發(fā)布時(shí)間：2018-03-25 19:13

  本文選題：交叉耦合電弧焊　切入點(diǎn)：繞弧行為　出處：《北京工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：交叉耦合電弧焊接方法作為一種新型的高效焊接方法,將非熔化極電弧(GTA或PA)和熔化極電弧交叉耦合,非熔化極電弧在電極和工件之間燃弧,主要決定工件的熱輸入、熔滴和熔池的力輸入,熔化極電弧在兩根焊絲之間燃弧,與工件之間沒(méi)有電的聯(lián)系,主要控制金屬的熔敷和部分工件的熱輸入。交叉耦合電弧的非熔化極電弧和熔化極電弧焊接規(guī)范參數(shù)可以單獨(dú)調(diào)整,實(shí)現(xiàn)了工件熱輸入、金屬熔敷和電弧力的解耦控制,可根據(jù)焊縫的需求,調(diào)整焊接規(guī)范得到理想的焊縫,為實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效電弧焊接提供新的技術(shù)手段。為了深入研究交叉耦合電弧焊接方法的電弧耦合特性、電弧行為和熔滴過(guò)渡機(jī)理,本課題針對(duì)交叉耦合電弧焊接方法,在其成弧原理、電弧行為、熔滴受力分析和熔滴過(guò)渡行為方面展開研究:(1)對(duì)交叉耦合電弧成弧原理及特點(diǎn)進(jìn)行研究。針對(duì)交叉耦合電弧多參數(shù)和焊接過(guò)程的復(fù)雜性,以等離子弧焊接電源、雙絲間接電弧焊接電源和交叉耦合電弧同步控制器為硬件基礎(chǔ),搭建了交叉耦合電弧焊接電源系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了等離子電弧和絲間電弧的協(xié)調(diào)控制。搭建了交叉耦合電弧高速影像采集分析系統(tǒng)和電弧力測(cè)量系統(tǒng),為后續(xù)交叉耦合電弧焊電弧行為和熔滴過(guò)渡行為的實(shí)驗(yàn)研究提供了良好的硬件平臺(tái)。交叉耦合電弧焊接方法中主電弧和絲間電弧獨(dú)立調(diào)整的工作模式,改變了傳統(tǒng)電弧在金屬熔敷和焊接熱輸入固有的搭配,實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程中的傳熱、傳力和傳質(zhì)的解耦控制。通過(guò)調(diào)整交叉耦合電弧焊的工藝參數(shù)可實(shí)現(xiàn)高熔敷量焊接和焊縫成形可控的焊接工藝。(2)對(duì)多電極耦合電弧行為進(jìn)行研究。針對(duì)多電極耦合電弧焊接方法中不同的電弧耦合方式以及多參數(shù)的特點(diǎn),通過(guò)交叉耦合電弧高速影像采集分析系統(tǒng),采用電弧形態(tài)和電弧電信號(hào)同步分析的方法,分析了多電極耦合電弧的行為特性,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)多電極耦合電弧存在繞弧行為,這一特性改變了熔滴受力狀態(tài)和電弧熱量分布,結(jié)合電場(chǎng)和磁場(chǎng)的理論揭示了繞弧行為的本質(zhì)。交叉耦合電弧焊接方法中,主電弧在絲間電弧磁場(chǎng)的作用下有規(guī)律地左右擺動(dòng),主電弧偏移至絲間電弧的陰極。旁路耦合電弧GMAW焊實(shí)驗(yàn)中,旁路電弧受到主電弧磁場(chǎng)的影響發(fā)生彎曲偏移,甚至直接建立在鎢極和工件之間。旁路熔絲耦合電弧焊實(shí)驗(yàn)中,旁路電弧在主電弧磁場(chǎng)的影響下穩(wěn)定的“繞行”鎢極。(3)對(duì)交叉耦合電弧熔滴受力狀態(tài)進(jìn)行研究。交叉耦合電弧焊接方法中主電弧存在繞弧行為,改變了熔滴上作用力的方向、大小、數(shù)量,針對(duì)交叉耦合電弧焊中熔滴受力的復(fù)雜性,對(duì)熔滴受力的狀態(tài)進(jìn)行分析,研究發(fā)現(xiàn),主電弧力對(duì)熔滴過(guò)渡有促進(jìn)作用,促使熔滴脫離焊絲過(guò)渡至熔池中。交叉耦合電弧焊方法中主電弧(等離子電弧)對(duì)熔滴的作用力分解為兩部分:一是等離子體對(duì)熔滴的沖擊力,二是電弧自身對(duì)熔滴的推力,分別從兩方面對(duì)主電弧(等離子電弧)的電弧力進(jìn)行推導(dǎo),建立交叉耦合電弧焊主電弧(等離子電弧)力的計(jì)算公式。(4)焊接參數(shù)對(duì)熔滴過(guò)渡行為影響。交叉耦合電弧熔滴過(guò)渡方式不同于傳統(tǒng)熔滴過(guò)渡方式,影響熔滴過(guò)渡穩(wěn)定性的工藝參數(shù)眾多。實(shí)驗(yàn)研究等離子電弧的脈沖時(shí)間、峰值電流、離子氣流量和脈沖頻率等參數(shù)對(duì)熔滴過(guò)渡過(guò)程的影響規(guī)律,并確定熔滴過(guò)渡過(guò)程的穩(wěn)定參數(shù)。
[Abstract]:The cross coupling method of arc welding as a high-efficient welding method model, the non consumable arc (GTA or PA) and MIG arc cross coupling, non consumable arc between the electrode and the workpiece arc heat input, the main decision of the workpiece, the droplet and molten pool of the power input, MIG arc in two the wire between the arc, no electrical contact between the workpiece and the heat input, main control metal cladding and part of the workpiece. The cross coupling arc non consumable arc and MIG arc welding parameters can be adjusted separately, the heat input decoupling metal cladding and arc force control, according to the weld needs, adjust the welding specification to get ideal weld, providing a new technical method for realizing high efficient arc welding arc. In order to study the coupling characteristics of cross coupling arc welding method, arc and droplet transfer behavior Through the mechanism, the topic for the cross coupling arc welding method, arc behavior in the arc principle, force analysis of droplet and droplet transfer behavior are studied: (1) the cross coupled arc arc principle and characteristics were studied. Aiming at the complexity of cross coupling and multi parameter of arc welding process, with plasma arc welding, twin wire indirect arc welding