双丝旁路耦合电弧MIG焊嵌入式控制系统设计及实现

设计并实现了双丝旁路耦合电弧MIG焊嵌入式控制系统,并进行了控制试验.控制系统包括:主控板、送丝控制板和焊接参数显示模块,系统以32位ARM7微控制器LPC2124为基础,可采集并显示焊接参数,控制旁路弧长,控制母材电流.三块电路板之间采用基于RS-485接口和Modbus协议的总线结构连接,可进行数字化通信.通过控制试验表明:该嵌入式控制系统可以对旁路电弧和母材电流进行控制,满足双丝旁路耦合电弧MIG焊的控制需求,使得焊接过程稳定进行,并得到成形良好的焊缝.     

焊接电流对双丝间接电弧焊电弧特性的影响

主要研究了焊丝伸出长度对焊接电流、电弧电压以及焊接电流对双丝问接电弧气体保护焊电弧特性的影响。结果表明,随着焊丝伸出长度的增加,焊接电流减小;双丝间接电弧气体保护焊负极焊丝的熔化速度随着焊接电流的增加而明显增大,正极焊丝的熔化速度随焊接电流的增加而缓慢增大,两者均随着电弧电压的增加而减小;随着焊接电流的增大熔滴变细;双丝问接电弧气体保护焊有多种电弧形态。     

双丝间距对激光-双电弧复合焊接过程稳定性的影响

采用多信息融合技术对激光-双电弧脉冲复合焊在不同双丝间距下的电流信号、电压信号、高速摄像信号进行同步采集,研究双丝间距对焊接过程的电弧行为、熔滴过渡过程及焊缝表面成形的影响,并依据混沌理论和算法,从非线性角度对激光-双丝脉冲MIG焊接过程的电流信号进行了最大Lyapunov指数(LE)计算.结果表明,激光-双丝脉冲MIG焊接过程是一个混沌过程,由于激光光致等离子体和电弧等离子体的相互作用改变电弧的形态和熔滴受力状态,进而影响焊缝成形,在一定的焊接工艺参数下存在最佳双丝间距,在最佳双丝间距下,电弧稳定,焊缝成形良好,且此时最大LE值及其标准方差最小.     

双丝旁路耦合电弧高效MIG焊方法及控制系统

提出了新型双丝旁路耦合电弧MIG高效焊接方法,理论分析证明其有利于高效焊接过程,但焊接试验表明该方法在开环情况下焊接过程极不稳定,焊缝成形差.分析了双丝旁路耦合电弧开环不稳定的原因,提出了双丝旁路耦合电弧MIG焊闭环控制方法,采用基于xPC实时目标机技术建立了双丝旁路耦合电弧控制硬件系统,运用Mat-lab/Simulink工具开发了其控制系统的快速原型.结果表明,模糊控制器的控制效果可以满足稳定焊接的要求.在此基础上进行了高效焊接试验,与传统MIG焊方法相比可大幅提高焊接效率.     

激光功率对激光-双丝脉冲MIG复合焊接电弧形态及熔滴过渡的影响

通过搭建激光-双丝脉冲MIG复合焊接系统,利用高速摄像与电信号采集系统对激光-双丝脉冲MIG复合焊接在不同激光功率下的电压电流信号及高速摄像信号进行同步采集,研究激光功率对焊接过程的电弧形态、熔滴过渡过程的影响.结果发现,由于激光等离子体与电弧等离子体的相互作用,电弧形态和熔滴受力状态发生改变.随着激光功率的增大,激光对电弧的吸引能力增强,促进熔滴过渡的等离子流力竖直向下的分力减小,熔滴过渡频率降低.     

