管道的瞬时液相扩散焊（TLP）焊机研究

论文摘要

目前,我国管线焊接仍以手工电弧焊为主,半自动焊为辅。在焊接过程中,由于人为因素造成的质量不稳定和焊接生产率低等问题较为突出。而TLP焊管技术因高效率、高自动化程度、低变形、无焊接烟尘等优异性能正受到越来越多的关注。针对这一情况,本文研制出一套TLP焊管机,该焊机具有操作简单,易于携带,焊接效率高等特点。本文完成了TLP焊管机机械结构和控制系统的设计,并用ANSYS对机械结构及工件的对中性进行了模拟校核,用COMSOL软件对焊接温度场进行了模拟,根据其温度场的变化情况确定了最合适的感应加热频率、功率等参数。机械结构包括床身、工件夹持机构、夹具行走机构、加压系统、加热系统和保护系统。加压系统采用结构简单、操作方便的弹簧加压方式;加热系统采用中频感应加热,频率为10KHz左右,功率为20KW,最高加热温度可达1200℃。控制系统的设计包括硬件电路的设计和控制软件的编写,系统以PLC为控制核心,对焊接过程、加热温度、保温时间和保护气通断过程进行控制。试验结果表明,本文设计的TLP焊管机能在5-10分钟内完成一个管道接头的焊接,且接头的力学性能满足现场工作的要求,达到了研究和设计的目的,具有较高的市场应用价值。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第1章 前言
• 1.1 管道焊接现状
• 1.1.1 国内情况
• 1.1.2 管道焊接技术的发展
• 1.2 管道常用的焊接方法及存在的问题
• 1.2.1 管道焊接技术的发展
• 1.2.2 管道焊接新工艺的发展
• 1.3 管道的瞬时液相扩散焊技术可行性分析
• 1.3.1 技术可行性分析
• 1.3.2 应用前景分析
• 1.4 瞬时液相扩散焊简介
• 1.4.1 扩散连接原理
• 1.4.2 TLP焊管技术的优点
• 1.5 TLP的应用现状
• 1.6 本文研究的主要内容
• 第2章 TLP 焊机的基本组成及工作过程
• 2.1 TLP焊机的基本组成
• 2.1.1 整体机械结构
• 2.1.2 加热系统
• 2.1.3 加压系统
• 2.1.4 保护系统
• 2.1.5 测温系统
• 2.1.6 用PLC控制焊接工艺流程
• 2.2 TLP焊机的工作原理
• 2.2.1 加热系统的感应加热原理
• 2.2.2 感应穿透加热频率的选择
• 2.2.3 穿透加热的功率选择
• 2.2.4 焊机的工作过程
• 2.3 本章小结
• 第3章 TLP 焊机的机械部分设计
• 3.1 焊机的机械组成
• 3.1.1 夹紧机构的设计
• 3.1.2 弹簧加压机构的设计
• 3.1.3 行走机构的设计
• 3.1.4 焊接总成的设计
• 3.2 重要零件的校核
• 3.2.1 连杆的校核
• 3.2.2 圆柱螺旋压缩弹簧的选择
• 3.3 用ANSYS对焊机整体结构的校核
• 3.3.1 有限元法及ANSYS 软件概述
• 3.3.2 用ANSYS 对焊机的整体机械分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 焊机控制部分的设计与编程
• 4.1 PLC可编程控制器
• 4.1.1 PLC可编程控制器简介
• 4.1.2 PLC的基本结构
• 4.1.3 PLC的工作原理及工作过程
• 4.2 焊机控制程序的设计与调试
• 4.2.1 焊机控制系统基本要求
• 4.2.2 焊机控制系统程序设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 感应加热电磁—热耦合场的有限元数值模拟
• 5.1 感应加热原理分析
• 5.2 电磁—热耦合场数学模型的建立
• 5.2.1 电磁场数学模型建立
• 5.2.2 热场数学模型建立
• 5.2.3 感应加热电磁—热耦合场数学模型建立
• 5.3 电磁—热耦合场有限元格式推导
• 5.3.1 有限元求解的基本思路和步骤
• 5.3.2 电磁场有限元计算格式推导
• 5.3.3 热场有限元计算格式推导
• 5.3.4 轴对称计算格式推导
• 5.4 16MnR 圆管感应加热前处理
• 5.4.1 工况几何模型
• 5.4.2 有限元分析模型
• 5.4.3 有限元网格划分
• 5.4.4 物理参数设置
• 5.5 有限元模拟结果分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果