power source and arc cross coupling synchronization controller for basic hardware, build a welding power supply system with cross coupling arc, to realize the coordinated control of plasma arc and arc wire. Set up a cross coupled arc high-speed image acquisition and analysis system and arc force measuring system, provides a good hardware platform experiment for subsequent research on cross coupled electric arc welding arc behavior and droplet transfer behavior. The cross coupling arc welding method in the main working mode of arc and wire arc independent adjustment Type, change the traditional arc in metal cladding and welding heat input inherent collocation, achieve heat transfer in welding process, decoupling force transmission and mass transfer control. The welding technology to achieve high quality welding weld and weld formation can be controlled by adjusting process parameters of cross coupled electric arc welding. (2) the study of multi electrode coupled arc behavior. For multi electrode coupling arc welding method in different arc coupling mode and characteristics of multi parameters, through systematic analysis of cross coupled arc high-speed image acquisition, using the method of simultaneous analysis of arc shape and arc signal, analyzes the behavior characteristics of multi electrode coupling arc, the multi electrode coupling arc around the characteristics of arc behavior, change the droplet stress state and arc heat distribution, combined with the electric field and magnetic field theory to reveal the nature around the arc behavior. Cross coupling arc welding In the method, the main arc regularly in the wire between the arc magnetic field to swing, the main cathode arc deflection to wire arc. Bypass coupling arc GMAW welding experiment, the main effect of bypass arc by arc magnetic field bend offset, even directly established in between tungsten electrode and the workpiece. The bypass coupling arc fuse in the experiment, the main effect of bypass arc in arc magnetic field under the stable "orbiting" tungsten. (3) research status on stress of cross coupled arc droplet. Cross coupling arc welding arc the main methods in winding arc behavior, change the droplet on the direction of the force, size, number, according to the complexity by the cross coupling force of droplet in arc welding, the droplet stress state is analyzed, the study found that the main arc force to promote the role of droplet transfer, the droplet detachment wire transition to the molten pool. The cross coupled electric arc welding method The main arc (ARC) force of droplet is decomposed into two parts: one is the impact on the droplet plasma arc's two is on the droplet thrust, respectively from the two aspects of the main arc (ARC) arc force is deduced, the establishment of cross coupling arc welding and arc (ARC) the calculation formula of force. (4) the influence of welding parameters on the droplet transfer behavior. The cross coupling arc droplet transfer mode is different from the traditional mode of droplet transfer, many process parameters influencing the stability of droplet transfer. Experimental study on plasma arc pulse time, peak current, influence of plasma gas flow and pulse frequency parameters the droplet transfer process, and determine the stability parameters of droplet transfer process.

【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG444

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本文編號(hào)：1664476