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窄间隙TIG焊枪设计研究

作　者: 余刚
导　师: 唐新华
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 窄间隙TIG焊接焊枪设计气保护温度场
分类号: TG434.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

核电低压转子的窄间隙焊接是核电装备制造的核心关键技术之一。随着核电装备的日趋大型化,低压焊接转子的壁厚和坡口深度随之大幅度增加,窄间隙焊接专用焊枪是焊接装备中核心部件,一直依赖进口,受制于人,必须依靠自己的力量研制出具有自主知识产权的国产化窄间隙焊枪。本研究以深坡口窄间隙TIG焊枪为对象,开展了NG-TIG焊枪的前期设计和研究。在系统分析核电低压转子大厚度、深坡口窄间隙焊坡口具有焊缝可视性差、坡口窄、多层多道焊道数和层数多、严禁侧壁未熔合和焊接缺陷控制严等工艺特点基础上,基于热传导理论,采用ANSYS软件对电流250A,进水温度25℃,出水温度35℃,水流速0.6m/min冷却条件下深坡口窄间隙TIG焊时的焊枪温度场进行数值分析:获得了冷却水流量与钨电极温度梯度值的对应关系。设计了厚度8mm、宽度13mm,“V”字形水冷回路,双气罩气保护、钨极和气罩相对位置可调的组合式NG-TIG焊枪。构建了窄间隙TIG焊接试验平台,为单因素的研究焊枪结构对窄间隙TIG焊焊接质量的影响提供了保障。采用组合式参数可调的焊枪,研究了钨极离工件的距离、左右保护气出气口与钨极及工件的相对位置对深坡口窄间隙TIG焊焊缝成形、表面质量的影响研究,确定了获得优质焊缝上述位置的对应值,为正式的焊枪设计提供了宝贵的数据。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-26
  1.1 窄间隙焊接特点  12-13
  1.2 窄间隙焊接的应用范围  13-14
  1.3 窄间隙焊接的技术现状  14-23
    1.3.1 窄间隙GMAW 方法  15-19
    1.3.2 窄间隙SAW 方法  19-21
    1.3.3 窄间隙TIG 焊接方法  21-23
  1.4 窄间隙焊接研究发展方向  23-24
  1.5 本论文研究意义  24-25
  1.6 本论文研究内容  25-26
第二章窄间隙 TIG 焊枪设计理论基础  26-38
  2.1 TIG 焊接方法  26-27
    2.1.1 概述  26
    2.1.2 TIG 焊的工艺特点  26-27
    2.1.3 TIG 焊的应用范围  27
  2.2 TIG 焊接系统  27-30
    2.2.1 TIG 焊炬  27-28
    2.2.2 TIG 焊接电源  28-29
    2.2.3 TIG 焊供气系统  29-30
    2.2.4 TIG 焊供水系统  30
  2.3 窄间隙TIG 焊枪设计要求  30-31
  2.4 窄间隙TIG 焊枪设计原则  31-37
    2.4.1 材料选取原则  31-32
    2.4.2 水冷回路设计原则  32-35
    2.4.3 保护气路设计原则  35-36
    2.4.4 焊接回路设计原则  36-37
  2.5 本章小结  37-38
第三章窄间隙 TIG 焊枪研制  38-47
  3.1 窄间隙TIG 焊枪初步设计  38-42
    3.1.1 整体模型  38-39
    3.1.2 焊枪枪身  39
    3.1.3 水冷回路设计  39-40
    3.1.4 气体保护回路设计  40
    3.1.5 电流馈送回路设计  40-41
    3.1.6 钨极夹持装置  41-42
  3.2 窄间隙TIG 焊枪加工  42-43
  3.3 窄间隙TIG 焊枪性能实验  43-46
    3.3.1 实验平台  43
    3.3.2 焊接实验及结果分析  43-46
  3.4 本章小结  46-47
第四章窄间隙 TIG 焊枪结构优化设计  47-63
  4.1 试制焊枪的结构分析  47-49
  4.2 焊枪结构优化设计原则  49-50
    4.2.1 气保护优化设计  49-50
    4.2.2 水冷系统优化设计  50
    4.2.3 绝缘优化设计  50
    4.2.4 枪身位置要可调  50
    4.2.5 钨极夹持装置优化设计  50
    4.2.6 送丝装置调节功能  50
  4.3 优化后焊枪模型  50-55
    4.3.1 整体模型  50-52
    4.3.2 枪身设计  52-53
    4.3.3 气罩设计  53-54
    4.3.4 送丝装置  54-55
  4.4 优化后焊枪加工  55
    4.4.1 材料  55
    4.4.2 加工方法  55
    4.4.3 实物照片  55
  4.5 优化后焊枪焊接性能实验  55-59
    4.5.1 实验平台  56
    4.5.2 焊接实验  56-59
  4.6 焊枪结构参数分析  59-62
  4.7 本章小结  62-63
第五章窄间隙 TIG 焊枪温度场模拟  63-70
  5.1 焊枪模型简化  63
  5.2 水冷模型简化  63-65
    5.2.1 管道模型  63-64
    5.2.2 冷却水对流系数计算  64-65
  5.3 热源加载  65-67
    5.3.1 ANSYS 热源加载方法  65
    5.3.2 TIG 焊接热源处理  65-67
  5.4 计算分析  67-69
    5.4.1 边界条件  67
    5.4.2 ANSYS 模型  67-68
    5.4.3 温度结果及分析  68-69
  5.5 本章小结  69-70
第六章窄间隙 TIG 焊枪焊接实验  70-81
  6.1 平板堆焊实验  70-76
    6.1.1 焊接平台及试板准备  70
    6.1.2 焊接实验  70-75
    6.1.3 结果分析  75-76
  6.2 窄间隙焊接实验  76-80
    6.2.1 焊接平台及试板准备  76-77
    6.2.2 焊接实验  77-80
    6.2.3 结果分析  80
  6.3 本章小结  80-81
第七章结论  81-82
参考文献  82-85
致谢  85-86
攻读硕士学位期间已发表的论文  86-88

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