本文選題：空心螺柱 + 旋弧焊��； 參考：《南京理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：針對(duì)大直徑空心螺柱自動(dòng)焊接需求,在機(jī)器人自動(dòng)焊系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上,提出了空心螺柱旋弧焊接方案,設(shè)計(jì)全新的旋弧自動(dòng)焊槍,該焊槍包括步進(jìn)電機(jī)單元、電磁式電弧螺柱焊槍主體、氣爪單元、徑向?qū)ΨQ磁場(chǎng)單元和連桿機(jī)構(gòu),并根據(jù)焊槍特點(diǎn)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的機(jī)器人工作站,工作站包括空心螺柱焊槍、六軸工業(yè)機(jī)器人、柔性焊接平臺(tái)、拉弧螺柱焊接用電源和旋弧磁場(chǎng)電源,以及相應(yīng)的控制模塊。該工作站可以實(shí)現(xiàn)空心螺柱的自動(dòng)焊接,并提升定位精度、焊接效率和自動(dòng)化程度。焊槍設(shè)計(jì)主要包括施加磁場(chǎng)使電弧發(fā)生旋轉(zhuǎn)、利用步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)控制螺柱焊拉弧高度、設(shè)計(jì)氣爪夾頭、并重新設(shè)計(jì)焊槍框架結(jié)構(gòu)。焊槍穩(wěn)定可靠,可以?shī)A持12mm～60mm任意高度,外徑在Φ12mm～Φ32mm任意直徑的空心螺柱,可以控制拉弧高度在以0.5mm為單位,從0mm～5mm任意調(diào)節(jié),徑向?qū)ΨQ磁場(chǎng)單元可以產(chǎn)生貫穿于螺柱端面的徑向?qū)ΨQ磁場(chǎng),使焊接電弧發(fā)生旋轉(zhuǎn),進(jìn)行旋弧焊接工藝試驗(yàn)。對(duì)焊接電弧施加磁場(chǎng)后,電弧形態(tài)變化復(fù)雜,利用COMSOL Multiphysics構(gòu)建1:1比例模型,定義材料,模擬磁場(chǎng)在螺柱端面到母材之間的分布情況,并進(jìn)行粒子、磁場(chǎng)耦合分析,得到不同焊接電流與磁場(chǎng)電流下粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡,分析得到當(dāng)旋弧半徑大于螺柱半徑2mm時(shí)可以獲得較為優(yōu)質(zhì)的焊接接頭,并設(shè)計(jì)了適應(yīng)該模型的APP,方便進(jìn)行其他型號(hào)螺柱的工藝模擬。通過對(duì)各個(gè)模塊的控制需求分析,設(shè)計(jì)了利用機(jī)器人控制柜直接操控焊槍和焊接工藝的控制方案。其中利用西門子PLC,和EM253模塊控制步進(jìn)電機(jī),NX100控制柜輸出信號(hào)給PLC,以4位二進(jìn)制數(shù)的形式,0.5mm為單位控制絲杠螺母移動(dòng)距離,最終控制拉弧高度,同時(shí)NX100的輸出端子排直接控制電磁閥、焊接電源和旋弧電源的開啟與關(guān)閉,最終直接通過編寫機(jī)器人程序完成整個(gè)焊接流程。對(duì)外徑16mm,內(nèi)徑8mm的空心螺柱工藝實(shí)驗(yàn)研究,得到最優(yōu)焊接參數(shù)為拉弧高度3mm、預(yù)壓深度3mm、焊接電流800A、焊接時(shí)間為800ms和旋弧磁場(chǎng)電流0.7A,其接頭抗剪強(qiáng)度可達(dá)到362Mpa,通過工藝對(duì)比發(fā)現(xiàn),旋弧磁場(chǎng)應(yīng)用基本解決了偏弧問題,旋弧磁場(chǎng)電流增加有助于電弧向外擴(kuò)散的趨勢(shì)。本研究的主要成果和創(chuàng)新點(diǎn):在原有焊槍設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,應(yīng)用旋弧原理設(shè)計(jì)了新型自動(dòng)空心螺柱旋弧焊槍及其控制系統(tǒng),通過工藝試驗(yàn),基本解決了空心螺柱偏弧問題,得到焊縫成型美觀和抗剪強(qiáng)度高的焊接接頭,并根據(jù)焊槍結(jié)構(gòu)對(duì)旋弧焊接原理進(jìn)行有限元模擬分析,理清磁場(chǎng)對(duì)電弧的作用機(jī)理,為其他型號(hào)的螺柱工藝試驗(yàn)打下基礎(chǔ)。
[Abstract]:In order to meet the requirement of automatic welding of large diameter hollow studs, based on the research of robot automatic welding system, this paper puts forward a scheme of spiral arc welding of hollow studs, and designs a new automatic arc welding torch, which includes step motor unit. The main body of electromagnetic arc stud welding gun, air claw unit, radial symmetrical magnetic field unit and connecting rod mechanism are designed. According to the characteristics of welding torch, the corresponding robot workstation is designed. The workstation includes hollow stud welding gun, six-axis industrial robot. Flexible welding platform, arc stud welding power supply and arc magnetic power supply, and the corresponding control module. The workstation can realize automatic welding of hollow studs and improve positioning accuracy, welding efficiency and automation. The design of welding torch mainly includes applying magnetic field to make the arc rotate, using step motor to automatically control the arc height of stud