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2024年, 第29卷, 第2期
刊出日期：2024-03-28 上一期   

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综述：微通道换热器的防冻技术 叶振鸿1, 王炜2, 李新华2, 陈江平1 2024 (2):  161-178.  doi: 10.1007/s12204-022-2539-x 摘要 ( 107 )   PDF(4397KB) ( 73 )   结霜是工业制冷、低温制冷、热泵空调等诸多领域不可避免的不良现象，其影响设备效率，增加系统能耗。微通道换热器复杂的百叶翅片结构和流体通道布置会影响其换热性能和结霜特性。首先，本文分析了不同的因素，如制冷剂分布、制冷剂流型和换热器表面温度分布。进一步，结合微通道换热器的特点，总结了现有的防霜技术和各种防霜表面处理方法。综述了超疏水表面的制备及其优越的性能。并结合本课题组的相关研究，分析其内在机制。超疏水特性具有优良的防霜性能和传热性能，对提高节能和系统性能具有重要意义。最后，对超疏水表面技术的发展前景进行了分析和展望。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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循环加热式空气源热泵热水器的性能及优化 李凡1, 陆高锋1, 丁云霄2, 郑春元2, 李斌2, 翟晓强1 2024 (2):  179-187.  doi: 10.1007/s12204-022-2500-z 摘要 ( 67 )   PDF(1349KB) ( 40 )   提出了一种应用于循环加热式空气源热泵热水器（ASHPWH）的新型微通道冷凝器。首先测试了ASHPWH的工作性能。然后，利用涡流发生器对微通道冷凝器的结构进行了优化。最后，建立了ASHPWH的数值模型，并对优化后的微通道冷凝器进行了研究。实验结果表明，1 HP (735 W) ASHPWH的平均性能系数（COP）达到3.48。优化后的微通道冷凝器可与3 HP (2430 W)平均供热容量为10.30 kW的ASHPWH相匹配，平均COP为4.24，比国家标准的限定值高14.6%。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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有机朗肯循环中工质分布与电荷调节控制 叶振鸿1, 李新华2, 王炜2, 陈江平1 2024 (2):  188-201.  doi: 10.1007/s12204-022-2538-y 摘要 ( 65 )   PDF(1116KB) ( 29 )   尽管有机朗肯循环的效率已经引起了大量的学术关注，但基于电荷的研究，特别是对质量分布的研究仍然几乎缺乏。本文旨在对换热器的质量分布、相区分布、工质电荷、泵转速与系统性能之间的内在关系提供一个新的视角。通过以面向对象的方式链接每个组件的子模型，包括换热器、泵和扩展器的独立模型，给出了一个全面的有机朗肯循环仿真模型。对不同工况下系统中工质的质量分布进行了可视化研究。深入分析了换热器中工质气相、两相和液相的体积和质量及其变化规律。最后，研究了考虑换热器面积和管道尺寸的减荷策略。结果表明，基于内点法的模型具有较高的精度和鲁棒性。工质的质量比集中在液筒中，尤其在再生器中，分别占总质量的32.9%和21.9%。此外，随着泵速的增加，系统中的2.4 kg (6.9%) 的工质逐渐向高温侧迁移，而随着系统中电荷的增加，6.1 kg (17.4%) 的工质向低温侧迁移，特别是向冷凝器迁移。由于泵速和电荷的变化，输出功率和效率在峰值后逐渐下降。最后，减小冷凝器和蓄热器的换热面积是减少工质负荷的最有效途径。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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c-C4F8/CF3I/CO2混合气体中正负沿面放电对比的数值研究 范彬海1, 2, 周小丽2, 钱勇3, 臧奕茗3 2024 (2):  202-215.  