增量型PID恒流恒压控制的Plasma-MIG复合电弧焊接

Plasma-MIG复合电弧焊接对电源的外特性输出及焊接过程控制有着很高的要求,以VC++软件开发工具为平台,推导了适合于Plasma-MIG复合电弧焊接的增量型PID控制算法,实现了对复合电弧焊接过程控制及电源外特性的要求.结果表明,增量型PID恒流恒压控制能够满足Plasma-MIG对电源外特性的输出要求.Plasma电弧和MIG电弧并不是相互独立的,两者以共享的电磁空间、导电气氛和焊丝为媒介建立起耦合关系.Plasma-MIG复合电弧焊接过程中,增量型PID控制下的Plasma电弧能够自发的调节自身电参数,来稳定电弧空间的电流密度,使得焊接过程中无飞溅.采用控制后,Plasma-MIG复合电弧焊焊接过程焊缝铺展好,焊接过程稳定,焊缝成形好.     

基于弧压负反馈的变速送丝系统

由于CO2焊短路过渡飞溅严重,常采用波形控制的方式来减小飞溅,但由于此方式采用分段恒流控制,燃弧期间对弧压的变化比较敏感,特别是弧长突变或下坡焊时经常导致熄弧,为此,本文提出了弧压负反馈变速送丝系统来解决弧长稳定性不良问题。该系统采用双闭环双模糊PI控制,外环采用电弧电压负反馈控制,内环采用电枢感应电压负反馈控制,外环弧压负反馈调节的输出量作为内环感应电压负反馈调节的输入量。下坡焊试验表明,该方法可使焊缝成形美观,飞溅减小,并在弧长变化时能维持弧长稳定,防止熄弧现象的发生,此外,焊缝还具有恒熔深和恒熔宽的效果。     

CO_2气体保护焊电弧稳定性评价指标研究

本试验采用汉诺威焊接质量分析仪对电弧电压和焊接电流信号进行采集,并自动生成电压电流波形图、电弧电压和焊接电流的概率密度分布图(PDD图)及短路时间、燃弧时间、加权燃弧时间、短路周期的频次分布图(CFD图),并分析电弧过程的电特性,找到熔滴过渡以及焊缝成形的主要影响因素。结果表明:电弧电压和电流对短路过渡有明显影响。电弧电压影响电弧稳定性、飞溅大小、焊缝熔宽等。电压偏低,过渡过程不稳定,飞溅较大;电压偏高,将会出现混合过渡;当电弧电压在18V时,电弧稳定性较好。焊接电流影响焊丝熔化速度、过渡频率、飞溅大小、焊缝质量等。电流偏低,出现断弧现象,焊缝成形差;电流过高,飞溅大,电弧不稳定,出现无效短路;焊接电流在160 A左右焊接电弧较稳定,飞溅少,焊缝成形好。     

斜特性式脉冲CO2焊电源自适应控制方法

在脉冲CO2焊设备采用恒流控制电流波形时,其外特性也就变为恒流特性,这样就需要在恒流闭环控制CO2焊脉冲电流波形的基础上采用相应措施,来保证CO2焊电源具有足够的电弧电压自动调节性能.从电弧能量控制的角度,研究了通过控制CO2焊燃弧过程峰值电流时间的途径来闭环自动调节脉冲CO2焊电弧电压的斜特性式控制方法;提出了以脉冲式CO2焊逆变电源外特性斜率为判据的控制算法,使脉冲CO2焊电源输出外特性斜率可调.结果表明,斜特性脉冲CO2焊电源能在焊接过程中自适应调节电弧电压,并可通过改变电源外特性斜率来定量调节电源对弧长的自动调节强度.     

TIG-MIG复合焊电弧特性机理分析

采用TIG-MIG复合焊电弧改善传统单一TIG及MIG焊的不足.基于PID闭环控制,实现恒流恒压外特性输出,从而实现TIG-MIG电弧复合.研究了复合电弧的电弧特性、熔滴过渡形式及不同极性接法对焊缝的影响.结果表明,TIG焊电弧对MIG焊电弧具有良好的维弧作用.TIG-MIG焊电弧复合熔滴过渡过程,TIG焊电弧稳定燃烧,为了保持最小的能量消耗而作用于熔滴上,对熔滴具有加热作用.直流反接具有良好的阴极雾化清理作用.TIG-MIG焊电弧复合能够有效降低焊接飞溅,促进焊缝铺展及成形,实现高效化、优质化的焊接.     

