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1、硕士论文附座复合热源焊接方法与 原理试验样机的研究Ab 8 t I a C tT 七 em 阴ual wel d i n gandsem i 一 a u t o m at i cg aS shie l d e dwel d i n gP r o c e s se sofb o th h ea叮w 0 r k p i e ces an d s m a l 1 r o t at i o nal a ttac h e d s t u d s i s 1 n e ffic i e nt B e s i d e s ， it re su l tsin m 即 y wel d defe c tsand P
2、 o orq uality， w hi chre st ri ctthe m i l i t a 叮h e a v y v e h i c l e s tod e v e l o ptow 田 月 s th e P r o ces s o f m o d e rn i zal l o n ， a u t o m atizat 1 o n and i n t e l I 1 g e n t i zat i onT 七 i s p a P e r isb asedonth e a 加 aC h eds t u d l n d u c 记阴d arc h eat h y b ri dso u r c
3、 e wel di ng t e c hoi q u e s ， whi ch weldthe r o ta ry . a ttac h e ds to d son the h e a v ye x t e rn a I andi ni e m a 1s u ri 触 c e so fhi g h . s t r e n gth s 把 e lP l ate o f t h ehea v ym i l 1 t a r yv ehi c l e s . o nt he b as i so f e x pen m e n ta 1 re s e a rc ho ns tu dwel d i n g
4、andh y b ri dh e ats o urces t u dwel d i n gP r o c e ss ， itg i v e s ani n- dePth anal y s i s o f stud we1 d i n g e q ul P m e ni ， 叨d b ri n g s fo p 胃 ar d t w o k l n d s o f s t u d wel d i n g to 代 h s t ru c to r e s and th e o v e rail P r o gr aJ .o f the e x pen m e n t a 1 P r o t o 1
5、 y pew h i chc anbe a d a P t ed i n n e wt e c hniq u e s . I t a l s odev e l o P s a wel d i ng 柏 r c hw h i c hi s s ul tful fo r the w e l d i ng o f l 田 名 e 一 d i aj m e t e r at ta c h ed s t u d s ， 明 dc o n d u c t s the corres pon d in gte s t fo r th e 介 出 i b i l i tyo f the t eC hoo l o
6、 邵 B as ed on this t e st ， t h i s p a p e r p ut s fo rwa r dfo u r k i nds o f h y b ri d heatso urce s to d w e 】 d i ngto rc h s trUc t u r e s ， desi ，s a n d d evel o P s two k ln d s o f th eln， 助d atthe s 田 m eti me comP1 etes th e re fitofthe P ri n c i p lee x pen m e n ta l P r o t o ty
7、peofh 沙ridh e a t so u r c e a ti a c h e ds tu d s . T b e hi gh一 s tr e n gt hand thicksteel s and t h e 巾16a n d巾 19Inm s t u d s 毗 u s e dinthe e x pen m ent， 助d阮 re sults sh o wt h a t homem adeg u ne nj oys ac O m P 叭 即drati o n a l st rU c t u r e ， whi ch ise aS ytouse andh asgoed performanc
8、e. T 七 C 山 即代 t i cal te st P r o to ty P e h aSa re as onables t 厂 u c t u r e ，a n d m eets the dem and ofhybrid h e at te st . T h e h y b ri d heats t u d we1 d i n g g u n stin nee dstobe九 rt h e r l m P ro v e d K 即w o r d s : a tt a c hed s t u d s ，a n n ored v e h i c l e ，stud wel d i n g