doi: 10.1007/s12204-022-2562-y 摘要 ( 43 )   PDF(2362KB) ( 26 )   基于二维流体模型，研究了c-C4F8/CF3I/CO2混合气体中的负沿面放电过程。通过求解粒子的漂移扩散方程和泊松方程，计算出流注传播过程中离子浓度、电场强度和光通量的分布，并拟合出了传播过程中光通量的变化函数。结果发现，当流注从绝缘子上表面过渡到侧面时，流注开始分散，出现了流注分支；当流注接近平板电极时，光通量会显著增加。在此基础上，对比了正负沿面放电模型在放电过程中的流注特征、粒子特征和流注分支等方面。结果表明，正沿面放电模型中的流注具有更高的电子浓度和电场。在正沿面放电模型中，流注会呈“悬浮”状态，而在负沿面放电中，则是紧贴绝缘体表面发展。此外，负极性流注分支更宽，发展得更远。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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大豆油/2,5-二甲基呋喃混合燃料在水下斯特林发动机中的瞬态和稳态喷雾特性 王继刚1，乔信起2，周枫3, 4，王林涛5 2024 (2):  216-229.  doi: 10.1007/s12204-023-2630-y 摘要 ( 37 )   PDF(3635KB) ( 19 )   降低耗氧量是提高水下斯特林发动机能量密度的关键因素。本文对大豆油/2,5-二甲基呋喃（DMF）混合燃料在水下斯特林发动机中的喷雾特性进行了一系列试验研究。利用图像处理方法获得了低喷射压力和背压下的喷雾贯穿距、喷雾锥角、喷雾面积、光强水平等喷雾特性。结果表明，喷射压力、背压和喷孔直径对斯特林发动机瞬态喷雾特性的影响与柴油机相似。但是，在稳态喷雾过程中，喷射压力对喷射近角的影响很小，喷雾远角随着喷射压力的增加而增加。与3 MPa时的喷射压力相比，5 MPa和7 MPa的喷雾远角分别增加了11.38%和18.14%。DMF的加入能明显改善大豆油/DMF混合燃料的雾化性能。瞬态喷雾过程中，混合燃料的喷雾锥角随着DMF浓度的增加而增大。当DMF体积分数超过25%时，喷雾近角已超过柴油的（46.21°）；当DMF体积分数达到75%时，喷雾远角与柴油的喷雾远角相当。此外，当有气流引射时，喷雾形貌不再保持圆锥形，液滴直径分布更加分散，并且液滴直径更小。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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汽油直喷高压喷雾在非闪沸与闪沸条件下的特性研究 王森，徐宏昌，李雪松，袁志远 2024 (2):  230-236.  doi: 10.1007/s12204-022-2480-z 摘要 ( 31 )   PDF(1293KB) ( 13 )   日趋严格的排放法规和燃油消耗要求对内燃机燃油效率和更低排放提出了更高的需求。大量研究表明，闪急沸腾雾化可以产生更短、更宽的喷雾，具有改善雾化和蒸发的特性，促进更好的空燃混合过程。本研究在非闪沸和闪沸条件下，对两孔汽油直喷喷油器的宏观（远场）喷雾形态和初级破碎（近场）特性进行了研究。研究采用高速宏观和显微成像技术分别捕捉整体喷雾结构和近场特性，采用正己烷作为测试燃料，喷射压力范围从10 MPa到40 MPa。对于冷态液体燃料喷雾，增加燃油压力有助于提高燃油雾化和蒸发；而在闪沸条件下明显发生坍塌，而较高的喷射压力因喷射速度增加，导致喷雾锥角减小，抑制了这一现象发生。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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水平管内气液两相流流固耦合动力响应特性的数值研究 王志伟1, 何炎平1, 李铭志1, 仇明2, 黄超1, 刘亚东1, 王梓1 2024 (2):  237-244.  