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等离子-MIG焊接方法及其双弧复合特性的研究

张义顺  
【摘要】:等离子-MIG焊接是一种双电弧复合焊接方法,具有能量集中、焊接效率高等独特的优点,特别适合于有色金属的焊接。本文对这种焊接方法的工作原理和双电弧复合机制进行了比较深入的研究,设计并研制了该方法所需要的专用设备和焊接枪体,并在国内首次完成了这种焊接方法的工程应用。 通过对等离子-MIG焊接枪体内部流场—温度场耦合模拟,对枪体各部位的热量传递过程进行了研究。经过对枪体上核心部件散热过程的模拟计算,对枪体的结构和外部冷却条件进行了优化。文中分别分析了等离子-MIG枪体在不同入水口半径、孔道长度、水流道宽度和喷嘴压缩角情况下的冷却状况,并确定了各参数的最佳值,为枪体的设计提供了定量化的依据。 在对电弧空间的气体流动和温度分布进行有限元分析的基础上,利用帕邢定律分析了在有MIG电弧提供的导电通道的前提下,等离子电弧的击穿路径,确定了双电弧复合焊接时的起弧过程。通过在喷嘴上设计导弧点,提供了实现双电弧分离的方法,并通过实践研究了这种分离的效果。研究中还分析了不同焊道尺寸、电弧拖曳和喷嘴挂滴等诸多因素对复合双电弧起弧和稳弧的影响。最终通过对焊接电弧的实际观察,确实发现了上述模拟计算所预测出的多种过程。 利用模拟计算的方法分析了在双电弧复合作用下的焊件温度场,研究了不同电弧组态对焊接熔池形状的影响。确定了双电弧分离距离不同的条件下,焊缝的尺寸变化的规律。 设计并研制了由两台逆变电源组成的等离子-MIG专用焊接电源,两台电源分别具有不同的电源外特性,满足了为等离子电弧和MIG电弧供电的需求。所设计的电源具有良好的动特性和电源调节特性,并可以通过接口电路与计算机相连。 采用人工神经网络技术设计了焊接参数专家库管理系统。该系统具有自学习能力,可以自动完成参数优化,保证了焊接过程的智能化控制。 将所研究的等离子-MIG焊接设备用于三峡电站大型开关断路器厚壁铝制罐体的制造,明显地提高了铝制构件的焊接效率和焊接质量。


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