冷絲填充埋弧焊填充速度控制算法的研究.pdf

1、采用埋弧焊焊接高強鋼、控軋鋼等熱敏感性強的材料時，由于高熱輸入導致熔池存在過多的熱量，致使母材受到過熱損害，其熱影響區(qū)晶粒組織變得粗大，易產(chǎn)生脆化等現(xiàn)象。合理控制熔池的能量分配可以減小過熱對母材的損害。冷絲填充埋弧焊就是通過插入冷絲(不通電的填充絲)來調(diào)節(jié)熔池熱量分配過程，減少熱量對母材過熱損害的一種工藝方法。冷絲填充埋弧焊接過程中，合理的冷絲填充量是決定這種工藝方法成敗的主要因素。采用自行搭建的冷絲填充埋弧焊成套裝置，開展了這種工藝實

2、現(xiàn)方法的研究。主要研究內(nèi)容包括：
　　 (1)搭建了實現(xiàn)冷絲填充埋弧焊工藝的成套裝置。該裝置主要包括冷絲送絲機構(gòu)和實現(xiàn)冷絲填充埋弧焊工藝過程的單片機控制系統(tǒng)。采用Pro-E實體建模方法設(shè)計的送絲機構(gòu)可以實現(xiàn)冷絲插入的位置、角度等功能的調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)送絲電機電樞電壓的方法實現(xiàn)了冷絲填充量的控制。搭建的以80C196KB單片機為核心的雙機數(shù)字控制系統(tǒng)，通過設(shè)定熔池長度閾值作為判據(jù)，實現(xiàn)了冷絲填充埋弧自動焊接過程控制。
　　

3、(2)研究了冷絲填充埋弧焊接過程熔池熱量分配機理。在熱傳學的基礎(chǔ)上，采用雙橢球體移動熱源模式，建立了冷絲填充埋弧焊熔池熱場的三維動態(tài)有限元計算模型。搭建了以熱電偶、XMC5000數(shù)據(jù)采集器、計算機為核心的溫度采集系統(tǒng)，采用MCGS組態(tài)軟件構(gòu)建的人機界面，實現(xiàn)了焊接過程的溫度的實時采集、顯示和存儲等功能。通過有限元模型仿真輸出與實際測定結(jié)果對比表明，熱循環(huán)曲線、以及驗證區(qū)域點的溫度值基本吻合，建立的有限元模型可以用于冷絲填充埋弧焊熔池的熱

4、場動態(tài)分析。通過對比添加冷絲和不加冷絲時的數(shù)值模擬結(jié)果，探明了冷絲填充埋弧焊接過程熱量分配機理。
　　 (3)探索了一種冷絲填充速度的自適應(yīng)控制算法。首先，通過實驗研究了冷絲填充量對冷絲填充埋弧焊焊縫成形參數(shù)、微觀組織和力學性能的影響規(guī)律，以冷絲填充埋弧焊熔池熱量動態(tài)分配平衡方程為基礎(chǔ)，推導出了冷絲填充速度的控制方程。其次，以焊縫成形、微觀組織和力學性能為評價指標，通過大量工藝試驗構(gòu)造了冷絲填充埋弧焊電弧電壓U、焊接電流I和焊接