doi: 10.1007/s12204-022-2469-7 摘要 ( 45 )   PDF(1576KB) ( 28 )   本文对水平管内气液两相流下管道流固耦合动态响应特性进行了数值研究。将VOF多相流模型与标准k-ε湍流模型相结合，模拟了水平管内典型的气液两相流流型。首先，对数值模型进行了验证，数值模拟得到的气液两相流型与Baker流型图吻合较好。然后，建立了流固耦合数值模拟框架来研究水平管道与气液两相流相互作用的动力学响应。结果表明，分层流动条件下的动力响应相对平缓，管道最大变形和等效应力分别为1.8 mm和7.5 MPa。同时，段塞流、波浪流和环形流引起的动力响应呈现出明显的周期性波动。此外，段塞流条件下的动态响应特性最大，管道的最大变形和等效应力分别可达4 mm和17.5 MPa。最后，在不同的气液两相流型下，管道总变形的主方向是不同的。总的来说，周期性等效应力会对管壁形成循环冲击，影响水平管的疲劳寿命。本研究可为气液两相输运条件下管道流固耦合动力响应特性的数值模拟提供参考。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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紧密纺吸风槽几何参数对气流场影响的数值研究 林惠婷1,2，汪军1，张永法3 2024 (2):  245-251.  doi: 10.1007/s12204-022-2521-7 摘要 ( 41 )   PDF(1054KB) ( 17 )   集聚区的气流场影响纤维的集聚和附加捻度，从而影响纱线的性能。纺纱参数和吸风槽几何参数是影响气流特性的关键因素。为了更好地理解带网格圈的气动紧密纺系统内部复杂的气流场，建立了三维数值模拟模型，研究了负压和吸风槽几何形状对系统内部复杂气流场的影响。结果表明，吸风槽顶部的加速气流对纤维束产生横向的集聚力和向下的压力。倾角对气流速度的影响较小。当槽宽从1.0 mm增加到1.5 mm时，正x轴的z、x向速度均增加。与线性吸风槽相比，弧形吸风槽增加了z、x向速度，有利于纤维集聚。通过降低出口负压至−3 kPa，气流速度显著增加。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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液化石油气运输爆炸危险性分析 高思达1，郝琳1，朱振兴2，卫宏远1 2024 (2):  252-260.  doi: 10.1007/s12204-022-2536-0 摘要 ( 53 )   PDF(1310KB) ( 20 )   本文提出了液化石油气运输的定量风险分析方法。以2020年6月13日发生在中国温岭附近高速公路上的一起事故为例进行研究。在这次事故中，一辆油罐车装载的液化石油气在高速公路上泄漏并引起大爆炸，造成20人死亡。用不同的方法计算了事故的后果。超压计算采用多能量模型和容器破裂模型；多能量模型的仿真结果更接近事故造成的损伤。本文计算了不同容量液化石油气运输储罐在事故中的安全距离；结果表明，随着储罐填充程度的增加，爆炸对储罐的伤害会增大。即使填充度为90%(法律要求值)，99%的死亡率范围也将达到42 m，高于道路与建筑物之间的规定距离。对油罐车的社会风险进行了计算，结果表明其社会风险是不可接受的。本文所采用的计算方法可以更准确地评估液化石油气罐车的风险，有助于制定运输法规，以减少未来类似事故的损失。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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识别稳态与瞬态 于生，李向舜 2024 (2):  261-270.  doi: 10.1007/s12204-022-2516-4 摘要 ( 40 )   PDF(1612KB) ( 11 )   稳态和瞬态识别在工业过程建模、控制、优化和故障检测中起着重要的作用。现有的许多状态识别方法存在假设理想、参数过多、鲁棒性差等问题，在实际应用中不能令人满意。本文提出了一种新的状态识别方法。将状态识别问题转化为求解差分信号噪声带。在实际应用中，提出了噪声带幅值的自动选择，使该方法易于使用。