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.     

CO2气保焊表面张力过渡的建模及仿真

表面张力过渡(也称STT)是CO2气保焊中一种极低飞溅的过渡形式，它是基于熔滴过渡理论和电子化的焊接电源基础上发展起来的。该技术已应用于西气东输的管线打底焊接。作者在对CO2气保焊表面张力过渡理论研究的基础上，利用Matlab软件建立了电源-电弧非线性系统模型，和电流型逆变器系统模型，对表面张力过渡过程中的燃弧、短路等各个阶段进行了仿真，研究了燃弧阶段熔滴长大对弧长的影响，液桥分断阶段输出电感对电流下降率的影响。研究表明液桥分断时，输出电感的大小是控制飞溅量的关键条件。将仿真波形与实际波形相比较，二者基本吻合。     

CO2焊接逆变电源-电弧系统的仿真

由于短路过渡CO2焊接电弧负载的非线性与时变性的特点，CO2焊接电源-电弧系统的研究与设计有其固有的难点。作者采用在控制领域最具影响的MATLAB软件，在对CO2焊接电弧建模、逆变电源-电弧系统建模的基础上，仿真了波形控制CO2焊接逆变电源-电弧系统的动态过程，并且在模拟示波器上输出了CO2焊接电弧的几个典型参数的动态波形。通过计算机仿真，提出了CO2焊接过程平衡长度的概念，揭示了焊接过程平衡长度的物理过程，CO2焊接过程平衡长度的变化范围必须是大于零、最大值是几毫米(具体值与焊接参数有关)的数量程度。给出了波形控制CO2焊接逆变电源-电弧系统的控制结构，通过仿真可以看出短路过渡CO2焊接逆变电源控制参数对系统的影响规律，辅助优化设计系统。     

高速短路过渡气体保护焊控制及工艺

在数字控制绝缘栅极晶体管逆变电源平台基础上,研究了短路过渡高速焊接工艺的参数匹配和波形控制规律.在焊接电流相同的条件下,随着焊接速度提高,最佳匹配电压逐渐降低.且硬特性的电弧可以在较低的电弧电压下具有良好的稳定性,适合高速焊接工艺.研究了燃弧电压下降速度和焊接热输入以及电弧稳定性之间的关系,降低燃弧电压下降速度可以提高焊接电弧能量,但应当使电弧电压调节到稳定值所需的时间略小于该工艺参数下的燃弧平均时间.结果表明,当焊接速度为1.5m/min时,焊缝外观美观,熔透均匀,符合集装箱侧板对接焊的质量要求.     

熔焊设备

20093177斜特性式脉冲CO2焊电源自适应控制方法/蒋力培…//焊接学报.-2009,30(2):1~4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。图6参520093178新型变极性焊接电源二次逆变电路及其控制技术/陈杰…//焊接学报.-2009,30(2):29~33提出了一种用于变极性焊接电源的新型半桥式二次逆变电路拓扑,它由续流耦合电感、IGBT半桥电路及其RC缓冲电路组成。该电路既能确保在极性切换过程中获得快速的焊接电流换向速度,又能够通过硬件电路本身提供足够高的再燃弧电压,用以在焊接电流过零瞬间重新引燃电弧。针对新型...     

熔焊设备

20093177斜特性式脉冲CO2焊电源自适应控制方法/蒋力培…//焊接学报.-2009,30(2):1~4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。图6参520093178新型变极性焊接电源二次逆变电路及其控制技术/陈杰…//焊接学报.-2009,30(2):29~33提出了一种用于变极性焊接电源的新型半桥式二次逆变电路拓扑,它由续流耦合电感、IGBT半桥电路及其RC缓冲电路组成。该电路既能确保在极性切换过程中获得快速的焊接电流换向速度,又能够通过硬件电路本身提供足够高的再燃弧电压,用以在焊接电流过零瞬间重新引燃电弧。针对新型...     

短路过渡CO2焊电弧能量的检测与分析

为了分析短路过渡电弧的焊接过程和探讨电弧能量对焊接稳定性的影响,设计了短路过渡电弧电参数检测系统.采用该系统对两种波控条件下的短路过渡CO2焊的电弧电压和焊接电流进行检测,并采用Matlab软件对这两种电弧短路阶段和燃弧阶段的能量分布进行统计分析.结果表明:在短路过渡CO2焊过程中,短路阶段这两种波控电弧的能量都较小,能量控制影响飞溅和焊缝外观,而在燃弧阶段分阶段控制能量有利于提高焊接过程的稳定性,改善焊缝成形.     