双丝串列电弧焊焊缝成形的试验分析

将旋转电弧传感器和双丝串列电弧焊结合起来,开发了旋转电弧引导的、两个电弧在同一个熔池上燃烧的双丝串列电弧焊方法,对其焊缝成形工艺进行了研究.分析了焊接电流、焊接电压、双丝间距、电弧旋转等参数对焊缝成形的影响.结果表明,随着焊接电流的增大,熔敷速度增加,焊缝成形系数呈现先增大后减少的变化规律.而焊接电压的增大则会使焊缝成形系数略有减小.对双丝间距的研究发现,当间距为15 mm时,焊接质量较好.与普通双丝串列焊相比,前置电弧旋转时熔池底部变得平坦,最大熔深有所减小,平均熔深有所增加,这将有助于减少焊缝的应力集中.与单丝旋转电弧焊相比,焊接熔敷速度显著增大,有效避免了高速焊接时的咬边现象.     

双丝脉冲MAG焊不同外特性组合下的工艺试验

提出2种比较适合脉冲焊外特性的组合方式,即U-I和I-I.结合双丝焊电源外特性组合方式的理论分析,系统地进行了主从机的3种典型外特性组合的工艺试验,并总结出了双丝焊电源焊接电流、电弧电压分布的一般规律,即主机电流约大于从机电流20～30A,从机电压约高于主机电压2V.通过试验,加深了对双丝焊电弧间热作用、双丝焊工艺特点以及不同外特性组合优缺点的认识.     

双丝间接电弧焊的电弧形态

用高速摄像系统及示波器对双丝间接电弧气体保护焊的电弧形态进行了研究.结果表明,双丝间接电弧气体保护焊在两丝端部形成电弧,其电弧本质仍然是气体放电的一种表现形式.焊接电流、电弧电压及两焊丝交点与工件间距离对电弧形态产生较大的影响,随焊接电流的变化,电弧形态会发生不同程度的集中与分散的变化;电压越大电弧越明亮电弧的形体也越大;两丝交点与工件间距离越小,电弧越集中并且变得短而亮.燃烧过程中电弧电压随时间而周期性变化,相应的电弧形态也随着时间发生周期性变化,电弧电压与电弧形态间有很好的对应关系.     

双丝间接电弧氩弧焊的熔滴过渡

采用氙灯背光高速摄像系统及示波器对双丝间接电弧氩气保护焊的熔滴过渡及其对应的电压、电流波形进行了研究.结果表明,双丝间接电弧氩弧焊焊接电流与电弧电压的不同匹配选择,熔滴具有短路过渡、大滴过渡、混合过渡、射滴过渡、射流过渡等不同过渡形式.随着焊接电流的增大熔滴尺寸减小,熔滴细化,随电弧电压的增大,熔滴尺寸减小.熔滴过渡形式与电压、电流的波形之间有很好的对应关系.     

双丝脉冲MAG焊的熔滴过渡及工艺特征

搭建了并列式双丝脉冲MAG焊工艺试验系统,通过双丝脉冲协调控制器连接试验所用的两台电焊机,在试验过程中采集了焊接电流、电弧电压信号,并用高速摄像机对焊接过程的电弧行为与熔滴过渡过程进行了同步拍摄．应用上述试验系统,在实现稳定焊接过程的基础上,分别研究了脉冲峰值电压与脉冲基值电压、两个焊丝在垂直于焊道方向上的距离、焊枪倾角这三个因素对电弧行为、熔滴过渡过程及焊缝表面成形与焊缝几何尺寸的影响．确定了最理想的脉冲峰值一基值电压,并且发现在文中所述试验参数下,焊丝间距11mm为两电弧形成共熔池、同焊道的上临界距离．结果表明,随着焊枪倾角的增加,焊缝熔深增加,熔宽减小,在焊接速度和送丝速度不变的前提下余高增加．     

电流/电压匹配对铝合金激光-电弧复合焊接过程稳定性的影响

文中借助HANNOVER电弧分析仪和高速摄像机等设备,对不同电弧电压和焊接电流焊接过程进行实时监测,分析不同电参数对焊缝成形质量的影响;并验证激光的存在对波形的稳定具有一定的作用. 结果表明,主辅“双重导电通道”的消失、熔滴过渡方式跳变和焊接飞溅等不确定因素,均会导致电弧电压、电流波形图出现紊乱和尖角. 焊缝成形方面,随着电弧电压的增加,熔宽先增大后减少;而熔深则不断上升. 而电流增大时,焊缝的熔深熔宽不断增大. 因为电弧电压增大,改变了电弧的形态;而电流的增加则改变电弧的受力和能量.     

