单电源单面串联双TIG电弧焊接方法初步研究

论文摘要

本文提出一种新的焊接热源形式“单电源单面串联双电弧”,为了了解该电弧焊接物理特性,从工作机理、电弧形态、电弧静特性、热源特性、成形规律等方面对单电源单面串联双弧进行了初步的研究。首先建立了单面串联双TIG电弧焊接实验平台,主要由焊接电源、工作台、双焊枪夹持装置、运动控制装置以及测试装置等组成。改变以往电弧焊都以焊枪和工件分别作为正负极的传统,采用两把常规TIG焊枪分别接到焊接电源正负输出端,工件不接电源。焊接时,工件作为过渡,电流沿着焊枪1到工件然后到焊枪2,这样可以在焊枪1与工件之间,焊枪2与工件之间分别建立一个电弧。这两个电弧是串联的,从而形成“单电源单面串联双TIG电弧”。利用CCD图像采集系统对串联双弧形态进行了观察分析,串联双弧可以稳定燃烧,钨极接负电弧是收缩,钨极接正电弧是发散的,两个电弧是相互排斥的。电流和弧间距对电弧形态影响较大。对串联双弧静特性进行了测量,串联双弧的总电压达到25伏左右,表明同等电流情况下,串联双弧功率是传统单弧的两倍,串联双弧对工件能产生更大的热输入。采用有限元方法对串联双弧焊接工件的热过程进行了数值模拟,研究结果表明在同等电流下,串联双弧熔深比单弧要大。最后对串联双弧工艺特性进行了初步研究,对比了串联双弧和传统单弧在焊缝成形上的特点,研究了电流和弧间距对成形的影响。在低碳钢和不锈钢工件上焊接结果表明,同等电流情况下,串联双弧要比传统单弧熔深要深。本文的研究结果表明,单面串联双弧是一种稳定的焊接新热源,能够产生较大的电弧功率,实现简单,有一定的学术研究价值和应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 高效焊接方法研究现状及分析
• 1.2.1 TIG 焊接
• 1.2.2 T.I.M.E.焊
• 1.2.3 磁控大电流MAG 焊
• 1.2.4 多热源复合焊
• 1.2.5 双面电弧焊接工艺
• 1.2.6 热丝TIG/MIG 工艺
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 单电源单面串联双TIG 电弧原理及实验装置
• 2.1 单电源单面串联双电弧工作原理
• 2.2 单面串联双弧焊接实验平台
• 2.3 单面串联双弧的建立
• 第3章 单面串联双弧形态及静特性
• 3.1 CCD 电弧图像采集系统
• 3.2 串联双TIG 弧形态分析
• 3.2.1 典型的串联双弧分析
• 3.2.2 两弧间距对电弧形态的影响
• 3.2.3 电流对电弧形态的影响
• 3.3 串联双弧静特性
• 3.4 小结
• 第4章 双TIG 焊接过程计算机数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 有限元建模
• 4.2.1 几何模型的建立与简化
• 4.2.2 网格化分
• 4.2.3 材料特性参数
• 4.2.4 热源模型选取
• 4.2.5 边界换热系数
• 4.3 数值模拟结果分析
• 4.3.1 双TIG 熔池与单TIG 熔池的对比
• 4.3.2 双TIG 弧间距对成形的影响
• 4.3.3 双TIG 弧前后顺序不同对成形的影响
• 4.4 小结
• 第5章 串联双弧焊接工艺特性实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验准备
• 5.2.1 双TIG 焊接的工艺参数
• 5.2.2 工件的准备
• 5.3 工艺参数对焊缝成形的影响
• 5.3.1 电流的影响
• 5.3.2 弧间距的影响
• 5.3.3 焊接速度的影响
• 5.4 串联双TIG 弧焊与单电弧焊的对比
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