逆变弧焊机电弧推力自适应控制系统

在焊接电流确定的条件下,引弧瞬间的焊机输出电压反映了焊接电缆长度、截面积以及连接情况等重要信息。本研究装置是基于MC68HC11单片机控制的逆变焊机电弧推力自适应的控制系统,首先通过对引弧瞬间焊机输出电压的实时检测,实现了电弧推力拐点电压随焊接电流及焊接电缆长度,截面积等改变而自动;然后通过对焊接电弧 实时检测与模糊处理控制焊机的输出电流,从而使MMA手工电弧焊的以推力控制具有很强的自适应能力。     

基于实际熔敷形状的旋转电弧传感器数学模型

旋转电弧传感器数学模型是提高焊接质量、旋转电弧信号处理和焊缝偏差提取的理论基础, 焊接熔敷金属堆积形状是决定旋转电弧长度主要因素之一,影响其数学模型精确度. 采用双线结构光传感系统对焊接收弧阶段焊缝进行三维重建获得焊接熔池熔敷形状,运用单纯形法最优化电弧长度,在此基础上建立了旋转电弧传感器数学模型及仿真模型. 结果表明,该数学模型相对于假设的三角锥熔敷形状数学模型,消除了焊接过程工件变形引起的电流信号误差,减小了焊缝转角和焊缝偏差检测误差,提高了旋转电弧传感器数学模型精度.     

交直流双丝埋弧焊电弧干扰分析及控制策略

在交直流双丝埋弧焊系统中,由于两个电弧之间的干扰严重,使焊接过程不稳定,通过对两电弧之间的电磁力的分析,发现焊接电流是影响焊接过程稳定的主要因素,电弧电磁力与两电弧电流绝对值的乘积成正比,根据分析提出了一种相应的控制策略,借助于电弧电压检测和脉冲协调控制技术,可以控制脉冲电流的基值与峰值输出,最终减小电弧之间的电磁力,同时利用电子学、自动控制理论及单片机技术设计并制造用于埋弧焊系统的"交直流双丝脉冲电流控制器",在验证性试验过程中采用光电信号测试分析系统实现对焊接电流、电弧电压波形等电信号的采集.结果表明,该设备功能正常可靠.     

超快变换高频变极性方波TIG电弧行为

基于一种新型电路变换拓扑实现频率达超音频段且具有超快速电流上升沿和下降沿变化速率的高频变极性方波电流输出,将其用于铝合金TIG焊接过程,研究分析高频变极性TIG电弧行为.结果表明,变极性电流频率和变化速率具有对电弧形态、稳定性及电弧力的控制能力,提高电流极性变换频率,电弧清除氧化膜的能力增强,电弧表现出明显的收缩效应,电弧电压和电弧等效电阻增大,但电弧偏吹作用加剧.在一定频率范围内,增加变极性电流频率,减小负极性电流幅值及其持续时间,可增大焊缝熔透率,有利于提高焊接效率和质量.     

自动埋弧焊接过程的电弧控制方程与热学分析

埋弧焊系统由恒流特性逆变焊接电源、送丝机、行走小车和控制器组成.控制器的输入是电弧电压Uarc和设置电压Uset,控制器的输出是PWM方式调节DC电源,驱动并调节送丝速度.用一阶微分方程建立了埋弧焊接过程中焊丝送进速度与焊接电弧之间的数学模型,模型描述了埋弧焊接过程中焊丝一边在电弧中燃烧,一边由送丝机不断送到燃弧区的平衡关系.通过电源、熔池、焊丝的热平衡分析,得到焊接系统的焊丝选取方法,该方法是焊丝直径与焊接电流的平方根成正比,文中还给出了焊丝直径与焊接电流的定量选取公式.     

变极性焊接电源二次逆变电路拓扑及其控制策略

维持和提高焊接电弧的稳定性是变极性GTAW焊接的关键.对于采用两级逆变的变极性焊接电源,二次逆变电路拓扑及其控制策略对输出电流极性切换过程和焊接电弧的稳定性具有显著影响.在分析变极性GTAW焊接电弧稳定问题的基础上,提出了维持和提高焊接电孤稳定性的措施.通过增加电流极性切换速度,在电流过零瞬间维持电弧空间的温度和残余电离度;小电流焊接时,在电流极性切换之前叠加电流脉冲,以提高电弧空间的温度和电离度;在电流过零熄灭瞬间,叠加足够高的电压脉冲,使电弧能够立即再引燃.进而,通过对全桥式二次逆变电路拓扑、半桥式二次逆变电路拓扑及其控制策略的分析,指出了它们的适用范围、存在的不足以及改进的途径.     