9、，h y b ri d heats o urce声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人己经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均己 在论文中作了明确的说明。研 究 生 签 名 : . 执。 富， 司年7 月/7日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容， 可以向 有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定
10、和程序处理。研究生签名二 一 板竺 主一知 7 年7 月1 7 日硕 卜 论文附座复合热源焊接方法与 原理试验样机的研究1绪论1 . 1前言“ 附座” 是一种焊在车体炮塔内表面的以螺柱型为主的， 用于安装控制系统、 操 纵系统、 仪器仪表的零件。目 前国内附座的连接方式还是手工电弧焊， 而螺柱焊技术 已 广泛应用于机械、电子、建筑、汽车、造船、锅炉、航天、仪表、家用电器、厨房设备、 空调、 医疗器械等行业中需要螺柱连接的地方。 则附座的连接采用螺柱焊技术或以螺柱焊为基础的复合技术有广阔的发展前景。1 . 2螺柱焊的发展状况及其特点1 . 2 . 1螺柱焊的原理及特点螺柱焊是将金属螺柱或其它类似
11、的紧固件焊至工件的方法. 原则上说螺柱焊与手工电弧焊十分相似，只不过这里的螺柱既是被焊材料之一，同时又是无药皮的焊条。螺柱焊时， 螺柱被夹持在焊接的夹持器内， 操作者将焊枪支撑脚 ( 或夹套) 定位，螺柱作用在工件上。 当操作者按压焊枪启动按钮时， 焊枪中的磁力提升机构使螺柱上升引弧， 这样导致螺柱面和工件熔化。 当磁力提升机构的电磁铁释放时压缩弹簧加压 使螺柱浸入熔池。 并将液态金属部分挤出接头之外， 从而形成再结晶和重结晶混合接 头。当 熄弧后， 仍保持几毫秒短路电流形成加压顶锻。 所以， 这种焊接方法归属于电弧焊特殊焊接方法。螺柱焊接主要有储能式和拉弧式两种焊接方式。 在这两大类螺柱焊接
12、方法中， 电 容储能式属于不稳定的瞬时电弧过程， 电弧螺柱焊是持续稳定的电弧过程。 因此， 前 者可控性较差， 较难实现自 动化焊接， 而自 动化螺柱焊接的概念是指带自 动送料系统与多枪单元。所以提到螺柱焊接自 动化大部分是指电弧螺柱焊。螺柱焊应用的特点:( 1) 非常节省时间和成本， 所有螺柱焊的机构不用钻孔、 冲轧、 无螺纹、 铆接、拧螺纹和精整等。( 2 ) 不断扩展机构设计应用的 潜力在螺柱焊时其焊接过程是短时间、 大电 流和较小的熔深。 因此， 可以 焊接到很薄 的板材上。 对于使用陶瓷环拉弧螺柱焊和短周期拉弧螺柱焊的板厚可以到1 ，。电容 放电拉弧螺柱焊可以到0 . 6 咖，而电容
13、放电尖端引燃螺柱焊可以到0 . 5 咖。螺柱焊的工件必须是从一侧焊接。 能在全位置焊接， 借助于扩展器可以焊接到受限制的垂直隔板上.由于是短时间焊接且焊接后很少变形， 不需要修整。因为焊接的机构不需要钻 孔， 不会造成机构泄漏。 螺柱焊的接头可以达到高强度。 在镀层或高合金板材焊接后，背面没有印痕。l硕士论文附座复合热源焊接方法与 原理试验样机的研究( 3 )良 好的经济性螺柱焊相对于其它焊接方法的优点， 在于焊接效率上. 对于批量生产的工件， 在短的焊接时间( 3 一980ms)内可以达到8 一40 个/ m in ( 根据不同直径螺柱和不同焊接功率) 。而自 动送料螺柱焊机可以达到60 个
14、/ min 。标准的螺柱是低成本。螺柱焊设 备和焊枪只有多种类型， 设备的购置费用相对较低。 根据产品可以制成多工位自 动焊 机，或高精度龙门式数控自 动焊机。螺柱焊具有较高的质量再现率和较小的废品率。但是， 螺柱焊在应用中要注意的是: 螺柱焊也和其它熔化焊一样， 对钢中的含碳量都有限制对于结构钢螺柱， 含碳量w ( C)应在0 . 18%以内; 而母材的含碳量w(c) 应在0 . 2 %以内” ， 。1 . 2 . 2国内外螺柱焊技术及螺柱焊设备的发展及研究应用现状1 . 2 . 2 . 1国外螺柱焊接技术的发展阶段与动向国外螺柱焊的发展大体划分为三个阶段。第一阶段是20 世纪 40 年代后
15、期到70 年代中期，是螺柱焊接技术发生与发展成为一种成熟的焊接工艺阶段. 从 1 9 4 7 年到 1974年大部分文献报导的是螺柱焊在工程上的应用及简单的产品介绍，70年代中期美国、 德国及前苏联相继集中发表了讨论螺柱焊机控制原理及规范参数对接头质量影响的文章，标志了螺柱焊接工艺的成熟。这一阶段的特征是:( 1)电弧螺柱焊接方法( 陶瓷环保护式及焊剂或气体保护式电弧螺柱焊) 广泛应用于直径 。3 一。30。 的螺柱， 在中厚板工件上施焊， 在造船、 冶金炉窑及建筑工业等行业得到了广泛应用。( 2)电 容放电式螺柱焊接方法稍迟后几年， 广泛应用在小直径螺柱( 中3 中6 咖) 同薄工件( 1
16、一3 nun) 的连接方面， 特别是不锈钢、 有色金属或涂层钢板的螺柱连接， 大部分用于容器及其它薄壁机构上，如电力工业、汽车制造及电子仪表等领域。( 3)这两种螺柱焊都是手动焊接，即 人工在焊枪上装钉施焊。生产率低，每分钟只能焊10个左右。(4 ) 螺柱本身要求端部加工成圆锥形并涂有引弧剂( 电弧螺柱焊) 或加工出一个小凸台( 电容储能螺柱焊) ，所以成本也高。7 0年代中期到 8 0年代中期是国际上螺柱焊长足发展与技术水平发生跳跃的 10年。1 9 74 年美国 薄金属工业杂志以螺柱焊的设计思路为题指出了带自 动送料系 统与多枪单元是当前的发展方向。1 9 7 4年澳大利亚推出了带送料装置及多枪单元的螺柱焊接系统新产品， 正常焊接生产率可达每分钟35个钉， 一机可带2 12把焊枪。 随后螺柱焊的功能进一步完善，德国T U C K ER公司 及美国N E I S O N 公司于1 9 821 9 84 年间推出了具有手工、 半自 动及全自 动多种模式的短周期拉弧式螺柱焊机。 这一时期称作第二阶段， 其特征是螺柱焊接技术实现自 动化， 即带自 动送料系统及多枪单
