旋轉(zhuǎn)電弧傳感器作為一種實時傳感器,具有其它傳感器難以替代的優(yōu)勢。將旋轉(zhuǎn)電弧應(yīng)用于TIG焊(Tungsten Inert Gas Arc Welding),對于促進TIG焊接自動化具有重要意義。由于離心力的影響,旋轉(zhuǎn)電弧的熱場和流場將發(fā)生變化,焊接過程中熔滴被包裹于電弧內(nèi),電弧性能的變化將影響熔滴過渡。因此,在研究熔滴過渡的同時,有必要對焊接電弧進行深入的研究。在TIG焊接過程中填入焊絲,熔化后可以填充焊縫,還可以補充由于電弧高溫而燒損的金屬元素。熔滴的過渡頻率及其過渡形式對焊縫成形和焊縫質(zhì)量有著直接的影響,利用數(shù)值模擬方法研究電弧特性和熔滴過渡,更容易從物理本質(zhì)上了解電弧內(nèi)部的流場分布以及焊接參數(shù)對熔滴過渡周期和過渡形式的影響規(guī)律。本文使用商用計算流體動力學軟件FLUENT,分別對旋轉(zhuǎn)電弧和熔滴過渡進行了數(shù)值模擬。首先以磁流體動力學理論為基礎(chǔ),建立了TIG焊旋轉(zhuǎn)電弧的數(shù)學模型,對不同焊接電流、旋轉(zhuǎn)頻率和保護氣流量下的旋轉(zhuǎn)電弧進行了數(shù)值模擬。然后建立了熔滴過渡數(shù)學模型,使用VOF方法跟蹤熔滴自由表面,模擬了不同焊接電壓、旋轉(zhuǎn)頻率和焊接電流下的熔滴過渡形態(tài)。在模擬電弧和熔滴時,都需要使用UDF與FLUENT內(nèi)部數(shù)據(jù)進行交流,以增加模型需要的方程。為了驗證數(shù)值模擬的合理性,利用高速攝像機分別拍攝了相應(yīng)焊接參數(shù)下的電弧形態(tài)和熔滴過渡特征。對于電弧模擬,在本文所選參數(shù)范圍內(nèi),隨著焊接電流增大,電弧偏離中心線的程度和偏轉(zhuǎn)幅度都變小。隨著旋轉(zhuǎn)頻率增大,電弧整體,尤其是電弧低溫區(qū)域偏轉(zhuǎn)增大。隨著保護氣流量增大,陽極區(qū)的等溫線有向外擴張趨勢,即電弧鐘罩形更明顯。對于熔滴模擬,隨著焊接電壓升高,熔滴過渡形式由滴狀過渡轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂蛇^渡,焊絲端面與熔池之間的距離是影響熔滴過渡形式最主要的因素。隨著旋轉(zhuǎn)頻率增大,熔滴過渡頻率略微增加。當焊接電流增加時,熔滴過渡頻率明顯增加。將模擬結(jié)果與高速相機拍攝結(jié)果進行比較,兩者吻合較好,模擬結(jié)果合理。研究結(jié)果為旋轉(zhuǎn)電弧TIG填絲焊的焊接工藝的制定提供了理論基礎(chǔ)。
【學位單位】：南昌大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG444.74
【部分圖文】：

第 1 章 緒論日本的 NKK 公司于二十世紀八十年代研制成功了如圖 1.1 所示的旋轉(zhuǎn)感器，采用一對外接觸齒輪實現(xiàn)了焊絲的旋轉(zhuǎn)，可以通過調(diào)整頂部錐角旋轉(zhuǎn)半徑的調(diào)整。由于導電桿高速旋轉(zhuǎn)，無法與焊接電纜之間剛性連接通過類似于電刷的裝置將電流傳導至導電桿。韓國的 C.H.Kim 等人設(shè)計 1.2 所示的高速旋轉(zhuǎn)電弧傳感器，由于焊嘴發(fā)生偏移，空心軸旋轉(zhuǎn)時帶動相同速度旋轉(zhuǎn)。但由于焊絲只有在與焊嘴接觸時才能旋轉(zhuǎn)，且在送絲過絲與焊嘴拐彎處發(fā)生摩擦，因此焊嘴的耗損較大。

第 1 章 緒論日本的 NKK 公司于二十世紀八十年代研制成功了如圖 1.1 所示的旋轉(zhuǎn)感器，采用一對外接觸齒輪實現(xiàn)了焊絲的旋轉(zhuǎn)，可以通過調(diào)整頂部錐角旋轉(zhuǎn)半徑的調(diào)整。由于導電桿高速旋轉(zhuǎn)，無法與焊接電纜之間剛性連接通過類似于電刷的裝置將電流傳導至導電桿。韓國的 C.H.Kim 等人設(shè)計 1.2 所示的高速旋轉(zhuǎn)電弧傳感器，由于焊嘴發(fā)生偏移，空心軸旋轉(zhuǎn)時帶動相同速度旋轉(zhuǎn)。但由于焊絲只有在與焊嘴接觸時才能旋轉(zhuǎn)，且在送絲過絲與焊嘴拐彎處發(fā)生摩擦，因此焊嘴的耗損較大。

圖 1.3 高速旋轉(zhuǎn)電弧掃描焊炬圖 圖 1.4 改進型旋轉(zhuǎn)電弧傳感器圖a 傳感器外殼 b 傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu) c 偏心結(jié)構(gòu)圖 1.5 TIG 焊旋轉(zhuǎn)電弧傳感器湘潭大學洪波[22-24]等人對磁控旋轉(zhuǎn)電弧傳感器進行了大量研究。由于電一種磁流體，利用旋轉(zhuǎn)頻率和場強都變化的旋轉(zhuǎn)磁場可以控制電弧轉(zhuǎn)動。提高焊縫跟蹤精度，對采集到的信號進行濾波處理，研究了焊縫偏差識別

【參考文獻】

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本文編號：2830752