基于TM320LF2812的数字化变极性钨极氩弧焊电源

设计了基于TMS320LF2812的数字化变极性钨极氩弧焊电源,该电源采用IGBT双逆变技术,一次逆变采用移相式软开关零电压、零电流PWM全桥电路(FB-ZCZVS-PWM)实现恒流闭环控制;二次逆变采用耦合电感型半桥逆变拓扑实现极性转换,设定特定的换向电流值使电源系统具有较宽的输出电流调节范围,兼顾了小电流焊接情况下的电弧稳定性和大电流焊接情况下二次逆变电路中IGBT的安全性.焊接试验结果表明,电源输出电流调节范围宽,焊接电弧稳定,焊缝成形优良、美观.     

耦合电弧钨极TIG焊电弧压力的测量与分析

开发了一种耦合电弧钨极,可显著降低电弧压力,消除咬边和驼峰焊道等缺陷,实现较高速度的TIG焊接.针对这种钨极进行了TIG电弧压力测量,研究了主要工艺参数对电弧压力分布的影响规律.结果表明,与传统TIG电弧相比,在相同参数下耦合电弧钨极TIG电弧压力峰值明显降低,并且随着弧长的增加、钨极伸出长度的增加、焊接电流的减小、电极槽宽的增大以及钨极直径的增大,耦合电弧钨极TIG焊的电弧压力峰值减小.对电弧压力的影响由大到小依次为焊接电流、钨极伸出长度、弧长和钨极直径、电极槽宽.     

LabVIEW平台中利用小波分析实现焊接电流信号的去噪

焊接过程是一个复杂多变的过程,实现焊接自动跟踪的方法也有很多种,其中当前研究的重点就是利用旋转电弧传感器来实现自动跟踪.由于旋转电弧电流信号中存在许多噪声,因此,实现旋转电弧自动跟踪的关键就是如何正确地提取焊接电流信号.在此利用LabVIEW作为开发平台,通过调用Matlab节点的方法,对采集到的焊接电流信号进行小波去噪处理,实现焊接电流信号的还原.     

焊丝伸出长度对三丝间接电弧焊稳定性和焊缝成形的影响

三丝间接电弧焊是一种新型高效焊接方法,为研究焊丝伸出长度对三丝间接电弧焊的影响,使用焊接分析仪及高速成像设备对焊接过程中的电弧、熔滴和电流电压情况进行采集. 结果表明,当主丝与边丝伸出长度不相等时,难以获得稳定的焊接过程. 当主丝与边丝伸出长度相等时,随着焊丝伸出长度的增加,电弧的集中性变差,电流、电压波动程度增大,同时熔滴尺寸增大,主丝与边丝熔滴之间的夹角增大. 当主丝与边丝伸出长度均为10 mm时焊接过程最稳定、焊缝成形最好.     

双电弧共熔池脉冲GMAW电源的复合外特性

利用自行研制的双电弧软开关脉冲GMAW装备,从弧长控制、熔滴过渡以及焊缝成形等角度对双电弧脉冲GMAW三种复合外特性进行了试验研究.结果表明,主机I-I,从机I-I复合外特性的熔滴过渡均匀,可控性好,但电弧自调节作用较差,适合薄板高速焊接;主机U-I,从机U-I复合外特性的熔滴过渡可控性欠佳,但电弧自调节作用较强,较适合大参数厚板焊接;主机I-I,从机U-I复合外特性中主机的熔滴过渡可控性好,电弧自调节能力有限,从机的电弧自调节作用较强,但熔滴过渡可控性欠佳.     

基于DSP的脉冲GMAW焊数字化控制系统

针对脉冲GMAW焊工艺要求,采用32位数字信号处理器TMS320F2812建立了基于DSP的数字化控制系统,实现了电流和弧长的双闭环全数字控制,取得了良好的控制性能.控制系统利用DSP内部集成的PWM产生模块,通过选择合适的工作方式实现了软开关主电路四路移相PWM信号的直接数字化控制.给出了系统控制原理及程序流程图,脉冲峰值和基值阶段采用变参数的数字PI控制,使得电流快速跟随给定信号,同时采用模糊控制方法对弧长进行闭环控制.结果表明,所设计的脉冲GMAW焊全数字控制系统满足设计要求,输出电流波形一致性好,可以实现快速、稳定的弧长调节,焊接过程稳定,焊缝成形美观.     

摆动电弧窄间隙GMAW熔滴过渡规律

研究摆动电弧窄间隙焊接中的熔滴过渡规律是深入理解该焊接方法的重要基础,由于受到电弧摆动、窄间隙坡口的影响,摆动电弧窄间隙焊接熔滴过渡比常规焊接更加复杂.采用高速摄像系统及焊接电信号采集系统成功地对摆动电弧窄间隙GMAW的熔滴过渡过程进行观测研究,揭示了摆动电弧窄间隙GMAW的熔滴过渡特性,分析了摆动参数、焊接参数对熔滴过渡的影响.结果表明,由于焊丝在坡口之间的摆动改变了焊丝与侧壁之间的距离,引起了焊接电弧长度的变化,促使焊接电流发生了波动,从而导致了摆动电弧窄间隙焊接熔滴过渡的规律性变化.     

