三絲GMAW過程穩(wěn)定性研究及溫度場模擬.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟的大力發(fā)展,高效焊接領(lǐng)域已成為焊接學科發(fā)展一個重要方向之一。提高焊接速度面臨的首要問題是高速焊接過程的不穩(wěn)定,焊后容易出現(xiàn)咬邊、駝峰等焊縫缺陷。本文利用三絲自動焊接系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)以及高速攝像系統(tǒng)建立了一套完整的三絲GMAW焊焊接試驗平臺,對三絲GMAW焊焊接工藝、電弧形態(tài)及電信號進行了分析研究,實現(xiàn)了對焊接過程穩(wěn)定性的分析。本文首先設(shè)計了雙絲焊接不同焊接參數(shù)值(焊接電壓匹配、焊接電流匹配、焊絲間距)的系列試驗,分別采

2、用電流直方圖對兩電弧穩(wěn)定性進行了對比分析,上述實驗結(jié)果與理論推導出的雙絲電弧的偏移量公式得到了基本一致的結(jié)論:對于引導弧,降低跟隨弧電壓,降低跟隨弧電流與引導弧電流比例,增大電弧間距,電弧穩(wěn)定性提高;對于跟隨弧,降低引導弧與跟隨弧的電流比例,降低跟隨弧電弧電壓,增大電弧間距,跟隨弧中斷頻率降低。最后將高速攝影拍攝到的電弧圖片與采集到的電流、電壓波形圖相結(jié)合,說明了發(fā)生的斷弧現(xiàn)象的循環(huán)規(guī)律。利用雙絲焊接過程穩(wěn)定性影響因素分析的結(jié)論指導了三

3、絲焊接工藝參數(shù)的選擇,通過三絲GMAW焊工藝參數(shù)的合理選擇可獲得無電弧中斷的穩(wěn)定焊接過程。并且通過理論分析推導出了不同極性組合下的三絲電弧的偏移量公式,同時設(shè)計了不同極性組合系列試驗。最后結(jié)合電弧圖片、電信號以及焊縫表面成形綜合評價極性的最佳匹配方案。理論分析偏移量疊加符號和實驗結(jié)果一致得出:引導焊絲/DCEP-中間焊絲/DCEN-跟隨焊絲/DCEP(下簡稱P-N-P)和引導焊絲/DCEN-中間焊絲/DCEP-跟隨焊絲/DCEN(下簡稱

4、N-P-N)為最佳極性組合,三電弧間電磁干擾明顯減弱,電弧穩(wěn)定性良好,從而解決了三絲GMAW高速焊接時過程穩(wěn)定性問題。最后,根據(jù)焊接過程中的電弧圖片和熱源的疊加原理推導出了三絲焊接的高斯熱源計算公式,建立了合適的有限元數(shù)學模型,同時用ANSYS軟件自帶的APDL語言編寫了循環(huán)程序,實現(xiàn)了焊接熱源的移動。在充分考慮對流、輻射、熔池蒸發(fā)、液體流動以及相變潛熱等邊界條件的情況下,對T型接頭的三絲高速焊接過程中溫度場的瞬態(tài)變化進行了計算和分析。