【摘 要】
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水下药芯割丝电弧切割方法作为一种高效、安全、综合成本低的热切割方法,在海洋和船舶工程建设和维护等方面具有很好的应用前景。由于该方法切割过程中割丝会伸入工件内部,且割丝反应产生的气泡及浑浊物会影响水光的波动,使得该方法的切割过程难以观察,其水下切割机理并不够明确。因此本文的工作是采用高速摄像方法明确该方法的切割机理,并对其切割过程进行分析。为使高速摄像能够观测切割区域状况,加工了Q235窄条工件,以
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水下药芯割丝电弧切割方法作为一种高效、安全、综合成本低的热切割方法,在海洋和船舶工程建设和维护等方面具有很好的应用前景。由于该方法切割过程中割丝会伸入工件内部,且割丝反应产生的气泡及浑浊物会影响水光的波动,使得该方法的切割过程难以观察,其水下切割机理并不够明确。因此本文的工作是采用高速摄像方法明确该方法的切割机理,并对其切割过程进行分析。为使高速摄像能够观测切割区域状况,加工了Q235窄条工件,以使切割区域的金属在切割过程中被排除;为克服水下切割时割丝产生的气泡波动影响观测,在窄工件两侧加上耐高温玻璃,构成一个三明治结构,因此光线可透过三明治结构进入相机。三明治结构两侧的玻璃高度高于工件,工件在切割过程中反应物的运动可被两侧玻璃拘束,避免气泡及浑浊物横向逸出影响观测。结合三明治结构和“电弧传感-高速摄像”同步采集系统对切割过程中的电流、电压和割口区图像进行采集和分析。结果表明:观测系统可获得切割区域清晰的图像;该切割方法的引弧方式为接触式引弧,熔滴过渡以细滴过渡为主。切割过程主要分为两个阶段:第一阶段时,割丝会伸入工件内部自上而下穿孔切割,因电弧力没有等离子力强,不能直接割穿工件,靠电弧的挖掘作用割穿工件;第二阶段在第一阶段后,如果割丝端部处于工件下部后,电弧在割口前沿正常燃弧可实现其切割区域切换,或电弧在工件底部熄弧后割丝侧面与工件割口前沿短路接触实现燃弧,完成电弧区域切换,切割过程继续。电弧切换区域位置与割口形貌有关,如果电弧在工件下侧切换时熄弧,工件下侧易形成挂渣或者搭桥。为进一步研究水下切割机理,研究了切割电流和电弧电压对切割过程的影响。研究结果表明在电流增加的状态下,割丝深入工件的深度会增加,整个切割过程熄弧时间会增加;在电弧电压改变的情况下,当电弧电压较低时状态,割丝端部位置随切割过程的进行而改变,电弧长度较小;当在较大电弧电压下,割丝端部主要在工件上侧,电弧长度大,切割范围广。本文进行水下电弧切割过程的分析,对实现自动化和高效切割有促进作用。
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