等速送丝-恒流MIG焊电源的研制及工艺试验

在铝熔化极氩弧焊电弧稳定性研究的基础上,本文对亚射流电弧所具有的“固有自调节作用”的调节灵敏度同外观弧长的关系进行了探讨。研究了“等速送丝—恒流MIG 焊电源”调节系统的技术关键和解决办法,给出了引弧短路补偿器一元化调节理论方程、最佳规范调节曲线和系统的传递函数。研制成功一种恒流带短路补偿的一元化调节可控硅MIG 焊机。通过该机的工艺试验,并与平特性、缓降特性电源进行焊接对比,充分肯定了这种新型调节系统用于焊接铝及其合金的优点。     

逆变CO2气体保护焊机动特性及控制

本文介绍了逆变C2气体保护焊机的电源动特性指标,分析了动特性指标对飞溅的影响.在不同电压、电流参数下进行焊接,测量焊接电压、电流波形,并收集了各种规范下的飞溅,分析了短路电流上升速度di/dt、短路电流峰值,Im、短路到燃弧电源电压恢复速度对飞溅的影响,实验表明短路峰值电流、电压恢复速度对飞溅有一定的影响;随着焊接电流的增大,短路电流上升率的减少,飞溅量显著上升;并指出瞬时短路是造成飞溅的重要原因,并论述通过调节电子电抗器电感可以获得各种规范下所需的电感值,从而使逆变C2气体保护焊机具有良好的电源动特性,以减少C2焊接飞溅.     

SACTIG与VPTIG电弧稳定性的比较分析(一)

采用高速录像系统、焊接电弧分析仪同步实时采集SACTIG（sine alternative current TIG）与VVFIG（variable polarity TIG）焊接电流、电弧电压、电弧形态信息。比较分析了SACTIG与VPTIG焊在焊接电流过零期间,焊接电弧稳定性与相关参数之间的关系。研究表明,工频正弦交流TIG电弧电流过零期问可能会发生熄弧和再引弧现象。焊接电流增加到一定值时,就可消除熄弧和再引弧现象,使工频正弦交流TIG电弧也具有良好的电弧稳定性。再引弧电压越高,电弧稳定性越差;再引弧电压等于电弧电压,就不会发生熄弧和再引弧现象。     

变极性TIG焊电弧燃烧稳定性与恒占空比控制

电流换向的快速性和稳定性是影响变极性TIG焊接电弧燃烧稳定性的关键因素，尤其是在小电流变极性TIG焊时，极易出现熄弧和电弧燃烧不稳定问题. 对电流换向期间的电压/电流波形深入分析发现，一次逆变采用基于PID的电流反馈控制获得恒流输出时，在电流换向结束后易产生焊接电流回调现象，小电流焊接时甚至降至零，从而导致电弧熄灭，这与PID控制中的di/dt项密切相关. 提出了一次逆变在电流换向期间采用恒占空比控制新方法. 结果表明，该方法可有效提高换向电流的响应速度，防止换向后的电流回调或超调，增强了变极性电流换向过程的稳定性.     

具有时变输出特性的CO2弧焊电源控制系统

建立了单片机控制的ＩＧＢＴ逆变弧焊电源系统，能够根据电弧的状态实时调整其外特性，满足焊接工艺要求。用于ＣＯ２焊接过程的控制，成功地减少了燃弧过程中的瞬时短路次数，降低了飞溅率，并提高燃弧功率，改善了焊缝成形。该方法对焊接过程中弧长的扰动具有较强的适应性，尤其适于半自动焊接过程。     

A method of tuning PID parameters for P-GMAW based on physical experiments

To improve welding quality,a method of proportional-integral-differential (PID)parameters tuning based on pulsed gas metal arc welding (P-GMAW)control was put forward.Aiming at the request of dynamic responsiveness of PGMA W constant current control,a self-developed welding waveform wavelet analyzer was employed.By tuning the proportional parameter,integration time and differential time in sequence,the optimal PID parameters could be achieved.The results showed that,due to the PID parameters tuned by this method,the welding process was stable and the weld bead appearance was nice.The requirement of dynamic responsiveness of P-GMAW constant current control was fully met.     

自适应恒频短路过渡焊接过程的控制系统

短路过渡焊接时，熔滴过渡频率通常被作为评价焊接过程稳定性及焊接质量的重要指标。本文首先根据短路阶段电源输出电阻的变化曲线，确定了有利于消除瞬时短路及提高熔滴过渡规则性的短路过渡焊接控制电流波形。其次鉴于干伸长电阻热对过渡频率的影响，提出了通过短路过渡中期电源输出阻抗实时检测焊丝干伸长，采用干伸长变化前馈补偿干伸长电阻热对过渡频率影响的方法。最后利用ＭＣ６８ＨＣ１１Ａ１单片机建立了焊丝干伸长变化前馈     

GMAW短路过渡过程的二次引弧现象

传统的短路过渡过程一般认为整个过程只存在一次引弧. 但是文中通过对GMAW短路过渡的高速摄像照片进行观察发现了一个新现象——即短路过渡过程并不是一次引弧完成的,而是存在二次引弧现象. 结果表明,当熔滴颈缩断裂的瞬间,焊丝端部与脱落熔滴尾部之间存在一定浓度的高温金属蒸气,会发生一次短暂的电弧燃烧过程. 此电弧随着脱落熔滴逐渐没入焊接熔池而消失. 随后会以保护气体作为介质进行下一次引弧(二次引弧),此次引弧也是传统短路过程的引弧阶段. 由电流波形可知,在熔滴颈缩附近存在两次短路电流波形,一次波形为传统的短路峰值电流,二次波形则是由于金属蒸气短暂引弧造成的.     

