应力应变分布. 结果表明,TiB2基陶瓷/42CrMo合金相界呈连续梯度变化,硬度自陶瓷顶部至合金底部呈梯度递减.三点弯曲测试发现TiB2基陶瓷/42CrMo合金材料具有类似于金属的塑性变形特征,从而出现明显的失效延迟行为. 采用电测法得出纯陶瓷组分的弹性模量约为560 GPa,参数拟合得出中间过渡区的弹性模量变化形式更趋近于三角函数,计算得出的应力表示自金属底部出现损伤,而后裂纹向陶瓷顶部方向扩展,与该材料试验现象契合.
热、振及热振耦合条件下塑封球栅阵列含铅焊点失效分析
安彤, 陈晓萱, 秦飞, 代岩伟, 公颜鹏
2021, 42(9): 49-54.   doi: 10.12073/j.hjxb.20190417001
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1632KB](0)
摘要:
对塑封球栅阵列封装器件进行了热循环、随机振动以及热振耦合试验,在3种试验条件下测试Sn37Pb焊点的寿命,并对3种载荷条件下失效焊点位置的分布规律以及焊点的失效模式进行对比分析. 结果表明,塑封球栅阵列封装焊点在热振耦合试验中的寿命明显小于热循环以及随机振动试验的寿命结果. 热循环、随机振动条件下越靠近测试板中心位置,器件的焊点越容易发生破坏,而热振耦合试验中不同位置上器件的失效焊点数比较接近. 此外,热循环条件下破坏模式主要表现为钎料内部的韧性断裂,随机振动条件下主要为界面金属间化合物层内的脆性断裂,而热振耦合条件下这两种破坏模式均有发生.
基于响应面法7A52高强铝合金FSW接头抗拉强度预测及优化
范文学, 陈芙蓉
2021, 42(9): 55-60.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210322001
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 742KB](0)
摘要:
为了研究7A52铝合金搅拌摩擦焊的焊接速度、搅拌头转速及轴肩压深对接头抗拉强度的影响,采用响应面法的中心复合试验设计法设计20组试验,并建立抗拉强度响应函数关系式. 为了验证响应函数关系式的精确性,通过方差分析和回归分析确定该回归模型为显性,相关性系数R2的偏差为3.17%. 通过单一焊接参数因素和双因素焊接参数对抗拉强度的影响分析,进一步验证了模型的准确性,最后通过拉伸试验验证. 结果表明,基于响应面法拟合的搅拌摩擦焊焊接速度、搅拌头转速及轴肩压深与接头抗拉强度响应函数关系式能精确的预算不同焊接参数组合所对应的接头抗拉强度,并获得接头最佳参数组合为焊接速度110 mm/min、搅拌头转速1 436 r/min和轴肩压深0.55 mm,得到最大预测抗拉强度为380 MPa.
基于SPH法的爆炸焊接边界效应二维数值模拟
缪广红, 艾九英, 胡昱, 马宏昊, 沈兆武
2021, 42(9): 61-66.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210203002
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1039KB](0)
摘要:
为了揭示造成爆炸焊接边界效应的机理,文中借助LS-DYNA软件,采用无网格的SPH法分别对复板厚度为2 mm、基板厚度为16 mm的Q235/Q235、TA2/Q235、304不锈钢/Q235复合板进行爆炸焊接边界效应的二维数值模拟. 观察不同组模拟过程中的复板飞行姿态,复板撕裂均发生在与基板碰撞之前. 当基板保持一致,炸药分别为乳化炸药与膨化铵油混合炸药,复板为TA2时均比复板为Q235钢以及304不锈钢的撕裂尺寸更大;当基板、复板均为Q235钢,乳化炸药条件下比膨化铵油混合炸药条件下复板的撕裂尺寸更大. 结果表明,在复板、炸药变化的情况下,爆炸焊接的边界效应依旧存在,只是产生的边界效应的严重程度有所不同;复板极限抗拉强度越低或炸药爆轰速度越高,边界效应现象越严重.
