大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲传热数值模拟研究

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双丝脉冲MIG焊具有熔敷速度快及焊接质量高的特点,越来越受到焊接研究者的重视。目前关于双丝脉冲MIG焊的研究主要以单脉冲焊接为主,且功率较小,对双脉冲焊接的研究主要以单丝焊为主,而关于双丝双脉冲焊接的研究非常少。大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲焊的研究对提高焊接效率和质量有非常重要的意义。本课题在国家自然科学基金项目(51205136)和中央高校基本科研业务费专项资金重点项目(2013ZZ034)的资助下,研究了大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲电源控制系统,对双丝双脉冲焊接温度场进行了数值模拟,并对不同脉冲方式焊接所得焊缝进行金相分析。提出了大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲控制系统总体方案。分析了主电路的拓扑结构、电源外特性以及多相位输出方案。设计了以TMS320LF2407A为核心的控制系统硬件电路和软件程序。实现了大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲电流多相位输出的数字化控制。通过对焊接场所干扰源的分析,分别设计了软件抗干扰方案和硬件抗干扰方案。针对大功率双丝脉冲MIG焊主从电弧峰值阶段恒流+基值阶段恒流(I+I)外特性方式,采用了防积分饱和PI控制算法,实现了大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲电流的恒流控制。用有限元软件ANSYS对大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲焊接温度场进行数值模拟。通过建立几何模型,划分网格,利用APDL语言二次开发功能,编写适合大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲焊的双椭球移动热源计算模型。根据数值模拟结果,分析大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲焊温度场特点。并通过试验测量焊接热循环曲线以及焊缝形状尺寸,验证了温度场模拟结果的可靠性。用所研制的焊接电源系统进行单脉冲和双脉冲方式的平板堆焊试验,焊接工艺参数为数值模拟参数。试验结果表明,所研制的大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲控制系统满足设计要求,实现了大功率双丝脉冲MIG焊双脉冲稳定的焊接过程,焊缝成形良好。分别对所得焊缝进行金相分析,金相分析结果表明,双脉冲焊接焊缝的晶粒比单脉冲焊接焊缝的晶粒细小,说明双脉冲具有细化晶粒的效果。
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