【摘要】：針對(duì)現(xiàn)有窄間隙熔化極氣體保護(hù)電弧焊方法存在導(dǎo)電嘴磨損大、空間位置焊縫成形難、環(huán)境適應(yīng)性差等問題,本研究以搖動(dòng)電弧窄間隙焊接方法為研究對(duì)象,在研制搖動(dòng)電弧窄間隙焊炬及控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,研究了搖動(dòng)電弧電特性、力學(xué)特性、熱學(xué)特性及焊縫成形機(jī)制,建立了通過電弧搖動(dòng)參數(shù)選用和焊縫偏差控制的搖動(dòng)電弧窄間隙GMAW焊縫成形調(diào)控途徑,為提高厚板窄間隙GMAW接頭質(zhì)量、促進(jìn)搖動(dòng)電弧窄間隙GMAW應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。為提高搖動(dòng)電弧窄間隙焊接方法適應(yīng)性,設(shè)計(jì)了雙單片機(jī)分時(shí)控制的搖動(dòng)電弧窄間隙焊炬系統(tǒng),提出了一種可伸縮調(diào)節(jié)的窄間隙焊接噴嘴,提高了焊炬氣體保護(hù)效果,可靠地實(shí)現(xiàn)了對(duì)搖動(dòng)頻率、側(cè)壁停留時(shí)間及搖動(dòng)角度的數(shù)字化設(shè)定與實(shí)時(shí)顯示、電弧搖動(dòng)軌跡中點(diǎn)的自動(dòng)定位、電弧搖動(dòng)頻率的實(shí)時(shí)檢測(cè),為后續(xù)搖動(dòng)電弧窄間隙焊接提供可靠的試驗(yàn)平臺(tái)。建立了搖動(dòng)電弧弧長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型,研究了搖動(dòng)頻率和停留時(shí)間對(duì)電弧弧長(zhǎng)和焊接電流的影響規(guī)律,并通過焊接試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的有效性。電弧弧長(zhǎng)在I型焊接坡口內(nèi)呈現(xiàn)中間長(zhǎng)兩側(cè)短,相應(yīng)的瞬時(shí)電弧電流呈現(xiàn)中間小兩側(cè)大的變化規(guī)律,增大搖動(dòng)頻率和側(cè)壁停留時(shí)間可提高平均電弧電流,有利于促進(jìn)坡口兩側(cè)壁熔合。進(jìn)行了藥芯焊絲搖動(dòng)電弧窄間隙平焊試驗(yàn),研究了搖動(dòng)參數(shù)對(duì)藥芯焊絲窄間隙焊縫成形、脫渣性及電弧穩(wěn)定性的影響規(guī)律。隨著搖動(dòng)頻率和側(cè)壁停留時(shí)間的增大,藥芯焊絲焊接坡口側(cè)壁熔深增大,焊縫脫渣性變差。通過電弧高速攝像及電信號(hào)采集系統(tǒng),對(duì)比觀測(cè)了藥芯焊絲與實(shí)心焊絲熔滴過渡過程。焊絲藥芯滯熔使得熔滴總是沿焊絲軸向過渡,同時(shí)較快搖動(dòng)頻率能促進(jìn)熔滴過渡,提高了藥芯焊絲電弧穩(wěn)定性。此外,提出了搖動(dòng)電弧窄間隙單面焊雙面成形方法,較低的搖動(dòng)頻率配合較長(zhǎng)的側(cè)壁停留時(shí)間,能形成穩(wěn)定的搖動(dòng)電弧窄間隙單面焊雙面成形。經(jīng)過多層單道焊接,成功獲得了50mm厚高強(qiáng)鋼搖動(dòng)電弧窄間隙單面焊雙面成形接頭。提出了搖動(dòng)電弧窄間隙立向上自由成形焊接方法,建立了電弧力沖量概念,通過平均電弧力數(shù)學(xué)模型,研究了導(dǎo)電桿折彎角度和坡口間隙對(duì)立向上焊縫成形的影響規(guī)律。增大折彎角度和減小坡口間隙,使得向上的平均電弧力分量增大,可抑制熔池下淌,另一方面指向坡口側(cè)壁的平均電弧力分量減小,使得坡口側(cè)壁熔深減小。同時(shí),建立了電弧停留期間與運(yùn)動(dòng)期間電弧力沖量比和電弧熱輸入比的數(shù)學(xué)模型,揭示了電弧搖動(dòng)頻率和側(cè)壁停留時(shí)間對(duì)焊縫成形的影響規(guī)律。增大電弧搖動(dòng)頻率和側(cè)壁停留時(shí)間,一方面平均電弧熱輸入比增大,使得坡口中部的焊接熱輸入相對(duì)減小,抑制熔池下淌,另一方面電弧力沖量比增大,使得熔池液態(tài)金屬排向坡口中部,易導(dǎo)致熔池下淌,這兩方面因素共同影響了立向上焊縫自由成形。相比實(shí)心焊絲,藥芯焊絲搖動(dòng)電弧窄間隙立向上焊接時(shí),低熔點(diǎn)的熔渣可有效抑制熔池下淌,焊縫表面成形下凹。據(jù)此,通過折彎導(dǎo)電桿配用合適的搖動(dòng)參數(shù),實(shí)現(xiàn)了搖動(dòng)電弧窄間隙立向上自由成形焊接。建立了搖動(dòng)電弧窄間隙焊接熱場(chǎng)與熔池流場(chǎng)的三維數(shù)值分析模型,分別模擬計(jì)算了藥芯焊絲和實(shí)心焊絲平焊和立向上焊接時(shí)的熔池動(dòng)態(tài)行為,揭示了搖動(dòng)電弧窄間隙焊接熔池流動(dòng)行為及其對(duì)焊縫成形的影響規(guī)律。藥芯焊絲搖動(dòng)電弧窄間隙焊接時(shí),產(chǎn)生的熔渣在坡口中間聚集,這種粘度大且熔點(diǎn)低的熔渣抑制了立向上焊接熔池下淌,并促進(jìn)形成下凹的焊縫金屬表面。通過焊接試驗(yàn),驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算模擬的合理性。研究了焊縫偏差對(duì)窄間隙焊縫成形的影響規(guī)律,建立了焊縫偏差的被動(dòng)視覺傳感實(shí)時(shí)檢測(cè)方法。當(dāng)焊縫偏差達(dá)到0.5mm以上時(shí),離電弧搖動(dòng)中心較遠(yuǎn)的坡口側(cè)壁熔深急劇減小,同時(shí)坡口對(duì)側(cè)出現(xiàn)明顯咬邊缺陷,對(duì)焊縫橫截面成形產(chǎn)生了顯著的不利影響。相應(yīng)地,提出了基于電弧搖動(dòng)位置和脈沖電弧電流基值期同步觸發(fā)的焊接區(qū)域圖像被動(dòng)視覺傳感方法,建立了基于坡口邊緣和焊絲位置局部模式識(shí)別的焊縫偏差檢測(cè)算法,闡明了焊接過程干擾對(duì)特征提取的影響規(guī)律,在焊接飛濺、弧光及煙塵等強(qiáng)干擾條件下焊縫偏差檢測(cè)精度高于±0.1mm,且單純檢測(cè)一次焊縫偏差的時(shí)間消耗小于30ms,實(shí)現(xiàn)了對(duì)焊縫偏差的實(shí)時(shí)監(jiān)控,并為今后焊縫跟蹤控制奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
【圖文】：