超薄板脉冲微束等离子弧焊温度场动态分布特征及成形控制
何建萍, 陶旭阳, 吉永丰
2021, 42(9): 67-73.   doi: 10.12073/j.hjxb.20200423001
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1100KB](0)
摘要:
在模拟计算100 μm超薄不锈钢板脉冲微束等离子弧焊过程的基础上,研究了实际热源动态脉冲加载下的熔池温度场动态过程及脉冲参数对该动态过程的影响机制;研究了脉冲参数对焊缝成形的影响,对模拟计算的结果进行验证,并探讨了脉冲参数和焊接速度的匹配与焊缝成形特征的关系. 结果表明,超薄板脉冲微束等离子弧焊接的温度场变化具有周期性的波动特征和惯性特征,脉冲频率越高或基值电流/峰值电流之比较小,温度场变化的波动幅度也越大,其相对于脉冲电流变化的惯性也越大;脉冲电流下的焊缝成形有连续和不连续两种形式,这与焊接速度、峰值电流作用时的焊缝长度、脉冲频率三者之间的匹配有关;模拟计算的熔池最高温度超过熔点的持续时间与脉冲周期的比值结果较好地解释了试验得到的焊缝成形的连续程度.
基于纵向磁场控制的大直径空心螺柱焊接工艺
张德库, 何思源, 殷宏宇, 王克鸿
2021, 42(9): 74-80.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210514002
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 2185KB](0)
摘要:
采用电弧螺柱焊方法对外径20 mm、内径10 mm的空心螺柱与45钢板材进行焊接,研究了旋弧磁场对接头显微组织特征及力学性能的影响. 结果表明,在纵向旋弧磁场作用下,电弧中电荷受洛伦兹力作用呈螺旋运动,接头外观成形得到改善. 受磁场控制的电弧持续搅拌熔池,改善了焊接热循环条件,影响了熔池凝固结晶过程. 接头中先共析铁素体呈有规律的网状分布,珠光体也变得细化. 接头温度梯度减小使得固态相变时间增长,母材侧热影响区马氏体数量显著下降,热影响区宽度变小. 但旋弧磁场电流过大时焊接过程飞溅倾向明显增大,焊缝中气孔增多. 在焊接时间1 400 ms、焊接电流800 A、旋弧磁场电流0.43 A时,电弧在空心螺柱端面充分燃烧,接头抗剪强度可达到325 MPa.
铸轧辊套表面超高速激光熔覆钴基熔覆层高温耐磨性能
尹燕, 李志慧, 李辉, 李治恒, 路超, 张瑞华
2021, 42(9): 81-89.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210122001
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 2342KB](0)
摘要:
为了提高铸轧辊辊套的使用寿命,采用超高速激光熔覆技术在32Cr3Mo1V铸轧辊辊套表面制备了钴基熔覆层.分析了熔覆层的表面形貌、显微组织及高温摩擦磨损性能,并与优选常规激光熔覆层进行了对比. 结果表明,优选的超高速以及常规激光熔覆层均表面平整,与基体结合良好,无明显裂纹、气孔等缺陷. 超高速激光熔覆层显微组织非常均匀细小,枝晶轴间距极小,很大程度上抑制了枝晶偏析的范围,使得熔覆层的元素分布更加均匀. 在700 ℃高温摩擦磨损试验中,超高速激光熔覆层产生的氧化物磨屑更小,更容易发生团聚效应,有利于釉质层的形成,熔覆层变形量更小,对釉质层进行了有效支撑,出现大面积具有减摩耐磨作用的釉质层,表现出优异的耐高温摩擦磨损性能.
纯铜表面氩弧熔覆TiB2/Ni复合涂层组织及耐磨性能
马强, 陈明宣, 孟君晟, 李成硕, 史晓萍, 彭欣
2021, 42(9): 90-96.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210202002
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1632KB](0)
摘要:
通过氩弧熔覆技术在纯铜表面制备TiB2增强 Ni 基复合涂层,以改善其耐磨性能. 将钛粉、硼粉和镍粉在球磨机中充分混合,采用氩弧熔覆技术将纯铜表面预置粉末熔化制备出陶瓷颗粒增强镍基熔覆层. 采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜分析涂层的物相及涂层中陶瓷颗粒相的组成、分布及结构,利用显微硬度仪和摩擦磨损试验机测试涂层的显微硬度和耐磨性能. 结果表明,熔覆层物相主要包括γ(Ni, Cu)和TiB2;陶瓷颗粒增强相弥散分布于熔覆层中,其中颗粒相TiB2以六边形存在,熔覆层内部与基体界面处均无缺陷产生;熔覆涂层具有较高的显微硬度,当(Ti+B)质量分数为10%时,涂层显微硬度高达781.3 HV,与纯铜基体对比,熔覆层显微硬度提高约11.7倍;在相同磨损条件下,随(Ti+B)质量分数的增加,熔覆涂层的摩擦系数及磨损失重先减小后增大;氩弧熔覆原位自生TiB2陶瓷颗粒增强镍基熔覆层可显著提高纯铜表面的耐磨性能.
