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當進行水下焊接作業(yè)時，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量受到限制，故在自我研發(fā)焊絲送絲系統(tǒng)時，在保證滿足水下焊接作業(yè)要求的同時，盡量減小送絲機的體積，降低送絲機的質量，以便潛水員焊工水下攜帶。而送絲機大部分的體積和質量都分攤在了焊絲盤及焊絲上，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量低，在送絲過程中，會造成焊絲與送絲管或導電嘴的管壁發(fā)生摩擦，會導致送絲不暢、送絲管堵塞、燒毀導電嘴等問題，從而影響焊接質量。尤其是在水下環(huán)境焊接作業(yè)時，如果送絲不暢，更會浪費寶貴的作業(yè)時間，增加作業(yè)成本。
焊絲矯直效果的好壞取決于矯直系統(tǒng)質量的高低。當前的矯直系統(tǒng)大多采用三輪矯直系統(tǒng)，利用三點彎曲的原理對焊絲進行矯直。本矯直系統(tǒng)為了減小結構體積，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行調節(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，不能達到矯直的目的。輪3可以在橫向方向上移動，如果輪3左移或者右移過大，也會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)設計的難點之一。本文利用MSC.Marc進行焊絲矯直的有限元分析，對矯直后焊絲的形狀進行了比較，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，焊絲經過矯直輪時受到牽引拉力；2）焊絲矯直輪為自由轉動輪，故與焊絲之間的摩擦力忽略不計。
本文使用焊絲盤的直徑為100mm，焊絲為直徑1.0mm的實心焊絲，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。當開始送絲時，初始的一段就會回彈至較大的直徑。所以，在建模時，將焊絲回彈直徑設為120mm。 本文根據(jù)現(xiàn)場的經驗，調節(jié)送絲機的送絲速度為60mm/s。焊絲及矯直輪幾何模型，本文選用的試驗材料為API 5L X65，選用與之等強匹配的焊絲。
由于送絲機整體結構大小的限制，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在此位置基礎上進行下壓。在每次完成分析后，輪1及輪3移動過程中的輪心距變化。
從矯直后焊絲的形狀及矯直系統(tǒng)三輪位置關系圖看出，隨著a和b的變化，矯直焊絲的矯直質量是不同的。矯直后的焊絲經過導絲管導入送絲輪后，送至焊槍端，故以導絲管處焊絲的橫坐標為標準直焊絲。將矯直后的焊絲節(jié)點的坐標擬合，可觀察矯直后的焊絲形狀，并與導絲管處直焊絲形狀做比較。
從矯直結果可以看出，最接近直焊絲的為下壓量為0.2mm時的矯直焊絲，但是經過擬合，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。通過對矯直后焊絲坐標的對比分析，發(fā)現(xiàn)當矯直后焊絲坐標與直焊絲坐標之差的絕對值的和為最小時，矯直后焊絲的形狀最接近直焊絲的形狀。
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