专家模糊控制器在全桥逆变直流弧焊电源中的应用

弧焊逆变电源的控制对象是燃烧的电弧 ,而电弧由于受温度及弧长等因素的影响 ,具有非线性和不确定性 ,加上弧焊逆变电源始终工作在“空载—短路” ,“短路—空载” ,“负载—短路” ,“短路—负载”的工作状态中 ,这又造成了弧焊逆变电源结构参数的不确定性。因而 ,很难建立其严格的数学模型 ,也就很难用传统的基于数学模型的控制方法来达到预期的控制目的。另外 ,只有弧焊逆变电源的动特性合适 ,才能获得良好的引弧、燃弧和熔滴过渡状态 ,从而得到满意的焊接质量 ,这对采用短路过渡的熔化极电弧焊来说 ,是特别重要的。因为电弧电压和电流的变化品质直接影响着引弧成功率和燃弧稳定性 ,尤其是短路电流的变化率di/dt的大小 ,更直接影响了引弧效果和熔滴过渡过程的顺利进行 ,本文采用专家模糊控制器方案 ,不仅有效控制了di/dt的大小 ,而且克服了因电弧的非线性和不确定性给系统带来的影响。     

CO2焊机一元化智能控制系统

研制了CO2焊接电弧电压的一元化自寻优微机智能控制系统,此系统能根据CO2焊接电流的设定值对电弧电压进行自寻优调节,使焊接参数达到最佳配合.智能控制系统主要由弧压模糊控制模块、焊接电流控制模块与一元化推荐表组成.弧压模糊控制模块以CO2焊接过程中的熔滴过渡频率fd、燃弧时间与短路时间的比值tas与短路周期标准差σ等特征参数的综合值作为判据进行弧压寻优.样机试验结果表明,此智能控制系统能显著改善CO2焊机性能,降低焊接飞溅.     

波形控制CO2弧焊电源设计

针对CO2焊接工艺的特点,设计了一种实现波形控制的逆变弧焊电源,电源采用单片机控制,对焊接电压、焊接电流实时采样,可准确控制短路电流值.当短路发生后,电流先保持在一较低值,然后以指数规律上升,当检测到缩颈时,降低电流直到熔滴过渡后再燃孤;同时在燃孤阶段,控制燃弧电流的变化速度,保证充足的燃弧能量.以实现减小金属飞溅和改善焊缝成形.     

CO2焊短路过渡过程瞬时能量的波形分析

采用自行研制的焊接电弧动态小波分析仪,对三台弧焊接电源的焊接过程进行了测试分析.试验结果表明,瞬时能量可以综合地反映电流电压对电弧动态性能的影响.起弧时瞬时能量应随电流的上升而迅速达到引弧能量,从而使引弧顺利.在中间焊接过程的熔滴过渡周期中,燃弧的瞬时能量应稳定在基值,短路过渡时陡降至更小值,然后迅速上升完成短路过渡;电弧重燃后瞬时能量再快速地降到基值.收弧时瞬时能量应缓降到零,并且避免严重冲击.分析结果可为焊接电流、电压波形的设计和精细控制提供依据.     

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。     

环保焊枪吸烟对小电流CO2气体保护电弧焊的影响

采用环保焊枪进行了小电流二氧化碳气体保护电弧焊平焊位置焊接,通过分析焊接过程中电弧形貌、电流电压和熔滴过渡方式变化以及焊缝成形、焊缝金属拉伸力学性能和X射线探伤结果,评估了吸烟功率变化时的吸烟效果以及吸烟行为对于焊接过程和焊缝质量的影响规律. 结果表明,使用环保焊枪可以显著降低小电流二氧化碳气体保护电弧焊时飘散在周围空间中的焊接烟尘. 吸烟过程虽然使得短路过渡熔滴频率略有增加,悬挂熔滴和电弧的稳定性略为变差,但对焊缝成形和焊接缺陷都无影响,焊缝金属屈服强度略有减小,抗拉强度略有增加.     

CO2气体保护焊电弧温度场和流场建模与分析

建立了CO₂气体保护焊焊接电弧三维瞬态模型,通过采集实际CO₂气体保护焊瞬变电流数据,运用磁流体动力学(magneto hydrodynamics,MHD)等基本理论,结合ANSYS的多物理场耦合功能,模拟出了CO₂气体保护焊焊接电弧的电场电流密度、磁场电磁力、温度和速度场的分布.电弧温度场分布模拟结果和文献中的试验数据基本一致.同时通过计算系统的流体雷诺数和马赫数对该模型中的流体层流假设和不可压缩假设的合理性进行了验证.该数学模型可为控制CO₂气体保护焊焊接电弧提供理论指导,也为进一步分析CO₂气体保护焊电弧的动态过程打下了基础.     

