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當(dāng)進(jìn)行水下焊接作業(yè)時(shí)，焊接作業(yè)是靠潛水員焊工操作來完成，而單人水下攜帶的質(zhì)量受到限制，故在自我研發(fā)焊絲送絲系統(tǒng)時(shí)，在保證滿足水下焊接作業(yè)要求的同時(shí)，盡量減小送絲機(jī)的體積，降低送絲機(jī)的質(zhì)量，以便潛水員焊工水下攜帶。而送絲機(jī)大部分的體積和質(zhì)量都分?jǐn)傇诹撕附z盤及焊絲上，所以杭州那泰有限元分析公司采用小直徑焊絲盤。小焊絲盤的直徑小，曲率大，矯直困難。所以，如果盤繞在焊絲盤上的焊絲矯直質(zhì)量低，在送絲過程中，會(huì)造成焊絲與送絲管或?qū)щ娮斓墓鼙诎l(fā)生摩擦，會(huì)導(dǎo)致送絲不暢、送絲管堵塞、燒毀導(dǎo)電嘴等問題，從而影響焊接質(zhì)量。尤其是在水下環(huán)境焊接作業(yè)時(shí)，如果送絲不暢，更會(huì)浪費(fèi)寶貴的作業(yè)時(shí)間，增加作業(yè)成本。
焊絲矯直效果的好壞取決于矯直系統(tǒng)質(zhì)量的高低。當(dāng)前的矯直系統(tǒng)大多采用三輪矯直系統(tǒng)，利用三點(diǎn)彎曲的原理對(duì)焊絲進(jìn)行矯直。本矯直系統(tǒng)為了減小結(jié)構(gòu)體積，也采用三輪矯直系統(tǒng)。
三輪矯直系統(tǒng)中的輪1為下壓輪，可以在豎直方向上進(jìn)行調(diào)節(jié)，以獲取最佳矯直位置。但是，如果下壓量過大，反變形量過大，勢(shì)必造成矯直后的焊絲翹曲地厲害；下壓量不足，反變形過小，不能達(dá)到矯直的目的。輪3可以在橫向方向上移動(dòng)，如果輪3左移或者右移過大，也會(huì)影響矯直后焊絲的直線度。所以，三輪之間的距離成了焊絲矯直系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。本文利用MSC.Marc進(jìn)行焊絲矯直的有限元分析，對(duì)矯直后焊絲的形狀進(jìn)行了比較，得到了最佳的三矯直輪的輪心距。
在開始分析之前，需做以下說明：1）本送絲系統(tǒng)采用拉絲式送絲方式，焊絲經(jīng)過矯直輪時(shí)受到牽引拉力；2）焊絲矯直輪為自由轉(zhuǎn)動(dòng)輪，故與焊絲之間的摩擦力忽略不計(jì)。
本文使用焊絲盤的直徑為100mm，焊絲為直徑1.0mm的實(shí)心焊絲，矯直輪直徑為20mm。雖然焊絲緊緊地盤繞在焊絲盤上，但有一定的回彈量。當(dāng)開始送絲時(shí)，初始的一段就會(huì)回彈至較大的直徑。所以，在建模時(shí)，將焊絲回彈直徑設(shè)為120mm。 本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)，調(diào)節(jié)送絲機(jī)的送絲速度為60mm/s。焊絲及矯直輪幾何模型，本文選用的試驗(yàn)材料為API 5L X65，選用與之等強(qiáng)匹配的焊絲。
由于送絲機(jī)整體結(jié)構(gòu)大小的限制，三輪之間的距離不能過大。輪1的初始位置與輪2和輪3輪心連線的垂直距離為20mm，輪1在此位置基礎(chǔ)上進(jìn)行下壓。在每次完成分析后，輪1及輪3移動(dòng)過程中的輪心距變化。
從矯直后焊絲的形狀及矯直系統(tǒng)三輪位置關(guān)系圖看出，隨著a和b的變化，矯直焊絲的矯直質(zhì)量是不同的。矯直后的焊絲經(jīng)過導(dǎo)絲管導(dǎo)入送絲輪后，送至焊槍端，故以導(dǎo)絲管處焊絲的橫坐標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)直焊絲。將矯直后的焊絲節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)擬合，可觀察矯直后的焊絲形狀，并與導(dǎo)絲管處直焊絲形狀做比較。
從矯直結(jié)果可以看出，最接近直焊絲的為下壓量為0.2mm時(shí)的矯直焊絲，但是經(jīng)過擬合，發(fā)現(xiàn)并不是所有下壓量為0.2mm的矯直焊絲都為最接近直焊絲。通過對(duì)矯直后焊絲坐標(biāo)的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)矯直后焊絲坐標(biāo)與直焊絲坐標(biāo)之差的絕對(duì)值的和為最小時(shí)，矯直后焊絲的形狀最接近直焊絲的形狀。
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