熔化极旋转电弧焊焊枪结构设计及研究

发布时间：2017-04-19 11:07

  本文关键词：熔化极旋转电弧焊焊枪结构设计及研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：旋转电弧焊具有焊缝成型美观、平缓,电弧对熔池具有搅拌作用,焊接质量好等特点,主要应用在厚板焊接,窄间隙焊接,空间多位置焊接等方面,应用范围广。熔化极旋转电弧焊发展到当前时期,其焊枪结构虽然得到不断的改进和优化,但是仍然存在焊枪结构繁重,焊丝偏心机构及其调节复杂,经济性差等缺点。针对目前熔化极旋转电弧焊焊枪结构存在的不足之处,本文对焊枪结构等方面做了设计及优化。此外,旋转电弧焊在焊接过程中由于其电弧的机械旋转运动,熔滴过渡特点和电弧形貌被改变,与传统的熔化极电弧焊相比,其焊接过程比较复杂。因此,研究不同的焊接参数下熔化极旋转电弧焊在焊接过程中的熔滴过渡形式、熔滴过渡特点及电弧稳定性对于更好地去分析其焊缝成型、改善其焊接稳定性、促进旋转电弧焊更加广泛的应用具有重要的意义。本文设计了一种新型熔化极旋转电弧焊焊枪,该焊枪可以实现电弧在焊接过程中做圆周运动,焊丝最大偏心量设计为5mm。其偏心结构简单,旋转运动的控制精度高,制造经济,寿命长,可靠性高。研究了电弧偏心量为2mm下不同的焊接参数的焊缝成型。试验表明,电弧的旋转使电弧热分布更加的均匀,电弧对熔池有一定的搅拌作用,很大程度上降低了焊缝的熔深,增加了焊缝的熔宽,深宽比降低。旋转速度为40rpm时,焊缝成型较差,焊缝一边出现波浪形的成型。旋转速度增大到80rpm及更大时,可以得到表面平滑,润湿角较小的良好的焊缝成型。采用汉诺威焊接质量分析仪及高速摄像对不同焊接参数下焊接过程中熔滴过渡的特点进行了研究。研究表明,在小的焊接电流及焊接电压下(短路过渡区)电弧的旋转并没有改变熔滴的过渡方式,只是改变了熔滴短路过渡的频率,且在熔池的前端短路过渡周期较大,在熔池的后方短路过渡周期小。在混合过渡区,电弧的旋转即改变了熔滴的过渡方式也改变了熔滴的过渡频率。焊接电流为210A、电压为25V时,一个旋转周期内出现了射滴过渡、大滴过渡及短路过渡三者过渡方式。在射流过渡区,电弧的旋转同样改变了其过渡方式,电流为240A、电压为30V,旋转速度为80rpm时,一个旋转周期中主要有射流过渡、射滴过渡和短路过渡。当旋转速度为240rpm时,一个旋转周期中主要有射流和射滴过渡。研究了不同焊接参数下旋转速度对其焊接稳定性的影响,在短路过渡区和射流过渡区时,大的旋转速度下,其焊接稳定性较好,而在混合过渡区,电流210A、电压25V时,旋转速度为160rpm时其焊接稳定性较好。最后,采用旋转电弧焊进行了异种金属的焊接实验,实验结果表明,本文设计加工的旋转焊枪具有很好的工程应用效果。
【关键词】：结构设计 旋转电弧 焊缝成型 熔滴过渡 焊接稳定性
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG434
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题的研究背景及意义11
• 1.2 旋转电弧焊的设计及研究现状11-15
• 1.2.1 旋转电弧焊的技术特点11-12
• 1.2.2 旋转电弧焊的种类12-14
• 1.2.3 熔化极旋转电弧焊焊枪结构的发展现状14-15
• 1.3 常见的熔滴过渡形式及研究15-17
• 1.3.1 熔滴过渡的主要形式及其特点15-16
• 1.3.2 不同焊接方法对熔滴过渡的影响16-17
• 1.4 本文研究的主要内容17-19
• 第二章 熔化极旋转电弧焊焊枪的设计19-31
• 2.1 焊枪的设计要求及原则19-21
• 2.2 熔化极旋转电弧焊焊枪各部分的设计21-26
• 2.2.1 焊丝偏心旋转机构设计21
• 2.2.2 焊丝偏心调节机构的设计21-22
• 2.2.3 驱动及传动机构的设计22-23
• 2.2.4 焊枪导电及绝缘设计23-24
• 2.2.5 气体保护装置的设计24-26
• 2.3 旋转电弧焊焊枪旋转驱动控制机构26-27
• 2.3.1 焊丝旋转驱动电机的选择26-27
• 2.3.2 电机驱动器的选择27
• 2.3.3 电机控制器与编码器的选择27
• 2.4 旋转电弧焊焊枪结构的优化27-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第三章 实验材料、方法及设备31-35
• 3.1 实验材料31
• 3.2 旋转电弧焊焊枪系统构建31-33
• 3.3 熔化极旋转电弧焊信息采集系统33-34
• 3.3.1 电流电压信号的采集33
• 3.3.2 焊接过程熔滴及电弧形貌采集33-34
• 3.4 焊缝宏观形貌分析34-35
• 第四章 熔化极旋转电弧焊熔滴过渡特点及焊缝成型分析35-61
• 4.1 熔化极旋转电弧焊的基本焊接参数35-37
• 4.2 短路过渡区的电弧形貌、熔滴过渡特点及焊缝成型分析37-42
• 4.2.1 短路过渡区不同旋转速度下电流电压函数云图分析37-38
• 4.2.2 短路过渡参数下的电弧形态及熔滴过渡分析38-40
• 4.2.3 短路过渡时不同焊接参数下的焊缝成型分析40-42
• 4.3 混合过渡区的电弧形貌、熔滴过渡特点及焊缝成型分析42-48
• 4.3.1 混合过渡区不同旋转速度下电流电压函数云图分析42-43
• 4.3.2 混合过渡参数下的电弧形态及熔滴过渡分析43-45
• 4.3.3 混合过渡时不同焊接参数下的焊缝成型分析45-48
• 4.4 射流过渡区的电弧形貌、熔滴过渡特点及焊缝成型分析48-52
• 4.4.1 射流过渡区不同旋转速度下电流电压函数云图分析48-49
• 4.4.2 射流过渡参数下的电弧形态及熔滴过渡分析49-50
• 4.4.3 射流过渡时不同焊接参数下的焊缝成型分析50-52
• 4.5 旋转电弧焊焊接过程中滴状过渡时的受力分析52-53
• 4.6 不同焊接参数下的频域分析53-59
• 4.7 本章小结59-61
• 第五章 旋转电弧焊的实际应用61-69
• 5.1 实验材料及方法61-63
• 5.1.1 实验材料61-62
• 5.1.2 焊接工艺62-63
• 5.2 焊接接头宏观形貌及组织分析63-65
• 5.2.1 焊接接头的宏观形貌分析63-64
• 5.2.2 焊接接头热影响区显微组织分析64-65
• 5.3 焊接接头的力学性能65-67
• 5.3.1 焊接接头的拉伸试验结果与分析65-66
• 5.3.2 焊接接头的显微硬度测试结果及分析66-67
• 5.4 本章小结67-69
• 第六章 结论69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 参与的研究项目及科研成果76

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本文编号：316132