交替双弧复合焊接设备与工艺研究

发布时间：2017-09-08 19:32

  本文关键词：交替双弧复合焊接设备与工艺研究

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【摘要】：随着社会的发展,汽车、造船、集装箱等行业都进入飞速发展的阶段,行业间的竞争十分激烈,为了既能节省成本又能实现产品的轻量化,薄板得到了大量的应用,同时也对薄板焊接技术要提出更高的要求。薄板提高焊接速度的方法是:1)在保证热输入相同条件下,增大熔敷金属量;2)降低焊趾处的温度梯度。传统的薄板高速焊接工艺主要以控制焊接热输入为主,无法调节焊接电弧的能量分布问题,而电弧能量的分布对焊接速度有重要的影响,因此研究一种能够同时解决焊接热输入与电弧能量分布问题的复合焊接工艺是十分必要的。本文提出了一种交替双弧复合焊接工艺方法,其主电弧在焊丝和母材之间燃烧,辅助电弧一端在钨极上,另一端在焊丝和母材之间交替切换。当辅助电弧在钨极和焊丝之间燃烧时,可以减小母材热输入,增大熔敷金属量;当辅助弧在钨极和母材之间燃烧时,可以改变热输入的大小以及能量分布方式,降低温度梯度。适当调节辅助电弧两个状态的时间比率和强度,可以实现熔敷金属量和热输入量的相对独立控制。设计了一台TIG+MIG交替双弧复合焊接设备,并在此基础上提出一种弧长控制方案。对复合焊接电源主电路拓扑结构进行分析,并对主要功率器件进行了选型,设计了以dsPIC30F和PIC18F系列芯片为主的控制系统,包括一次逆变控制、二次逆变控制、高压稳弧控制、驱动电路设计、反馈电路设计、人际交互系统设计、送丝系统设计,实现了焊接电源的双弧交替复合焊接过程。利用高速摄像系统,对双弧复合焊接工艺进行了初步的探索。首先研究了在焊接电源输出均为100A时双钨极电弧交替切换的过程,其次研究了TIG+MIG电弧单路复合熔滴过渡过程,最后研究了TIG+MIG电弧交替复合焊接中熔滴震荡的行为。结果表明,本课题所设计的复合焊接系统可以实现电弧在空间上的自由切换;在双钨极TIG+TIG电弧交替复合焊接过程时,钨极横向间距2-5mm;电源均恒流输出100A时,可以顺利起弧并稳定工作,当距离超过6mm后容易出现断弧现象;TIG+MIG固定电弧单路复合焊接时,直流电源恒压29V、交流输出0A-120A、焊丝直径1.2mm、送丝速度在5m/min到7m/min时,焊接系统工作稳定,TIG电弧的存在可实现保证熔敷金属量的同时减小母材热输入,改变熔滴下落的轨迹;在TIG+MIG交替电弧复合焊接时,直流恒压29V、交流输出60A-120A、焊丝直径1.2mm、送丝速度为6m/min时,弧长调节方法二是可行的,辅助电弧对熔滴震荡有影响。
【关键词】：热输入 电弧能量分布 交替 双弧复合
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG44
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题背景10
• 1.2 高速焊接技术的发展10-13
• 1.2.1 薄板高速焊接的机理10-12
• 1.2.2 国内外高速焊接电源的现状与发展12-13
• 1.2.3 复合电弧焊接应用方向与前景13
• 1.3 全数字焊接电源发展13-15
• 1.3.1 国内外数字化焊接电源发展14-15
• 1.3.2 数字化焊接电源特点及研究意义15
• 1.4 研究内容的提出15-17
• 1.4.1 交替双弧复合焊接的提出15-17
• 1.4.2 研究的内容及实现的具体思路17
• 1.5 本课题研究意义17-20
• 第2章 交替复合焊接电源平台的设计20-44
• 2.1 引言20
• 2.2 电源平台系统的整体框架20-22
• 2.3 弧长调节控制方案22-25
• 2.4 焊接电源的电路设计及工作原理25-30
• 2.4.1 电源主电路拓扑结构的设计25-26
• 2.4.2 电源主电路工作原理26-28
• 2.4.3 电源主电路器件的选择28-29
• 2.4.4 高压稳弧电路工作原理与器件选型29-30
• 2.5 控制系统的设计30-41
• 2.5.1 DSP主控制系统31-34
• 2.5.2 反馈电路的设计34-35
• 2.5.3 驱动电路设计35-37
• 2.5.4 人机交互系统37-39
• 2.5.5 送丝系统39-40
• 2.5.6 高速摄像系统40-41
• 2.6 电源系统研究的具体方案41-43
• 2.7 本章小结43-44
• 第3章 复合焊接系统稳定性测试44-56
• 3.1 电源一次逆变电路调试44-46
• 3.2 电源二次逆变电路调试46-47
• 3.3 交流过零高压稳弧电路调试47-48
• 3.4 吸收网络的参数优化48-52
• 3.5 电源系统输出性能测试52-54
• 3.6 送丝速度的测试54-55
• 3.7 本章小结55-56
• 第4章 交替双弧复合焊接的过渡试验56-72
• 4.1 引言56
• 4.2 TIG+TIG双弧复合焊接试验56-58
• 4.3 TIG+TIG电弧稳定性研究58-62
• 4.4 TIG+MIG固定电弧复合焊接测试与工艺试验62-70
• 4.4.1 TIG+MIG固定电弧复合焊接测试62-65
• 4.4.2 TIG+MIG固定电弧复合焊接工艺试验65-70
• 4.5 本章小结70-72
• 第5章 交替双弧复合焊接工艺试验72-78
• 5.1 引言72
• 5.2 TIG+MIG双弧交替复合焊接测试72-74
• 5.3 TIG+MIG双弧交替复合对熔滴过渡影响的分析74-76
• 5.4 本章小结76-78
• 结论78-80
• 参考文献80-84
• 攻读学位期间所发表的学术论文84-86
• 致谢86

【参考文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 薛诚;旁路耦合电弧GMAW工艺及机理研究[D];兰州理工大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 闫璋;三电平数字逆变弧焊电源的研究[D];北京工业大学;2008年

2 刘学超;全数字逆变交流MIG焊接设备及工艺试验[D];北京工业大学;2012年

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本文编号：815937