考虑了严重误差、低信噪比和在线识别等问题。并与其他两种方法进行了比较，结果表明该方法具有更好的识别性能。仿真和实验验证了该方法的有效性和实用性。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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高温熔盐止回阀受熔盐颗粒冲击的压力脉动响应 李树勋，沈恒云，刘斌才，胡迎港，马廷前 2024 (2):  271-279.  doi: 10.1007/s12204-023-2601-3 摘要 ( 40 )   PDF(2060KB) ( 14 )   针对熔盐回路中介质结晶产生的颗粒诱发旋启式止回阀产生的流激振动问题，基于计算流体力学方法结合欧拉两相流模型，对典型开度为20%、60%和100%的阀内流场在严苛工况下，湍流过程中不同粒径的熔盐颗粒物冲击阀内件及其阀体内壁的强迫振动进行数值模拟研究，提取时域压力脉动信息，并进行统计学数据处理分析。分析典型开度下，熔盐结晶产生熔盐颗粒对阀内流动、压力脉动强度的影响规律。结果表明，熔盐的结晶对阀体的振动有严重影响，特别是在节流速率方面。压力脉动引起的阀门振动主要发生在较小的开度，同时，随着开度增大，压力脉冲阈值和变化趋势减小。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于参数共振磁强计的主动磁补偿 郭阳1，李绍良2，黄艺明1，骆曼箬1，刘华1 2024 (2):  280-289.  doi: 10.1007/s12204-022-2524-4 摘要 ( 41 )   PDF(1976KB) ( 16 )   基于参数共振磁强计理论，建立了参数共振磁强计实验系统。实验结果与理论预测一致。研制了一种灵敏度为0.5 pT/Hz1/2的参数共振磁强计，可以检测残余磁场的大小；此外，还实现了剩余磁场的比例-积分-微分（PID）闭环磁补偿系统。与开环补偿相比，PID闭环补偿使z轴方向残余磁场的平均值从0.0244 nT减小到- 0.0023 nT，均方误差从0.2083 nT减小到0.0691 nT。同样，y轴方向的剩余磁场平均值从0.0816 nT减小到- 0.0042 nT，均方误差从0.1316 nT减小到0.0461 nT。两个方向的剩余磁场大小都减小到pT数量级。此外，根据磁强计的信号波形，提出了一种验证磁补偿效果的方法。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于图卷积网络的分布式光伏实时输出估计方法 陈利跃1，洪道鉴2，何星3，卢东祁2，张乾2，谢妮娜2，徐一洲2，应煌浩2 2024 (2):  290-296.  doi: 10.1007/s12204-022-2522-6 摘要 ( 49 )   PDF(1160KB) ( 18 )   分布式光伏的快速发展，对电力系统的安全经济运行产生了显著影响。由于地理分布广泛，分布式光伏电站数量众多，当前难以接入调度数据网络进行数据采集。根据分布式光伏的时空特性，本文提出了一种基于邻接矩阵自适应学习的图卷积算法，用来估计区域电网中的分布式光伏的实时输出。实际案例研究表明，自适应图卷积模型对不同的光伏电站给出了不同的邻接矩阵，可以获得更高的精度输出估计。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于经验小波变换、循环神经网络和误差校正的短期风速预测 朱昶胜，朱丽娜 2024 (2):  297-308.  doi: 10.1007/s12204-022-2477-7 摘要 ( 35 )   PDF(1282KB) ( 12 )   准确预测风速对于保证风电系统的稳定运行和提高风能利用率至关重要。然而，由于风速的随机性和间歇性，很难实现准确的风速预测。本文提出一种基于经验小波变换、循环神经网络和误差校正的新型混合式深度学习模型进行短期风速预测。该模型采用经验小波变换对原始风速序列进行分解；使用长短期记忆网络和Elman神经网络分别预测低频和高频分量，以平衡计算效率和预测精度；提出一种深度长短期记忆网络对预测误差进行修正。使用4个风速序列验证了该模型的有效性。