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.     

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.     

Arc behavior in two wire tandem submerged arc welding

The behavior of leading and trailing arc root dimensions and arc interaction in the two-wire tandem submerged arc welding process was studied using real-time recorded current and voltage waveforms, and CCD arc images for a wide range of experimental conditions. Physical and regression equations were developed to predict the arc interaction and dimensions as a function of the welding condition. The influence of the arc interaction on the molten droplet transfer direction was studied. The arc center displacements (arc interaction) under different welding conditions were fairly well predicted by the corresponding physical models. The arc root dimensions were unsymmetrical and increased with an increase in the welding current and voltage while the same decreased with the increase in the arc center displacements. This variation was reasonably envisaged by the developed regression models. The detached molten electrode droplet followed the arc axis at the time of detachment and deposited into the weld pool.     

高气压环境下脉冲MAG焊稳定性及其电弧电压补偿

统计分析了不同环境压力下脉冲MAG焊的电流电压波形和数据,探讨了其概率密度分布规律与高气压环境下焊接电弧稳定性的关系. 结果表明,随着环境压力增大,能量损失加剧,焊接过程越不稳定. 为了获得高气压环境稳定的焊接过程,采用提高电弧电压的方式来补偿电弧能量损失. 在0.3和0.5 MPa压力环境下,电弧电压分别提高3和5 V时,焊接过程可与常压环境相当. 提高电弧电压方式对高气压环境下焊接稳定性的提高具有显著的作用,该研究可为高气压环境下脉冲MAG焊参数优化匹配提供理论依据与试验基础.     

不锈钢PA-GTA双面弧焊工艺特点分析

详细分析了不锈钢等离子弧(PA)-钨极氩弧(GTA)双面弧焊(DSAW)的工艺特点,该工艺可以增加熔深,减小焊后热变形,尤其适用于中厚板的焊接.当小孔效应建立后,PA-GTA双面弧焊过程中的电弧均得到了不同程度的压缩,两焊枪之间的电弧电压出现下降趋势,节省了能源.形成小孔后,电弧穿过工件从工件内部进行加热,提高了热效率.表面张力、电弧吹力和电磁搅拌力均有利于获得较大的熔深,浮力有利于增加焊缝中间部位的宽度.     

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.     

高气压环境下脉冲电流控制对熔滴过渡的影响

高压环境对焊接电弧和熔滴过渡有很大的负面作用,试验以脉冲MIG焊电流电压波形、U-I相图和熔滴过渡图为主要评价手段,分析了压力环境对脉冲MIG焊的影响规律,总结了脉冲峰值电流和脉冲基值电流的优化对焊接电弧和熔滴过渡稳定性的改善作用. 结果表明,压力环境使电弧燃烧激烈,熔滴过渡不稳定. 脉冲峰值电流的优化能有效提高高气压环境下焊接电弧和熔滴过渡的稳定性. 相比之下,脉冲基值电流的优化虽然对电弧燃烧的稳定性有积极作用,但是效果相对较小. 高压环境下脉冲电流的优化为焊接的稳定性提供有效的技术手段.     

电弧电压对混合气体保护焊电弧稳定性的影响

通过分析电压-电流波形图、电流-电压循环图、电压-电流概率分布图、短路时间频数分布图等．探讨电弧电压对混合气体保护焊电弧稳定性的影响规律,并确定了一定焊接条件下的最佳电孤电压。