間隙 GMAW 工藝、熔滴焊接質(zhì)量、促進(jìn)熔滴過渡的導(dǎo)電嘴便可調(diào)節(jié)電弧旋展了相關(guān)人工智能和電弧轉(zhuǎn)電弧窄間隙焊對(duì)調(diào)質(zhì)鋼。導(dǎo)電桿整體繞焊炬軸線作的焊炬原理如圖 1.4 所示錐形旋轉(zhuǎn)。趙博等[41, 42]研程中的焊接電流和熔滴過W 方法進(jìn)行橫焊的可行性了窄間隙 GMAW 橫焊熔沒有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，雖然減小效率低，給實(shí)際應(yīng)用帶來電機(jī)

第 1 章 緒 論置控制難，應(yīng)用受到限制。所開發(fā)了一種斜向?qū)щ娮焓诫p絲接試驗(yàn)[50]。試驗(yàn)過程中，焊絲被嘴，降低了焊絲對(duì)導(dǎo)電嘴的磨施過程中兩根焊絲的縱向距離的角焊縫。林三寶、徐望輝等，原理如圖 1.5 所示，分別研究藝，，分析了雙絲窄間隙 GMAW探索了該方法空間位置焊接的隙 GMAW 系統(tǒng)中的送絲及焊
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG444

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2634369