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机器人复合热源自动螺柱焊工艺研究及设备研制

作　者: 沈华
导　师: 王克鸿；张德库
学　校: 南京理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 螺柱焊复合热源工艺研究延迟裂纹自动焊
分类号: TG453.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 44次
引　用: 2次
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内容摘要

本文针对高强高硬中碳调质钢与大直径螺柱焊接的应用需要,研究采用感应加热／电弧螺柱焊这一焊接方法,开展了复合热源焊接方法、焊接工艺参数、焊接接头力学性能、微观组织等研究工作,充分优化焊接方法,获得实际焊接条件下的最佳工艺参数规范窗口,保证接头强度系数大于0.95。同时为满足现代工业生产高效化、自动化、智能化的发展趋势,研究开发全位置、各种焊接条件下自动送料、焊枪更换、陶瓷环夹持等相应焊接设备,编制程序,实现复合热源螺柱焊高效自动焊接。针对大直径实心螺柱焊接传统手工电弧焊、半自动气体保护焊等方法对焊接过程的严格要求以及焊接效率的低下,为满足现代工业高效智能自动焊接发展趋势,开展机器人自动焊接设备、控制接口、操作程序等研究,实现复合热源螺柱焊自动送料、焊枪更换、陶瓷环夹持等自动化,有效提升焊接效率。针对传统车体炮塔等内表面大量实心螺柱因采用手工电弧焊、半自动气体保护焊等落后焊接方法而伴随出现未熔合、气孔、夹杂等焊接缺陷,采用感应加热与电弧螺柱焊相复合的焊接方法,开展(?)16、22、27mm直径螺柱与30、45、80mm厚度高强高硬中碳调质钢焊接工艺研究,试验表明：在合适的焊接工艺规范窗口下,焊接过程稳定,焊后形成完美的具有外部强化作用的环形凸台,焊接接头强度系数大于0.95；接头微观组织研究表明,螺柱前端与母材表面加热熔化均匀,焊缝没有气孔、夹杂、未熔合、裂纹等缺陷,焊缝组织为马氏体与贝氏体,高强高硬中碳调质钢母材侧焊接热影响区组织为板条马氏体,未出现裂纹。针对实际焊接条件下存在的非对称结构以及高拘束状态条件下大直径螺柱与高强高硬中碳调质钢的焊接接头易出现延迟裂纹的现象,开展厚大构件冷裂模拟试验、焊接工艺试验、焊接接头残余应力分析、焊接接头焊缝组织含氢量分析等研究工作,分析表明高强高硬中碳调质钢自身高碳当量、高淬硬倾向、焊接接头含氢量以及焊接接头所处的拘束状态是高强高硬中碳调质钢焊接过程中出现延迟裂纹的主要原因,试验采用感应加热与螺柱电弧相复合的方式,能有效降低焊接接头残余应力、焊接接头含氢量,试验中试样为出现延迟裂纹。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
1 序言  10-22
  1.1 选题意义及研究内容  10-12
  1.2 螺柱焊技术的分类及特点  12-15
    1.2.1 螺柱焊技术的分类  12-14
    1.2.2 螺柱焊技术的特点及应用  14-15
  1.3 国内外螺柱焊技术发展现状及趋势  15-17
    1.3.1 螺柱焊技术发展现状  15-16
    1.3.2 螺柱焊技术发展趋势  16-17
  1.4 国内外螺柱焊机器人系统发展现状  17-21
  1.5 本章小结  21-22
2 机器人复合热源自动螺柱焊工艺方法设计及试验装备优化  22-30
  2.1 中碳调质钢厚大构件与中大直径螺柱焊接难点  22-23
  2.2 中碳调质钢厚大构件与中大直径螺柱焊设计思路  23
  2.3 机器人复合热源自动螺柱焊装备组成  23-24
  2.4 机器人复合热源自动螺柱焊装备优化  24-29
    2.4.1 机器人系统  24-25
    2.4.2 螺柱焊电源及焊枪  25-26
    2.4.3 感应加热系统  26-29
  2.5 本章小结  29-30
3 中大直径螺柱复合热源机器人自动焊接工艺试验及力学性能分析  30-52
  3.1 中大直径实心螺柱复合热源机器人自动焊试验条件  30-32
  3.2 中大直径实心螺柱复合热源机器人自动焊接工艺试验  32-50
    3.2.1 (?)16mm直径实心螺柱各系列板厚机器人自动焊接工艺试验  32-39
    3.2.2 (?)22mm直径实心螺柱各系列板厚机器人自动焊接工艺试验  39-45
    3.2.3 (?)27mm直径实心螺柱各系列板厚机器人自动焊接工艺试验  45-50
  3.3 本章小结  50-52
4 中大直径螺柱复合热源机器人自动螺柱焊接接头微观组织性能检测与分析  52-67
  4.1 焊接电流对接头质量的影响  52-55
  4.2 预热温度对接头质量的影响  55-59
  4.3 板厚对接头质量的影响  59-63
  4.4 螺柱直径对焊接质量的影响  63-66
  4.5 本章小结  66-67
5 附座螺柱焊与机器人复合热源螺柱焊模拟箱体构件冷裂对比试验  67-79
  5.1 中碳调质钢模拟箱体构件螺柱焊焊接应力与冷裂纹分析  67-68
  5.2 箱体模拟构件螺柱焊冷裂纹模拟试验  68-71
    5.2.1 箱体模拟构件螺柱焊冷裂纹模拟试验设计思路  68-69
    5.2.2 箱体模拟构件螺柱焊冷裂纹模拟试验  69-71
  5.3 箱体模拟构件冷裂对比试验研究  71-78
    5.3.1 焊接接头残余应力测量试验  71-73
    5.3.2 焊接接头含氢量测定  73-74
    5.3.3 焊接接头宏观、微观对比分析  74-78
  5.4 本章小结  78-79
结论  79-80
致谢  80-81
参考文献  81-84

机器人复合热源自动螺柱焊工艺研究及设备研制

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