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埋弧焊磁控电弧焊缝跟踪传感器的电磁特性及适应性研究

作　者: 马金海
导　师: 洪波
学　校: 湘潭大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 埋弧焊磁控电弧传感器 ANSYS 电磁特性适应
分类号: TG409
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 23次
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内容摘要

目前,焊接已成为了现代制造业中的不可或缺的技术之一。在现代化焊接生产中,为了获得优良的焊接质量,较高的生产效率,安全的焊接作业环境,同时要降低工人劳动强度,必须提高焊接自动化、智能化水平,而焊缝自动跟踪是实现焊接自动化的关键技术之一。埋弧焊是目前众多焊接方法中应用最广泛的工艺方法之一。然而,由于多种因素的影响,要研制出适合埋弧焊的一种跟踪精度高,又符合焊接过程低成本自动化要求的焊缝自动跟踪技术存在较大的难度。本文在用于气体保护焊的磁控电弧传感器的基础上,结合ANSYS有限元方法数值计算得到的磁控电弧传感器主要参数对其电磁特性的影响规律,研制满足埋弧焊焊缝自动跟踪要求的磁控电弧传感器。具体工作如下:首先综述了埋弧焊的基本原理和优缺点;国内外埋弧焊焊缝跟踪系统的研究现状,重点介绍了埋弧焊电弧式焊缝跟踪技术和磁场控制电弧技术的发展情况。其次利用ANSYS电磁场有限元数值计算方法,研究了励磁电流、励磁线圈绕线长度、导磁铁芯直径、磁极角度四个参数对埋弧焊磁控电弧传感器的磁场分布及强度值影响规律,其结果表明励磁电流和磁极角度对磁控电弧传感器磁场的影响是较强,其它两者的影响较弱。根据ANSYS电磁场有限元数值计算分析得到的规律,优化设计且研制出了相应的磁控电弧传感器,改进了传感器的磁场发生装置中的功率放大电路。采用数字式特斯拉计,测量研制出的磁控电弧传感器的磁场磁感应强度,将其结果与ANSYS数值计算的结果进行对比分析,结果表明了实际磁控电弧传感器的磁场分布和ANSYS数值计算得到的磁场分布基本上是相同的。这证明了ANSYS电磁场有限元数值计算方法可以为科学合理地设计磁控电弧传感器提供理论依据。通过焊接试验,分析采集到的焊接电流信号从而确定磁控电弧传感器性能优劣。最后,为了能够扩大该磁控电弧传感器应用范围,将其安装在两种主流焊机电源上(即IGBT逆变式焊机电源和晶闸管式焊机电源)。大量的试验表明:该传感器在逆变式焊机和晶闸管式焊机上均有良好的适应性;在两种焊接电源不同的焊接参数情况下,使用该磁控电弧传感器均有利于焊缝成形。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-12
第2章埋弧焊焊缝跟踪技术发展状况  12-23
  2.1 埋弧焊基本介绍  12-14
  2.2 国内外研究现状  14-19
    2.2.1 接触式跟踪系统  14-15
    2.2.2 非接触式跟踪系统  15-16
    2.2.3 电弧式跟踪系统  16-19
  2.3 埋弧焊电弧式焊缝跟踪技术  19-20
    2.3.1 并列双丝式  19
    2.3.2 机械摆动扫描式  19-20
  2.4 磁场控制电弧技术简介  20-22
    2.4.1 磁场控制电弧技术的特点  20-21
    2.4.2 磁场控制电弧技术的应用和发展  21-22
  2.5 本章小结  22-23
第3章埋弧焊磁控电弧传感器电磁特性的有限元分析  23-44
  3.1 引言  23-24
  3.2 电磁场求解与有限元方法简介  24-25
  3.3 磁控电弧传感器磁场的有限元分析  25-43
    3.3.1 电磁场控制方程  25-26
    3.3.2 磁控电弧传感器磁场的有限元计算流程  26-28
    3.3.3 励磁线圈绕线长度对磁场分布的影响  28-32
    3.3.4 励磁电流对磁场分布的影响  32-35
    3.3.5 导磁铁芯直径对磁场分布的影响  35-39
    3.3.6 磁极角度对磁场分布的影响  39-43
  3.4 本章小结  43-44
第4章埋弧焊磁控电弧焊缝跟踪传感器的研制  44-56
  4.1 引言  44
  4.2 磁控电弧传感器的优化设计  44-48
    4.2.1 磁场发生装置的结构设计  44-45
    4.2.2 磁场发生装置的电路设计  45-48
  4.3 磁控电弧传感器结构及励磁电流对磁场分布的影响  48-52
    4.3.1 研究内容与方法  48-49
    4.3.2 测量磁场装置  49
    4.3.3 结果与分析  49-52
  4.4 磁控电弧传感器的结构对焊缝跟踪偏差信号的影响  52-55
  4.5 本章小结  55-56
第5章埋弧焊磁控电弧传感器适应性分析  56-67
  5.1 引言  56
  5.2 埋弧焊磁控电弧传感器适应性分析方法  56-58
    5.2.1 研究方案  56-58
    5.2.2 两种典型电源设备的简介  58
  5.3 传感器在不同类型电源对焊缝跟踪偏差信号及焊缝成形的影响  58-66
    5.3.1 IGBT 逆变式-山大奥太焊机  58-62
    5.3.2 晶闸管式-唐山松下焊机  62-66
  5.4 本章小结  66-67
结论与展望  67-68
参考文献  68-71
致谢  71-72
个人简历、在学期间发表的学术论文及科研情况  72

埋弧焊磁控电弧焊缝跟踪传感器的电磁特性及适应性研究

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