CO2弧焊电流波形的多参数自寻优智能控制

研究并提出了一种CO2气体保护焊电流波形的多参数自寻优智能控制法,电流波形的模糊寻优计及弧焊过程特征参数的综合影响,并在表征短路过渡综合性能的特征综合值作为弧焊过程定量评价和目标实时寻优的函数。在波控参数基值的基础上,基于综合性能寻优过程采用三级模糊调节算法,对电流波形参数分步调节寻优。该法实际上将双输入三输出式的波控参数模糊控制系统化为多路,开关性的双输入单输出式的模糊控制,通过短路及燃弧初始阶段的电流波形控制参数的模糊自寻优,逐步使波控参数和焊接规范参数达到和谐匹配,以实现焊接过程熔滴的稳定可控过渡,改善焊接过程的综合性能。     

自保护药芯焊丝全位置焊接电弧稳定性分析与评价

采用高速摄像仪和汉诺威弧焊质量分析仪对三种市售X70管线用自保护药芯焊丝全位置焊接的熔滴过渡及电弧稳定性进行观察分析.结果表明,全位置焊接电弧稳定性为1号焊丝最好,3号居中,2号最差;电流变异系数比标准差更能准确地反映电弧稳定性;单凭平均短路时间不能作为判定电弧稳定性的依据,必须结合短路时间频次分布图才有意义;短路过渡时电弧电压概率密度分布为双驼峰形状,双驼峰处曲线的概率密度分布及整条曲线的收敛情况可作为评定电弧稳定性的重要参考依据.     

焊接电弧图像的边缘检测及其批处理算法

借助高速摄像捕捉不同时刻的焊接电弧图像,通过图像处理识别其边缘并提取其特征参数,可以实现对电弧燃烧和焊接过程稳定性的量化评价. 在分析电弧图像灰度特征的基础上,基于传统图像处理和形态学图像处理,提出了电弧图像边缘辨识的2种简化算法,并从程序运行时间和边缘检测精度两方面,对比了传统图像处理的Sobel边缘检测算法与形态学边缘检测算法的优劣. 选取传统图像处理简化算法构建了图像批处理程序,通过在原始电弧图像中添加随机高斯噪声和对TIG-MIG复合电弧图像边缘的准确识别来检验程序的性能. 结果表明,所构建的图像批处理程序有良好抗干扰能力和适用性.     

弧焊逆变电源动态性能的提高及其对短路过渡焊接过程的影响

采用可饱和输出电感大幅度提高了弧焊逆变电源的动态性能。在此基础上,研究了电源动态特性对ＣＯ２短路过渡焊接过程的影响规律。研究结果表明,增大短路后期电流的下降速度可以有效地减小焊接飞溅,而提高短路中期电流上升速度则有利于短路过渡焊接过程的规则性与稳定性。     

An analysis of the dynamic resistance and the instantaneous energy of the CO2 arc welding process

A self-developed welding dynamic arc wavelet analyzer was adopted to analyze and assess the welding process of two CO2 arc welding machines. The experimental results indicate that the instantaneous energy can reflect the influence of the welding current and voltage on dynamic arc characteristic synthetically. Through calculating and analyzing the instantaneous energy, the energy during arc ignition and short circuit in CO2 welding process can be confirmed rationally, thus the foundation for the accurate design and control of the welding current and voltage can be provided. By reducing the ripple disturbance of the dynamic resistance, avoiding peak current and voltage waveform,and enhancing the transition frequency of short circuit suitably, the stability of the welding arc and the weld appearance can be improved.     

Effect of welding speed and electrode extension on the approximate entropy of welding current in short-circuiting GMAW

Based on the phase space reconstruction of welding current in short-circuiting transfer arc welding under carbon dioxide, the approximate entropy of welding current and its standard deviation have been calculated and analyzed at different welding speeds and different electrode extensions respectively. The experimental and calculated results show that at a certain arc voltage, wire feeding rate and gas flow rate, welding speed and electrode extension have significant effects not only on the approximate entropy of welding current, but also on the stability of welding process. Further analysis proves that when the welding speed and electrode extension are in an appropriate range respectively, the welding current approximate entropy attains maximum and its standard deviation minimum. Just under such circumstances, the welding process is in the most stable state.