大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲传热数值模拟研究

发布时间：2017-07-28 16:08

  本文关键词：大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲传热数值模拟研究

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【摘要】：双丝脉冲MIG焊具有熔敷速度快及焊接质量高的特点,越来越受到焊接研究者的重视。目前关于双丝脉冲MIG焊的研究主要以单脉冲焊接为主,且功率较小,对双脉冲焊接的研究主要以单丝焊为主,而关于双丝双脉冲焊接的研究非常少。大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲焊的研究对提高焊接效率和质量有非常重要的意义。本课题在国家自然科学基金项目(51205136)和中央高校基本科研业务费专项资金重点项目(2013ZZ034)的资助下,研究了大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲电源控制系统,对双丝双脉冲焊接温度场进行了数值模拟,并对不同脉冲方式焊接所得焊缝进行金相分析。提出了大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲控制系统总体方案。分析了主电路的拓扑结构、电源外特性以及多相位输出方案。设计了以TMS320LF2407A为核心的控制系统硬件电路和软件程序。实现了大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲电流多相位输出的数字化控制。通过对焊接场所干扰源的分析,分别设计了软件抗干扰方案和硬件抗干扰方案。针对大功率双丝脉冲MIG焊主从电弧峰值阶段恒流+基值阶段恒流(I+I)外特性方式,采用了防积分饱和PI控制算法,实现了大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲电流的恒流控制。用有限元软件ANSYS对大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲焊接温度场进行数值模拟。通过建立几何模型,划分网格,利用APDL语言二次开发功能,编写适合大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲焊的双椭球移动热源计算模型。根据数值模拟结果,分析大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲焊温度场特点。并通过试验测量焊接热循环曲线以及焊缝形状尺寸,验证了温度场模拟结果的可靠性。用所研制的焊接电源系统进行单脉冲和双脉冲方式的平板堆焊试验,焊接工艺参数为数值模拟参数。试验结果表明,所研制的大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲控制系统满足设计要求,实现了大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲稳定的焊接过程,焊缝成形良好。分别对所得焊缝进行金相分析,金相分析结果表明,双脉冲焊接焊缝的晶粒比单脉冲焊接焊缝的晶粒细小,说明双脉冲具有细化晶粒的效果。
【关键词】：大功率双丝脉冲MIG焊 双脉冲 控制系统 温度场 数值模拟
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG444.74
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 课题背景及研究意义11-12
• 1.2 脉冲MIG焊的国内外研究现状12-15
• 1.2.1 双丝脉冲MIG焊的国内外研究现状12-14
• 1.2.2 双脉冲MIG焊的研究现状14-15
• 1.3 焊接温度场数值模拟的国内外发展及研究现状15-18
• 1.3.1 焊接温度场数值模拟的国内外发展现状15-17
• 1.3.2 双丝焊接温度场数值模拟的研究现状17-18
• 1.4 课题来源及主要研究内容18-20
• 第二章 大功率双丝脉冲MIG焊电源双脉冲控制系统设计20-38
• 2.1 大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲控制系统技术方案20-25
• 2.1.1 主电路拓扑和电源外特性的选择21-22
• 2.1.2 大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲的三种相位22-25
• 2.2 大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲控制系统硬件设计25-31
• 2.2.1 控制系统方案设计25-27
• 2.2.2 电压和电流采样电路设计27-28
• 2.2.3 故障保护电路设计28-29
• 2.2.4 驱动电路设计29
• 2.2.5 主机与从机通信电路设计29-30
• 2.2.6 硬件抗干扰设计30-31
• 2.3 大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲控制系统软件设计31-37
• 2.3.1 控制系统软件总体设计31-33
• 2.3.2 焊接电流控制算法设计33-35
• 2.3.3 引弧和收弧程序设计35-37
• 2.3.4 软件抗干扰设计37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲焊接温度场数值模拟建模38-57
• 3.1 焊接温度场数值模拟的有限元理论38-45
• 3.1.1 焊接热传导的基本理论38-43
• 3.1.2 ANSYS分析基本流程及APDL语言43-45
• 3.2 有限元模型的建立45-49
• 3.2.1 几何模型的建立45-46
• 3.2.2 材料的特性参数46-47
• 3.2.3 单元类型的选择及网格划分47-49
• 3.3 初始条件及边界条件49-50
• 3.3.1 初始条件的确定49
• 3.3.2 边界条件的确定49-50
• 3.4 大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲焊接热源模型50-56
• 3.4.1 常用焊接热源模型50-53
• 3.4.2 热源模型的建立及加载53-56
• 3.5 本章小结56-57
• 第四章 大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲焊接温度场数值模拟及试验验证57-65
• 4.1 大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲焊接温度场模拟57-62
• 4.1.1 温度场的求解57-58
• 4.1.2 温度场数值模拟结果分析58-61
• 4.1.3 采样点的热循环曲线61-62
• 4.2 大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲温度场数值模拟的试验验证62-64
• 4.2.1 焊缝形状尺寸的测量和验证62-63
• 4.2.2 热循环曲线的测量和验证63-64
• 4.3 本章小结64-65
• 第五章 大功率双丝脉冲MIG焊的焊缝组织金相分析65-73
• 5.1 工艺试验平台65
• 5.2 双丝单脉冲焊缝金相分析65-68
• 5.3 双丝双脉冲焊缝金相分析68-72
• 5.4 本章小结72-73
• 结论73-75
• 参考文献75-81
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果81-82
• 致谢82-83
• 附件83

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本文编号：584858