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双丝交—直流脉冲电弧协调控制法研究

作　者: 曲丹
导　师: 李桓
学　校: 天津大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 脉冲 窄间隙 双丝 电弧协调控制 高速摄像 数据采集
分类号: TG444
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 60次
引　用: 1次
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内容摘要


经过半个多世纪的时间,窄间隙焊接法经历了非熔化极—熔化极的发展历程。就目前的技术水平而言,国内的哈尔滨焊接研究所的双丝埋弧窄间隙焊接技术较为被市场所认可。通过对窄间隙焊接技术的分析与解剖,发现哈尔滨焊接研究所的双丝埋弧窄间隙焊接技术没有充分利用两个电弧之间固有的相互作用。根据电磁学和焊接电弧物理的理论,两个彼此靠近的电弧当通以同方向的电流时会互相吸引,当通以反方向的电流时会互相排斥。吸引力和排斥力的大小与两个电弧电流的乘积成正比,与两个电弧之间距离的平方成反比,还与它们之间的夹角有关系。针对窄间隙焊接中普遍遇到的坡口侧壁熔合不良的问题,本文提出在双丝熔化极窄间隙焊接中利用两个电弧之间的相互作用,即一个电弧采用直流反接,另一个电弧采用交流,借助于焊接电压检测和脉冲协调控制技术,当检测到交流电弧的焊接电压为工件负,焊丝正时,直流电弧与交流电弧同相位,电弧相吸,此时控制直流电弧的给定电压为基值。反之,当交流电弧的焊接电压为工件正,焊丝负时,直流电弧与交流电弧反相位,电弧相斥,控制直流电弧的给定电压为峰值。这样,使得一直一交这两个电弧的相互排斥力达到最大,相互吸引力达到最小。在至少采用一根弯丝的前提下合理控制两个电弧的相互吸引与排斥,提高焊接效率的同时改善坡口侧壁熔合不良的问题。本文在实验室原有直流脉冲控制器的基础上,利用电子技术、自动控制理论及单片机技术,增加了交流电源焊接电压过零时刻的检测电路,保证直流电源焊接电压随着交流电源焊接电压同相位的变化,以此为核心构建了双丝交—直流脉冲焊接试验系统。在验证性试验过程中采用光电信号测试分析系统实现对焊接电流、电压波形等电信号的采集。另外,为了有效的分析双丝交—直流脉冲焊接中两个电弧之间的相互作用及其变化对焊接电流、电弧电压的影响,在焊接过程中又采用了高速摄像与电信号进行同步采集。总之,本文提出的双丝交—直流脉冲电弧协调控制方法思路新颖;所改进的直流脉冲控制器操作简便、运行可靠、满足工作要求。该项研究具有广泛的应用前景,具有重要的理论意义及工程实际应用价值。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-16
  1.1 窄间隙焊的提出背景  8-13
    1.1.1 窄间隙焊的分类和原理  8-10
    1.1.2 窄间隙焊的应用状况  10-11
    1.1.3 窄间隙焊的发展现状及存在问题  11-12
    1.1.4 窄间隙焊的研究动态  12-13
  1.2 双丝交—直流脉冲电弧协调控制的理论根据  13-14
  1.3 本课题的研究目的、意义及技术路线  14-15
  1.4 本课题的研究内容  15
  1.5 本章小结  15-16
第二章 双丝交—直流脉冲控制器  16-30
  2.1 双丝交—直流脉冲控制器概述  16
  2.2 控制器原理及功能  16-18
    2.2.1 控制器原理  16-17
    2.2.2 控制器功能设计  17-18
  2.3 脉冲控制器电压过零检测电路  18-24
    2.3.1 电压采集滤波电路  19-20
    2.3.2 电压过零比较电路及微分电路  20-21
    2.3.3 分压隔离及半波整流电路  21-23
    2.3.4 稳压及反相电路  23
    2.3.5 电压过零检测电路的硬件选择  23-24
  2.4 双丝交—直流脉冲控制器软件部分  24-29
    2.4.1 AT89C2051 的外部中断设置  24-26
    2.4.2 软件结构  26-28
    2.4.3 双丝交—直流脉冲控制器软硬件的实现  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章 实验设备及连接  30-37
  3.1 双丝交—直流脉冲焊试验原理  30-32
  3.2 双丝交—直流脉冲焊接设备  32-34
    3.2.1 双丝交—直流脉冲控制器  32-33
    3.2.2 逆变式 V300-I 型林肯电焊机  33
    3.2.3 BX2-1000 同体式弧焊变压器  33-34
  3.3 试验设备的连接  34-36
  3.4 本章小结  36-37
第四章 双丝交—直流脉冲焊接试验及分析  37-51
  4.1 双丝交—直流脉冲控制器功能性验证试验  37-42
  4.2 双丝交—直流脉冲焊工艺性验证试验  42-50
    4.2.1 脉冲峰值电压对焊接过程的影响  43-46
    4.2.2 脉冲基值电压对焊接过程的影响  46-50
  4.3 本章小结  50-51
第五章 结论  51-52
参考文献  52-55
发表论文和参加科研情况说明  55-56
致谢  56

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接工艺 > 电弧焊
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