超声mig复合焊接焊枪设计与熔滴过渡的研究

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1、超声MIG复合焊接焊枪设计与熔滴过渡的研究国内图书分类号:TG444学校代码:10213国际图书分类号:621.791密级:公开工学硕士学位论文超声-MIG复合焊接焊枪设计与熔滴过渡研究硕士研究生:黄嘉明导师:杨春利教授申请学位:工学硕士学科:材料加工工程所在单位:材料科学与工程学院答辩日期:2010年7月授予学位单位:哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG444U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTORCHDESIGNANDDROPLETTRANSFERIN

2、ULTRASONIC-MIGHYBRIDWELDINGCandidate:HuangJiamingSupervisor:Prof.YangChunliAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MaterialsProcessingEngineeringAffiliation:SchoolofMaterialsScience?EngineeringDateofDefence:July,2010Degree-Conferring-Institution:HarbinInstitute

3、ofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要MIG焊接是一种常用的高效焊接方法,其焊丝和电弧的电流密度大,焊丝熔化速度快,对母材的熔敷效率高,母材熔深和焊缝成型较好。将超声振动作用于MIG焊接过程,超声的声辐射力和声流效应改变了电弧形态和熔滴过渡形式,扩大了焊接可用规范区间,促进了大滴自由过渡,提高了短路过渡频率。首先进行了超声-MIG复合焊接系统设计。超声振动系统设计包括换能器和变幅杆的结构设计。对换能器和变幅杆抽象成一维纵振动变截面杆,进行理论尺寸计算,然后通过ANSYS有限元分析进行尺寸优化,昀终确定换能器前盖板长度73mm,

4、后盖板长度18mm,中孔直径6mm;变幅杆长度125mm,中孔直径6mm,模拟频率误差仅为0.35%,满足设计要求。在变幅杆基础上完成焊枪设计,在不影响超声振动效果的基础上进行了电路和水冷系统设计,并采用双层保护气形式。在静态下进行了滴水实验,研究超声场中声辐射力的分布规律。结果表明:声辐射力方向呈现交替变化规律,相邻1/4波长内方向相反。并且在形成驻波场时,超声辐射力效果昀为明显。实验研究了超声发射端高度和喷嘴高度对超声-MIG焊接作用效果影响,并昀终确定了超声作用效果较好的发射端高度为30mm和喷嘴高度为11mm。在不同焊接规范参数下进行了普

5、通MIG焊接与超声-MIG焊接的对比实验,研究了超声-MIG各熔滴过渡区间特点。短路过渡区间,电弧收缩明显,阴极清理范围变窄,短路过渡频率提高,熔滴过渡均匀,短路峰值电流平均降低70A左右。高电压区大滴过渡区间,电弧长度变短,熔滴过渡频率增加,焊缝铺展性更好。射流过渡区间,电流下降20A左右,电弧中心半径减小,挺度提高,阴极清理导致的电弧飘移现象降低,焊缝铺展良好,余高降低。在各熔滴过渡区间,电弧均呈现不同程度的径向收缩和长度缩短。熔滴过渡形式改变主要由于电弧形态变化导致。论文的昀后初步探讨了超声-MIG电弧的收缩原因,从电弧等离子体受力和电弧能

6、量平衡角度进行分析,提出超声声流效应对电弧等离子体作用机制,并根据昀小电压原理阐释了超声电弧形态改变的物理本质。关键词:超声;MIG焊接;焊枪;熔滴过渡;有限元分析-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTheMIGweldingisatraditionalandefficientweldingmethod.Thewiremeltingspeedisveryhighbecauseofthehighcurrentdensityofthewireandarc,thusthedepositionefficiencyishighandpene

7、trationandweldingdistortionisbetter.Theultrasonicvibrationintheweldingprocessexpandedtherangeofweldingcondition,promotedthefreetransferofdropandimprovedthefrequencyofdiptransfer.Theultrasoniccharacterizationssuchasacousticradiationforceandtheacousticstreamingeffectschangedthe

8、arcshapeandthedroptransferformFirst,theultrasonic-MIGweldingsystemwa