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铝—钢异种金属脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊方法及工艺研究

2020-12-11阅读(821)

铝—钢异种金属脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊方法及工艺研究

论文摘要

本文提出了一种低成本的热输入精确可控的脉冲旁路耦合电弧MIG焊（PulsedDouble-Electrode Gas Metal Arc Welding，简称Pulsed DE-GMAW）新方法，用于铝钢熔钎焊。介绍了PulsedDE-GMAW方法降低母材热输入的原理，此外还分析了旁路电弧的引入对熔滴的作用力，有利于较小电流时促进熔滴发生射滴过渡；另外旁路电弧与主路电弧选用脉冲电流更有利于峰值时促进熔滴过渡，实现在较小总电流条件下稳定的焊接得到良好的焊缝成型，并可有效控制接头界面金属间化合物的形成厚度。针对PulsedDE-GMAW方法的特点和试验要求，建立了基于快速原型的脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊试验系统，采用xPC实时目标环境开发了快速原型系统，完成对焊接电信号和视觉信号的采集、显示、处理和存储，通过对采集到的焊接信号的分析处理和控制，实现了PulsedDE-GMAW过程的控制。通过工艺试验分析焊接电流的脉冲参数对Pulsed DE-GMAW滴过渡和电弧稳定性的影响，在主路和旁路平均电流不变的情况下，调整焊接电流的脉冲参数可实现熔滴过渡形式为射滴过渡且焊缝成型良好，且随着主路和旁路峰值电流、脉冲占空比的变大，熔滴过渡更容易。其中对熔滴过渡影响由大到小的顺序为：峰值电流对熔滴过渡的影响、脉冲占空比的影响、脉冲基值影响；脉冲频率影响着熔滴的过渡形式，过高的脉冲频率会产生多脉冲一滴的过渡方式，过低脉冲频率会产生一脉多滴的过渡方式。在分析了电流参数对熔滴过渡和焊接稳定性影响的基础上，通过工艺试验确定了铝钢平板堆焊的工艺参数，焊接总电流在54A至82A范围通过调节主路和旁路电流大小和脉冲参数可以实现铝在镀锌钢上良好的焊缝成型。铝钢搭接焊时，偏移距离对焊缝成型影响比较大，通过调整工艺参数确定搭接焊的最佳工艺参数，且铝合金1060板材和镀锌钢板的焊缝的抗拉强度最高可达到86.19MPa，达到了母材强度的72.32%。铝合金5356板材和镀锌钢板的焊缝的抗拉强度最高可达到186.73MPa，达到了母材强度的88.5%。最后，针对主路电弧电压反馈和视觉反馈两种不同的弧长反馈方式进行软件硬件设计，分别对铝钢脉冲旁路耦合电弧MIG焊过程弧长稳定性进行了控制试验，两种控制的控制效果都很理想，均能满足控制要求，虽然弧压控制时弧压的反馈信号的精确度受到环境和熔滴过渡等影响，但硬件要求较低、结构相对简单，弧压反馈控制可以应用于铝钢PulsedDE-GMAW焊接过程稳定性控制。

论文目录

  • 目录
  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 铝-钢焊接的国内外研究现状
  • 1.2.1 铝-钢压力焊
  • 1.2.2 铝-钢钎焊
  • 1.2.3 铝-钢熔钎焊
  • 1.3 本文研究背景及主要研究内容
  • 1.3.1 本文研究背景
  • 1.3.2 本文主要研究内容
  • 1.3.3 本文主要创新点
  • 第2章 铝-钢PusledDE-GMAW 焊接方法及试验系统
  • 2.1 铝-钢 Pulsed DE-GMAW 焊接方法的提出
  • 2.2 铝-钢 Pulsed DE-GMAW 焊接方法原理
  • 2.3 铝-钢 Pulsed DE-GMAW 母材热输入分析
  • 2.4 铝-钢 Pulsed DE-GMAW 试验系统设计
  • 2.4.1 铝-钢 Pulsed DE-GMAW 控制软件系统设计
  • 2.4.2 铝-钢 Pulsed DE-GMAW 硬件系统
  • 2.5 小结
  • 第3章 铝-钢PulsedDE-GMAW 焊接过程熔滴受力分析及电流波形设计
  • 3.1 铝-钢 Pulsed DE-GMAW 熔滴受力分析
  • 3.1.1 铝-钢 Pulsed DE-GMAW 熔滴长大过程受力分析
  • 3.1.2 铝-钢 Pulsed DE-GMAW 熔滴下落过程受力分析
  • 3.2 脉冲电流波形的影响
  • 3.2.1 波形选择理论分析
  • 3.2.2 波形匹配形式对焊接稳定性及焊缝成型的影响
  • 3.4 铝-钢 Pulsed DE-GMAW 焊枪几何尺寸
  • 3.5 小结
  • 第4章 铝-钢PulsedDE-GMAW 熔钎焊工艺研究
  • 4.1 焊接电流参数对 Pulsed DE-GMAW 焊接过程的影响
  • 4.1.1 频率对铝-锌钢板堆焊工艺的影响
  • 4.1.2 占空比不变，变主路或旁路基值、峰值对焊接过程稳定性的影响
  • 4.1.3 主路旁路峰值不变，变占空比和主路旁路基值对工艺的影响
  • 4.1.4 主路旁路基值不变，变占空比和主路旁路峰值对工艺的影响
  • 4.1.5 脉冲电流参数对熔滴过渡的影响分析
  • 4.2 铝-钢平板堆焊工艺研究
  • 4.3 铝-钢搭接焊工艺研究
  • 4.3.1 焊枪偏移量对铝-钢搭接焊接的影响
  • 4.3.2 铝-钢搭接焊接工艺研究
  • 4.4 小结
  • 第5章 铝-钢PulsedDE-GMAW 过程稳定性控制试验
  • 5.1 弧压反馈焊接过程控制试验
  • 5.1.1 控制基本原理及程序设计
  • 5.1.2 主路弧压反馈弧长稳定性控制试验
  • 5.2 视觉反馈弧长稳定性控制试验
  • 5.2.1 LabVIEW视觉传感系统与Matlab无缝链接
  • 5.2.2 主路电弧弧长视觉提取
  • 5.2.3 视觉反馈弧长稳定性控制试验
  • 5.3 小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录 A:攻读学位期间所发表的学术论文目录

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