实验结果表明，该方法在风速预测方面具有良好的性能。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于人体关键点的室内电力人员安全行为实时检测技术 杨坚1，李聪敏2，洪道鉴1，卢东祁1，林秋佳3，方兴其2，喻谦1，张乾1 2024 (2):  309-315.  doi: 10.1007/s12204-022-2526-2 摘要 ( 34 )   PDF(1242KB) ( 10 )   安全生产对电力企业和社会的发展具有重要意义。由于电力环境的特殊性，发生事故往往造成重大损失，因此加强电力环境中的人员安全管控具有重要意义。本文中，我们模拟实际的电力操作场景视频监控，并提出了一种基于人体关键点的非法行为实时检测方法，以实时确保人员的安全行为。该方法首先通过高分辨率网络提取视频帧中的人体关键点，然后通过时空图卷积网络进行实时分类。实验结果表明，该方法能够有效地检测模拟场景中的人员非法操作行为。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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利用频率选择表面改善多波段三角形微带贴片天线的性能 MAHENDRAN Krishnakumar, GAYATHRI Rajaraman 2024 (2):  316-321.  doi: 10.1007/s12204-022-2492-8 摘要 ( 58 )   PDF(798KB) ( 12 )   现代天线需要在多个谐振频率下工作，以满足最新通信技术进展需要。提出了一种基于开口谐振环的三角形多波段天线，利用频率选择表面提高了天线性能。天线在S、C和X波段有多次谐振。排列成4×3的十字形单元栅格阵列形成频率选择表面层。天线馈电采用微带馈线技术。该天线在3.5 GHz、4.1 GHz、5.5 GHz、9.4 GHz和9.8 GHz工作时，具有较好的回波损耗和增益。仿真结果与实测结果吻合良好。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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用于冷挤压的新型类喷丸润滑工艺 陈海棠1,2，胡成亮 1,2，龚爱军3，施卫兵3，赵震1,2 2024 (2):  322-329.  doi: 10.1007/s12204-023-2599-6 摘要 ( 34 )   PDF(2044KB) ( 13 )   本文提出了一种类喷丸润滑工艺，即喷丸和润滑工艺的结合。在这个过程中，待处理的试样、合金丸和固体润滑粉末一起在滚筒中旋转。由于丸料的冲击而形成的表面凹坑可以储存润滑剂，而润滑剂也可以通过撞击粘附在试样表面。采用13个实验方案，研究了滚动时间、转速、合金丸的质量和丸的直径等工艺参数对钢试样表面形貌的影响。定量分析了试样规定区域内表面凹坑的分布比例和平均深度。进一步采用MoS2固体润滑粉末的四个方案对圆柱形钢坯进行润滑，并使用稳定的前后挤压组合试验来评估润滑效果。结果表明新型类喷丸工艺的摩擦系数小于传统磷酸盐-肥皂涂层工艺。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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径向超声波辅助MIG焊电弧的数值模拟 洪蕾1，肖皓1，叶佳2，马国红1 2024 (2):  330-338.  doi: 10.1007/s12204-021-2380-7 摘要 ( 47 )   PDF(1906KB) ( 10 )   对传统的熔化极惰性气体保护（MIG）焊和超声波辅助熔化极惰性气体保护（U-MIG）焊电弧进行了数值模拟。基于Fluent软件建立的模型，对电弧形状、温度场和电势分布进行了模拟。研究发现，径向添加超声波后，电弧的形状发生了变化；电弧的高温区域拉长，温度峰值增大。但随着电流的增大，温度的升高幅度减小。此外，在相同的条件下，U-MIG的电位降低，工件上的压力增加。为了验证仿真结果的准确性，进行了相同条件下的焊接实验，并利用高速摄像机采集电弧的动态图像。