低热输入推拉送丝CO2焊接工艺

传统短路过渡过程熔滴过渡随机发生,短路与燃弧时间比例范围较大,燃弧与短路期间的能量分配比例也随之起伏不定.推拉送丝CO₂焊接系统利用焊丝的送进-回抽与波形控制相结合的控制方式,促使熔滴在较小的电流下进行过渡,实现稳定可控的短路过渡CO₂焊接过渡.通过焊接参数的合理选定,控制回抽焊丝强制熔滴过渡,可有效减小等效燃弧电流I_ea和等效燃弧电压U_ea,从而降低热输入量.当推拉送丝系统中焊丝的送进与回抽时间相等时,焊接过程中短路/燃弧的时间也大致相同,无较大波动,燃弧与短路能量分配比例也较为稳定,可以控制在一个较小的值.结果表明,采用相同送丝速度时,推拉送丝短路过渡燃弧期间能量远小于传统的短路过渡,采用推拉送丝CO₂焊接系统可实现过程精密控制的低热输入短路过渡的焊接过程.     

基于复合控制数字化弧焊逆变电源的仿真分析

在分析了传统控制方法优缺点的基础上,提出了一种基于重复控制和双闭环控制相结合的复合控制弧焊数字化逆变电源控制方案.重复控制利用扰动的重复性特点,逐周期地修正输出电压可以较好地改善系统的稳态特性,双闭环控制利用电流内环快速、及时的抗扰性来有效地抑制负载扰动的影响,可以较好地改善系统的动态特性.在对弧焊的飞溅及焊缝成形影响因素分析的基础上,利用复合控制的数字化系统,在短路阶段通过实时调整di/dt及峰值电流,短路电流采用适当的外拖回拐量,在燃弧阶段,保持燃弧电压稳定的同时,提高再引弧电流,以改善焊接工艺性能.结果分析表明,采用该方式控制的焊接电源,可以减少飞溅,使焊接过程稳定,焊缝成形变好.     

Simulation of droplet transfer process and current waveform control of CO_2 arc welding

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＣＯ2 ｓｈｉｅｌｄｅｄａｒｃｗｅｌｄｉｎｇｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｗｉｔｈｈｉｇｈｅｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ,ｌｏｗｅｒｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ,ｌｅｓｓｈｙｄｒｏｇｅｎｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｈｉｇｈａｎｔｉ ｏｘ ｉｄａｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙ .Ｔｈｅｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔｔｒａｎｓｆｅｒｉｓａｍａｉｎｆｏｒｍｉｎＣＯ2 ａｒｃｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ ,ｂｕｔｉｔｈａｓｔｏｏｍｕｃｈｓｐａｔｔｅｒｉｎｇ ,ａｎｄｕｎｓａｔｉｓｆ…     

Computer simulation of short-circuiting transfer welding under waveform control on inverter power source

A simulation model is introduced about the non-linearity process of short-circuiting transfer in CO2 arc welding for displaying the interaction between the inverter power source and welding arc under waveform control. In the simulation model, the feedback signals of current and voltage are taken respectively at the different phase in a short circuit periodic time and applied to the PWM （pulse width modulation） module in a model of inverter power source to control the output of power source. The simulation operation about the dynamic process of CO2 short-circuiting transfer welding is implemented on the founded simulation model with a peak arc current of 400 A and a peak voltage of 35 V, producing the dynamic arc waveforms which can embody the effect of inverter harmonic wave. The simulating waveforms are close to that of welding experiments.     

基于模糊控制的焊缝自动跟踪系统的设计

为了提高CO2气体保护焊的自动化水平,研制了用于CO2气体保护焊的电弧传感焊缝跟踪系统.采用TMS320F240数字信号处理器作为CO2焊接电源和焊接摆动器的控制核心.CO2焊接电源采用IGBT全桥逆变主电路,根据电弧电压、电流反馈信号进行PID逻辑运算,据此调节PWM的脉冲宽度,使得逆变焊接电源具有恒压电源外特性.采用参数自调整模糊控制器对焊接电流信号分析,获得步进电机的调整步数和调整方向.设计了焊缝跟踪的执行机构焊接摆动器.实验证明,系统实现了0°到8°偏角以内的焊缝跟踪.