旋轉(zhuǎn)電弧傳感器作為一種實(shí)時(shí)傳感器,具有其它傳感器難以替代的優(yōu)勢(shì)。將旋轉(zhuǎn)電弧應(yīng)用于TIG焊(Tungsten Inert Gas Arc Welding),對(duì)于促進(jìn)TIG焊接自動(dòng)化具有重要意義。由于離心力的影響,旋轉(zhuǎn)電弧的熱場(chǎng)和流場(chǎng)將發(fā)生變化,焊接過(guò)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(guò)渡。因此,在研究熔滴過(guò)渡的同時(shí),有必要對(duì)焊接電弧進(jìn)行深入的研究。在TIG焊接過(guò)程中填入焊絲,熔化后可以填充焊縫,還可以補(bǔ)充由于電弧高溫而燒損的金屬元素。熔滴的過(guò)渡頻率及其過(guò)渡形式對(duì)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(guò)渡,更容易從物理本質(zhì)上了解電弧內(nèi)部的流場(chǎng)分布以及焊接參數(shù)對(duì)熔滴過(guò)渡周期和過(guò)渡形式的影響規(guī)律。本文使用商用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件FLUENT,分別對(duì)旋轉(zhuǎn)電弧和熔滴過(guò)渡進(jìn)行了數(shù)值模擬。首先以磁流體動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ),建立了TIG焊旋轉(zhuǎn)電弧的數(shù)學(xué)模型,對(duì)不同焊接電流、旋轉(zhuǎn)頻率和保護(hù)氣流量下的旋轉(zhuǎn)電弧進(jìn)行了數(shù)值模擬。然后建立了熔滴過(guò)渡數(shù)學(xué)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(guò)渡形態(tài)。在模擬電弧和熔滴時(shí),都需要使用UDF與FLUENT內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行交流,以增加模型需要的方程。為了驗(yàn)證數(shù)值模擬的合理性,利用高速攝像機(jī)分別拍攝了相應(yīng)焊接參數(shù)下的電弧形態(tài)和熔滴過(guò)渡特征。對(duì)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(hù)氣流量增大,陽(yáng)極區(qū)的等溫線有向外擴(kuò)張趨勢(shì),即電弧鐘罩形更明顯。對(duì)于熔滴模擬,隨著焊接電壓升高,熔滴過(guò)渡形式由滴狀過(guò)渡轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂蛇^(guò)渡,焊絲端面與熔池之間的距離是影響熔滴過(guò)渡形式最主要的因素。隨著旋轉(zhuǎn)頻率增大,熔滴過(guò)渡頻率略微增加。當(dāng)焊接電流增加時(shí),熔滴過(guò)渡頻率明顯增加。將模擬結(jié)果與高速相機(jī)拍攝結(jié)果進(jìn)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(xué)位單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(jì)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(duì)外接觸齒輪實(shí)現(xiàn)了焊絲的旋轉(zhuǎn)，可以通過(guò)調(diào)整頂部錐角旋轉(zhuǎn)半徑的調(diào)整。由于導(dǎo)電桿高速旋轉(zhuǎn)，無(wú)法與焊接電纜之間剛性連接通過(guò)類似于電刷的裝置將電流傳導(dǎo)至導(dǎo)電桿。韓國(guó)的 C.H.Kim 等人設(shè)計(jì) 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(shí)帶動(dòng)相同速度旋轉(zhuǎn)。但由于焊絲只有在與焊嘴接觸時(shí)才能旋轉(zhuǎn)，且在送絲過(guò)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(jì)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(duì)外接觸齒輪實(shí)現(xiàn)了焊絲的旋轉(zhuǎn)，可以通過(guò)調(diào)整頂部錐角旋轉(zhuǎn)半徑的調(diào)整。由于導(dǎo)電桿高速旋轉(zhuǎn)，無(wú)法與焊接電纜之間剛性連接通過(guò)類似于電刷的裝置將電流傳導(dǎo)至導(dǎo)電桿。韓國(guó)的 C.H.Kim 等人設(shè)計(jì) 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(shí)帶動(dòng)相同速度旋轉(zhuǎn)。但由于焊絲只有在與焊嘴接觸時(shí)才能旋轉(zhuǎn)，且在送絲過(guò)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(jìn)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(xué)洪波[22-24]等人對(duì)磁控旋轉(zhuǎn)電弧傳感器進(jìn)行了大量研究。由于電一種磁流體，利用旋轉(zhuǎn)頻率和場(chǎng)強(qiáng)都變化的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可以控制電弧轉(zhuǎn)動(dòng)。提高焊縫跟蹤精度，對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波處理，研究了焊縫偏差識(shí)別

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2830752