仿真结果与实验结果吻合良好，为超声辅助电弧焊提供了一定的参考价值。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于光谱特征的铝合金钨极气体保护焊气孔在线检测 蒋浩强，陈善本，许靖远 2024 (2):  339-348.  doi: 10.1007/s12204-022-2495-5 摘要 ( 29 )   PDF(2017KB) ( 16 )   焊接过程中气孔率的实时检测是智能焊接制造中需要解决的一个重要问题。提出了一种基于电弧谱的机器人弧焊铝合金孔隙率在线检测方法。首先，利用k-shape和改进的k-means对预处理后的弧谱进行初始特征选择，降低数据维数；其次，根据特征的重要度进行二次特征选择，进一步降低特征冗余；然后，将最终特征参数与焊缝X射线图像相结合，建立最优样品标签库。最后，提出了一种基于光梯度增强机（LightGBM）的铝合金钨极气体保护焊气孔率在线检测方法。与极端梯度增强（XGBoost）和分类增强（CatBoost）相比，该方法可以获得更好的检测性能。本文提出的新方法可用于其他焊接缺陷的检测，有助于智能焊接技术的发展。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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海工特厚板大热输入焊缝金属韧化机理研究 冷俊杰1，邸新杰1, 2，利成宁1, 2，程尚华3 2024 (2):  349-360.  doi: 10.1007/s12204-023-2638-3 摘要 ( 34 )   PDF(4684KB) ( 19 )   为研究最新开发的海工特厚板大热输入用焊接材料，对EH36海工钢进行热输入为85、100和115 kJ/cm的双丝埋弧焊接试验，对焊缝金属的显微组织和力学性能进行分析以探究焊缝金属的韧化机理。结果表明：由于焊材采用低碳及氧化物冶金的设计思路，焊缝金属中获得大量夹杂物作为异质形核点，针状铁素体含量超过60%；焊缝金属中出现的马氏体-奥氏体组元尺寸细小且均匀分布，焊缝再热区主要是细小的等轴块状铁素体；焊缝金属低温韧性优异，−40 ℃冲击吸收功超过115 J，−10 ℃裂纹尖端张开位移值超过0.2 mm；随着热输入的增加，焊缝中针状铁素体含量先下降后上升，低温冲击韧性和断裂韧性先下降后趋于稳定。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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使用ERNiCrMo-3焊丝进行9%镍钢短电弧脉冲熔化极气体保护焊横焊的电弧与熔滴行为研究 刘轶玮1，华学明1，吴东升1，李芳1，蔡艳1，王欢2，杨修荣3 2024 (2):  361-376.  doi: 10.1007/s12204-022-2548-9 摘要 ( 32 )   PDF(5299KB) ( 38 )   本文采用短电弧脉冲熔化极气体保护焊解决了镍基合金焊丝熔池铺展与熔滴过渡困难；使用短路电流抑制以减少焊接飞溅；采用弧长稳定器获取稳定的短电弧，将电弧长度维持在短路出现的临界位置。本文比较了弧长稳定器开启与关闭状态下的短电弧脉冲熔化极气体保护焊。基于高速摄影与焊缝截面研究了焊接过程中的电弧行为、熔滴过渡、焊缝形态。当电弧稳定器关闭时，电弧长度过短且不稳定：熔滴过渡形式主要为短路部分过渡，仅有一小部分熔滴进入熔池，熔滴没有明显缩颈，存在焊接飞溅；熔滴对熔池的冲击作用小，短路时间长、短路电流大。电弧稳定器关闭情况下仅有小部分熔滴过渡形式为短路完全过渡，熔滴过渡过程中存在明显缩颈，熔滴对熔池冲击更大，短路电流小、短路持续时间短。启用电弧长度稳定器，熔滴过渡形式为短路完全过渡与射滴过渡。射滴过渡对熔池的冲击力最大，不存在短路与飞溅。采用电弧长度稳定器，可以获得更大的焊缝熔深与熔合比、较小的余高与更大的余高因数。这为解决9Ni钢镍基合金焊丝熔化极气体保护焊熔滴过渡与熔池铺展困难、消除未熔合缺陷提供了一种新的思路。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标