welding, designing air claw chuck, and redesigning the frame structure of welding torch. The welding torch is stable and reliable. It can hold the hollow studs with arbitrary height of 12mm~60mm and diameter of 桅 12mm ~ 桅 32mm. The arc height can be controlled in units of 0.5mm and adjusted arbitrarily from 0mm~5mm. Radial symmetric magnetic field unit can produce radial symmetric magnetic field through the end of stud, make welding arc rotate, and carry out spiral arc welding process test. After applying magnetic field to welding arc, the variation of arc shape is complicated. The 1:1 proportional model is constructed by COMSOL Multiphysics, the material is defined, the distribution of magnetic field between the end face of stud and base metal is simulated, and the coupling analysis of particle and magnetic field is carried out. The motion trajectories of particles under different welding current and magnetic field current are obtained. When the radius of spiral arc is larger than the radius of stud 2mm, a better welding joint can be obtained. The APP suitable for the model is designed to simulate the process of other types of studs conveniently. By analyzing the control requirements of each module, the control scheme of welding torch and welding process is designed by using robot control cabinet. Among them, Siemens PLC and EM253 module are used to control the output signal of step motor NX100 control cabinet to PLC. In the form of 4-digit binary number, 0.5 mm is used to control the moving distance of the screw nut, and finally the arc height is controlled. At the same time, the output terminal row of NX100 directly controls the solenoid valve, welding power supply and arc power source to open and close. Finally, the whole welding process is completed directly by writing the robot program. The experimental study on hollow studs with outer diameter of 16mm and inner diameter of 8mm shows that the optimum welding parameters are 3mm arc height, 3mm preloading depth, 800A welding current, 800ms welding time and 0.7A current of rotating arc magnetic field. The shear strength of the joint can reach 362Mpa. The application of rotating arc magnetic field solves the problem of arc bias, and the increase of arc magnetic field current is helpful to the trend of arc diffusion. The main achievements and innovations of this study are as follows: on the basis of the original welding torch design, a new type of automatic hollow stud rotary arc welding gun and its control system are designed based on the principle of rotary arc, and the problem of hollow stud arc deviation is basically solved through technological tests. The welding joints with beautiful weld formation and high shear strength were obtained, and the principle of spiral arc welding was simulated by finite element method according to the welding torch structure. The mechanism of magnetic field acting on arc was clarified, which laid the foundation for other types of stud technological test.
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG409

