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熔化极电弧焊过程数字化模拟系统

作　者: 仝明磊
导　师: 耿正
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 熔化极电弧焊熔滴过渡数字化模拟系统仿真模型
分类号: TG444
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 29次
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内容摘要

熔化极电弧焊由于自身的优点在生产实践得到广泛的应用,焊接过程的数学模型化是实现焊接过程高水平数字化过程控制的基础。本文利用计算机仿真的方法对熔化极电弧焊过程进行了深入研究。首先,通过对熔化极电弧焊熔滴过渡机理及其影响因素的分析,奠定了建立数字化模型的基础。其次,本文采用Matlab软件,在建立电源—电弧系统仿真模型、电弧非线性负载仿真模型和确定电弧长度仿真模型的基础上,针对熔滴过渡的不同形式分别对射流过渡、滴状过渡、短路过渡过程进行了建模,模型考虑了熔滴的长大对弧长的影响,建立了熔滴长大过程的模型,并考虑了由于噪声、焊枪的不稳定等带来的干扰对焊接过程的影响,实现了射流过渡、滴状过渡到短路过渡的自动转变,从而使模型能够更加准确和全面地反映熔化极电弧焊过程。该仿真模型以组合图形方式,直观、有效地表征了各个环节的特性。通过数字化模型的运行,得出了各焊接参数的仿真数值和变化趋势图,对比了熔滴过渡三种形式的不同,分析了熔滴尺寸对焊接参数及其波形的影响,研究了它与熔滴过渡频率的关系,还对一些重要参数之间的相互关系进行了分析。将仿真分析得到的结果与现有的实验数据资料进行比较,结果基本相符,并且得出的结论符合理论分析和实验要求。研究结果表明:本文建立的数字化模拟系统可以准确地模拟熔化极电弧焊过程,所建立的系统是合理的并且是实用的。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题研究背景及意义  9-10
  1.2 熔化极电弧焊系统数字化模拟研究的现状及发展趋势  10-12
  1.3 系统仿真  12-16
    1.3.1 系统仿真概论  12-13
    1.3.2 系统仿真的一般过程  13-14
    1.3.3 系统仿真软件—Matlab/Simulink简介  14-16
  1.4 本课题的主要研究内容  16-17
第2章熔化极电弧焊过程机理  17-26
  2.1 熔化极电弧焊接过程熔化机理  17-19
    2.1.1 熔化极电弧焊过程熔化的热量来源  17-18
    2.1.2 焊丝干伸长上的能量平衡和熔化速度公式  18-19
  2.2 熔滴过渡理论  19-22
    2.2.1 静态平衡力理论  19-21
    2.2.2 收缩力不稳定理论  21
    2.2.3 能量最小原理理论  21-22
  2.3 熔化极电弧焊的熔滴过渡形态  22-24
    2.3.1 短路过渡  22-23
    2.3.2 射滴过渡  23
    2.3.3 射流过渡  23-24
  2.4 影响熔滴过渡的因素  24-25
    2.4.1 焊接电流和电压对熔滴过渡的影响  24
    2.4.2 焊丝干伸长度对熔滴过渡的影响  24
    2.4.3 保护气体组成对熔滴过渡的影响  24-25
    2.4.4 焊丝极性对熔滴过渡的影响  25
  2.5 本章小结  25-26
第3章熔化极电弧焊数字化模型的建立  26-42
  3.1 熔化极电弧焊系统的组成及其简化  26-27
  3.2 熔滴过渡模型的假设及其物理过程  27-28
    3.2.1 熔滴过渡模型的假设  27
    3.2.2 熔滴过渡模型的物理过程  27-28
  3.3 射流过渡过程数字化模型的建立  28-32
    3.3.1 射流过渡电源系统模型的建立  28-29
    3.3.2 射流过渡电弧非线性负载模型  29-30
    3.3.3 射流过渡熔化速度的模型  30-31
    3.3.4 射流过渡弧长变化的模型  31
    3.3.5 射流过渡过程的整体模型  31-32
  3.4 滴状过渡的数字化模型的建立  32-36
    3.4.1 滴状过渡过程弧长变化模型  32-35
    3.4.2 滴状过渡的整体模型  35-36
  3.5 短路过渡数字化系统模型的建立  36-41
    3.5.1 短路过渡过程的电弧非线性负载  37-39
    3.5.2 短路过程的熔滴过渡速度  39
    3.5.3 短路时的弧长变化模型  39-40
    3.5.4 短路过渡的整体仿真模型  40-41
  3.6 本章小结  41-42
第4章数字化模型的运行结果及试验验证  42-55
  4.1 熔化极电弧焊过程数字化模型的运行结果  42-44
  4.2 熔化极电弧焊过程仿真分析  44-52
    4.2.1 熔化速度及其影响因素  45-48
    4.2.2 电弧长度的影响因素  48-50
    4.2.3 焊接回路电感对短路电流上升速度影响的分析  50-51
    4.2.4 送丝速度对短路频率的影响分析  51
    4.2.5 临界熔滴直径对熔滴过渡过程的影响  51-52
  4.3 仿真模型的试验验证  52-54
    4.3.1 滴状过渡的仿真与试验验证  52-53
    4.3.2 短路过渡的仿真与试验验证  53-54
  4.4 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-61
致谢  61

熔化极电弧焊过程数字化模拟系统

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