GMAW系统电流与弧长的滑模变结构控制仿真

在分析熔化极气体保护焊(GMAW)的基础上,建立电流及弧长的非线性数学模型.应用基于微分几何的反馈线性化方法,将GMAW过程电流及弧长模型同胚映射为等价的线性系统,使复杂的非线性控制问题转化成简单的线性系统的控制问题,使控制器设计的复杂程度降低,控制效果明显优于对非线性系统的直接控制.把滑模变结构控制方法应用于焊接电流及弧长的控制中,Matlab仿真结果表明,该方法可以满足焊接中电弧弧长的精确控制,同时,对系统参数摄动和外部扰动具有较强的鲁棒性.     

Determining the boundaries of globular-to-spray transfer in robotic GMAW

Robotic gas metal arc welding （GMAW） experiments were conducted using an ERTOS-1 electrode with Ar ＋ 10% CO2 shielding gas, and the welding current and arc voltage signals were collected by a data acquisition system. The boundaries between globular transfer and spray transfer in terms of the welding current and arc voltage were determined according to the waveform of electric signals and the Fourier transform results of arc voltage. The optimum welding parameters for the two transfer modes were obtained, which laid a foundation for the numerical simulation and control of GMAW process.     

参数可调多斜率波控GMAW

从波形控制参数的角度分析了影响短路过渡GMAW焊接稳定性的因素，并在此基础上设计了一种短路电流上升斜率可调节的多斜率波形控制方法。结果表明，通过对各阶段波控参数精确的调节，可以为适应不同的工艺条件而微调焊接工艺规范的情况下通过调节短路电流的上升速度和控制时间，增加规范的适应性，保持焊接过程的稳定性；有效的提高GMAW的焊接性能，可以更好的满足不同的焊接工艺的要求。     

摆动电弧传感的窄坡口GMAW过程系统建模和仿真

为了研究窄坡口对焊接过程的影响规律,根据焊接的能量平衡和熔滴平衡等原理对基于摆动电弧传感的GMAW系统进行数值仿真. 针对焊炬高度的大小随着焊炬在坡口中的摆动不断变化,建立了包括焊炬摆动、电弧长度、电弧非线性负载及弧焊电源-电弧四个子系统的数学模型. 并将此数学模型转换为Matlab/simulink环境下,涵盖整个焊接回路的GMAW系统动态特征仿真模型. 结果表明,当焊接工艺参数相同时,运行系统仿真模型,可以获得和实际焊接试验基本相同的电流、电压波形数据.     

GMAW熔滴过渡过程稳定性自相关分析

检测了熔化极气体保护焊(GMAW)中焊接电流和电弧电压大小等参数特征,利用数字信号分析与处理中的时域自相关特性原理,分析GMAW熔滴过渡过程的稳定性与参数关系,判断焊接电流和电压是否具有周期性.阐述焊接电弧系统中,电流自身、电压自身及电流和电压相互的变化存在相互关联,并对焊接电流和电压信号进行自相关分析,获得信号时域的周期和方差等特征信息,直观地反映出弧焊过程与熔滴过渡过程的稳定性.     

基于独立元分析的GMAW缺陷在线监测

采用独立元分析(ICA),用于气体保护焊过程在线监测.通过对过程的电参数进行独立元分析,去除焊接电流和电弧电压之间的相关性并提取出独立元.通过试验验证ICA对GMAW过程在线监测的可行性,发现当焊接过程有突变性干扰时,独立元(IC)能够对干扰做出反应.结果表明,IC可以作为表征过程是否异常的一个状态变量,通过对IC进行统计过程控制,能够分离出焊穿缺陷.并将ICA与主元分析(PCA)的结果进行了比较.     

Characterization of GMAW arc instability phenomena related to low oxidation potential shielding gases

Characterizing instability phenomena in arc welding may be a complex task, since they depend on a number of interrelated factors. Such phenomena may manifest themselves in various ways, acting on the characteristics of the arc, the metal transfer, the amount of splatter and fumes formed, the arc format, the geometry of the bead and other aspects of welding. The literature on the subject reports diverse forms of instability associated with arc welding with solid wire and gas shielding (GMAW). This work aimed to define the instability phenomena associated with the GMAW process in welding with gases with a low oxidation potential. To do so, the welding current and voltages were monitored and metal transfer was filmed at high speed. The welding tests were carried out on plates of common carbon steel with a source operating at a constant current and an electrode with positive polarity. By synchronizing the filming with the welding current and voltage signals, the results showed that, during the periods of highest voltage, the transfer tended to be globular repulsive, as opposed to spray transfer during the lowest voltage periods. The synchronization of the electrical signals with the optical sensor indicates that, during periods of unstable operation, the arc is more luminous. It also showed that more fumes were generated during these periods.