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 黃賢聰;螺柱焊技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)[J];機(jī)械工人;2001年09期

2 池強(qiáng),張建勛,付繼飛;電弧螺柱焊技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J];焊接技術(shù);2003年06期

3 劉孫東;韓玉琦;陳志偉;;國(guó)產(chǎn)高頻逆變螺柱焊機(jī)及其技術(shù)性能[J];電焊機(jī);2009年11期

4 魏先銀;;淺談螺柱焊在焊裝白車身上的應(yīng)用[J];金屬加工(熱加工);2009年24期

5 王大明;褚衛(wèi)東;朱麟;;汽車螺柱焊質(zhì)量的影響因素分析[J];汽車與配件;2011年46期

6 楊博;張雙喜;陳文波;;農(nóng)機(jī)行業(yè)螺柱焊技術(shù)的應(yīng)用[J];硅谷;2012年05期

7 李紀(jì)仁;;電弧螺柱焊技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用[J];機(jī)械;1991年02期

8 ;《螺柱焊焊接技術(shù)及其應(yīng)用》[J];電焊機(jī);2013年12期

9 ;《螺柱焊焊接技術(shù)及其應(yīng)用》[J];電焊機(jī);2013年08期

10 ;《螺柱焊焊接技術(shù)及其應(yīng)用》[J];電焊機(jī);2013年10期

相關(guān)會(huì)議論文 前9條

1 黃賢聰;;自動(dòng)螺柱焊機(jī)[A];制造業(yè)與未來中國(guó)——2002年中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C];2002年

2 ;鋁螺柱焊技術(shù)[A];機(jī)械加工工藝成果及工藝突破口經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)資料[C];1991年

3 齊紹榮;張景林;;提高電弧螺柱焊焊接質(zhì)量應(yīng)注意的幾個(gè)環(huán)節(jié)[A];中國(guó)鋼協(xié)鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)第八次年會(huì)論文集[C];2001年

4 王占梅;李寶良;李燕京;;尖端法電容貯能螺柱焊工藝參數(shù)分析[A];第四屆全國(guó)電子工業(yè)焊接學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1992年

5 梁成信;陳長(zhǎng)禮;;螺柱焊技術(shù)在橋梁上的應(yīng)用[A];2001年全國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)大會(huì)論文集[C];2001年

6 薛利群;朱元忠;;水下螺柱焊探討[A];救撈專業(yè)委員會(huì)2004年學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2004年

7 駱文倩;;螺柱焊在鋁合金機(jī)箱上的應(yīng)用[A];中國(guó)電子學(xué)會(huì)生產(chǎn)技術(shù)學(xué)分會(huì)機(jī)械加工專業(yè)委員會(huì)第八屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2001年

8 黃賢聰;張瑞昌;孫松嶺;楊瑞;;埋弧螺柱焊機(jī)及其在預(yù)埋件焊接中的應(yīng)用[A];中西南十省區(qū)（市）焊接學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)第九屆年會(huì)論文集[C];2006年

9 李金泉;孫漢卿;趙炳義;崔瑜;李遠(yuǎn)峰;;德國(guó)TSG—2000 PE螺柱焊機(jī)的原理與維修[A];第三屆全國(guó)現(xiàn)代設(shè)備管理及應(yīng)用技術(shù)研討會(huì)交流論文集[C];2004年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 本報(bào)記者 張奮勇;勇當(dāng)革新尖兵[N];現(xiàn)代物流報(bào);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王建;機(jī)器人復(fù)合熱源螺柱自動(dòng)焊關(guān)鍵設(shè)備研制[D];南京理工大學(xué);2015年

2 李海濤;重大裝備結(jié)構(gòu)模塊螺柱焊焊接工藝的優(yōu)化[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

3 周傳昆;鋁板—鋼螺柱異種材料摩擦螺柱焊工藝研究[D];南京理工大學(xué);2017年

4 王希凱;機(jī)器人空心螺柱旋弧焊槍研制與工藝試驗(yàn)研究[D];南京理工大學(xué);2017年

5 王學(xué)敏;復(fù)合熱源自動(dòng)螺柱焊焊槍裝置研制及工藝試驗(yàn)[D];南京理工大學(xué);2009年

6 薛鵬飛;螺柱與中厚高強(qiáng)鋼復(fù)合熱源螺柱焊試驗(yàn)研究[D];南京理工大學(xué);2008年

7 周標(biāo);鋁合金螺柱焊工藝方法研究[D];南京理工大學(xué);2008年

8 楊立;復(fù)合熱源摩擦螺柱焊系統(tǒng)研究[D];南京理工大學(xué);2013年

9 徐云勇;大直徑螺柱復(fù)合熱源工藝試驗(yàn)研究及性能分析研究[D];南京理工大學(xué);2009年

10 沈華;機(jī)器人復(fù)合熱源自動(dòng)螺柱焊工藝研究及設(shè)備研制[D];南京理工大學(xué);2012年

，

本文編號(hào)：1798102