峰值电流模式PSFB-ZVS PWM逆变弧焊电源的完整小信号模型及控制环路设计
何亚宁
[摘要](1317) [PDF 991KB](1617)
摘要:
在研制一台输出功率20 kW,开关频率50 kHz的全数字控制脉冲MIG/MAG逆变弧焊电源DPS-500时,为了提高系统的控制精度和动态响应,采用了峰值电流模式PSFB-ZVS PWM主电路拓扑. 运用平均开关建模法,建立PSFB-ZVS PWM变换器的功率级在CCM下的小信号模型. 推导峰值电流模式控制部分的小信号模型,最终建立峰值电流模式PSFB-ZVS PWM逆变弧焊电源的完整小信号模型. 推出斜率补偿的设计原则,设计了PI频率补偿器. 小信号模型的解析计算结果与通过Simplis小信号频域分析工具软件获得的频域响应一致.
英文摘要
[摘要](179) [PDF 250KB](1289)
摘要:
Cu-Al异种金属超声焊接过程模拟
李欢, 曹彪, 杨景卫, 崔晓宇
[摘要](1040) [PDF 2358KB](1150)
摘要:
利用有限元方法建立了Cu-Al超声焊三维热—力耦合模型. 热源包括摩擦热和塑性变形热,其热流密度与焊接不同阶段材料的振幅相关. 焊接过程超声变软影响温度场分布、应力、应变场和齿的嵌入,模拟合理考虑了铜、铝超声变软的数学模型. 模拟结果表明,铜和铝的块体温度均低于熔点,最高温度出现在焊头与铜板的接触面中心;Cu-Al连接界面最高温度出现在焊接区域中心处. 同时也模拟了齿的嵌入,焊接过程中焊头齿完全嵌入铜表面,但底座齿并未完全嵌入铝中. 与热电偶测温和焊接截面形貌对比验证表明,模拟结果与实际基本吻合,较好地模拟了超声变软、热和力三者之间的作用.
铝/钢电弧辅助激光对接熔钎焊铺展特性
樊丁, 王斌, 李春玲, 黄健康, 余淑荣
[摘要](807) [PDF 1213KB](1132)
摘要:
采用小功率TIG电弧辅助激光热源进行5A06铝合金和热镀锌ST04Z钢的预置粉末对接熔钎焊工艺试验,通过SEM,Photoshop来研究预留间隙、背面填涂钎剂、激光热输入、辅助电弧电流、热源中心间距、填加焊丝对熔钎焊接头铺展宽度的影响. 结果表明,预留小于0.5 mm的间隙与背面填涂钎剂均可增大铺展宽度;在未焊穿的前提下,随激光热输入和辅助电弧电流的增加,铺展宽度增大;随热源中心间距的增大,铺展宽度先增加后减小. 焊接熔池中填加Al-Si焊丝较未填加焊丝的铺展性更好,获得连续、美观的焊缝表面形貌.
小电流脉冲TIG弧的谐振现象及其交流阻抗特性分析
牛永, 宋永伦, 曾周末
[摘要](3442) [PDF 490KB](1024)
摘要:
采用直流叠加高频正弦的方法对小电流TIG弧的交流阻抗特性进行了研究,发现随频率的增大,电弧阻抗的模量先增大随后又减小;而其复角随频率的增大持续减小,在模量的最大值减小为零,很显然,电弧阻抗存在谐振点.经过对不同频率的激励电流和响应电压进行数据分析,得到了小电流TIG弧的高频动态阻抗电路模型以及传递函数.应用数学分析软件拟合出小电流TIG弧的阻抗曲线,确定了在测试条件下模型中的参数,并计算出电弧的谐振频率.