CO2焊短路信号的检测

根据CO2气体保护焊短路过渡过程的负载特点，利用电压比较器、du/dt线路和数字电子线路．设计了短路检测电路和短路液桥缩颈检测电路。短路检测电路利用焊接电压的变化确定熔滴短路的状态和时刻，能正确区分引弧短路与熔滴短路并考虑瞬时短路时过程的影响；缩颈检测电路利用焊接电压微分du/dt检测液体小桥产生缩颈爆断的时刻．对瞬时短路可能产生的不良影响不做反应。对所设计的电路成功地进行了模拟实验和实际试验验证。     

CO2焊短路信号的检测

根据CO2气体保护焊短路过渡的特点。利用电压比较器、微分电路、数字电子线路．设计了短路检测电路和短路液桥缩颈检测电路。对所设计的电路成功地进行了仿真和实际焊接斌验验证。     

基于DSP的数字化焊机

基于DSP的数字化焊机设计,采用TMS320F240数字信号处理器作为CO2焊接电源的控制核心,IGBT全桥逆变主电路,以软件方式实现波形控制,并设计了焊接过程中的短路与缩颈信号的检测电路。试验结果表明,主电路工作稳定,检测电路能准确地测出短路、缩颈信号,控制软件可靠性高,能完成所需的波形控制功能。     

低噪声声发射信号调理系统设计

针对金属腐蚀声发射信号检测要求,设计并实现了一种低噪声的声发射信号调理系统。该系统由电荷放大电路、电压放大电路和滤波电路组成。详细论述了各部分电路的原理,并分析了电路噪声水平。分析试验表明,电荷放大电路中运算放大器的输入电压噪声是影响电路噪声的主要原因。在满足带宽的条件下,选用低噪声的运算放大器能够有效降低整个信号调理系统的噪声,从而提高系统信噪比。     

软开关逆变焊接电源主电路主要参数设计

为满足波控焊机对电弧电压、电流的波形控制的要求,需要进一步提高逆变电源的工作频率,并减小其开关损耗、开关应力和电磁干扰。设计了零电压开通、零电流关断工作状态的软开关逆变电源主电路的参数。分析零电压零电流软开关逆变电源的工作机理,得出约束主电路参数的约束方程,为主电路参数计算提供了依据。结合逆变电源工作条件和软开关PWM的时序要求,计算阻断电容Cx;并设计可饱和电感取代输出回路的常规电感,提高电源短路电流的上升速度、缩颈电流下降速度。设计了可饱和电感的仿真模型,并建立零电压零电流软开关逆变电源的仿真电路,通过仿真结果验证其理论分析和参数设计的正确性。通过实验进一步验证了设计的正确性。     

GMAW短路过渡焊接熔池的视觉检测

针对GMAW短路过渡焊接过程的熔池视觉检测,采用普通工业CCD摄像机,通过光谱分析选择窄带复合滤光器。设置了CCD摄像机曝光时间,分析短路过渡电压波形,确定了CCD摄像机采集时刻并设计了短路检测及CCD摄像机外触发电路,准确地将CCD摄像机的曝光时刻定位于短路过渡阶段。提出了正前方小角度和正后方大角度的图像采集方式。结果表明,采用以上图像采集方案,利用普通工业CCD摄像机可拍摄到连续清晰且不失真的熔池图像。并设计了图像处理算法,提取出完整的熔池边缘。     

基于DSP的CO2焊短路信号的小波检测

简单介绍了连续和离散小波变换理论,结合CO2气体保护焊电弧电压信号的特点从理论上论证了小波变换方法在波控CO2焊中检测短路信号并给出短路控制信号的可行性.通过真、假短路信号及噪声信号的频谱分析,利用理论定性分析和数学公式的推导讨论了小波变换消除假短路信号和噪声信号干扰的机理.利用Matlab中的小波分析工具箱对实测所得的电弧电压离散数字信号采用不同的小波基进行小波变换分析,从分析中选出一套切实可行的小波变换数字滤波器组.最后在DSP(数字信号处理器)上编程实现短路信号的实时检测,验证了基于DSP的小波变换提高短路信号检测的实时性、准确性及可靠性.     

CO2焊短路过渡过程缩颈信息的小波提取

在CO2气体保护焊过程中，利用表面张力过渡方法解决焊接过程中的飞溅问题时，准确地提取缩颈形成时刻这一信息是非常关键的。在缩颈形成的瞬间，电弧电压曲线先出现一个上凹的拐点，然后再急剧上升。若能从电弧电压信号中提取出拐点发生时突变的信息，则可望提取到缩颈发生的特征信息。作者利用小波分析方法具有良好的时域、频域局域性，能够很好地检测信号的局部奇异性的特点，对电弧电压信号进行了局部奇异性的检测。结果表明，小波分析方法可检测到电弧电压信号发生拐点时的位置及突变程度，可准确地提取出缩颈发生的特征信息。     

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气体保护焊短路过渡与电弧电压关系的研究

针对CO2短路过渡气体保护焊过程中的飞溅问题,通过焊接质量分析仪采集电压、电流动态信息,找到与飞溅相关的熔滴缩颈、熔滴短路和熔滴小桥爆断时刻的标志信息,为短路过渡气保焊过程在线监控提供高品质的信息源.     

电源电压对水蒸气保护焊短路过渡过程的影响

水蒸气保护电弧焊由于其独有的特性，在工程上有一定的替在应用价值，但是它存在与CO2焊相似的焊接工艺问题，如飞溅大、焊缝成影差等。实验发现，在送丝速度给定的情况下，匹配合适的电源电压可得到较好的焊接效果。利用燃弧阶段的焊丝熔化模型和短路过渡液桥失稳模型分析了电源电压对短路开始时液桥长度，以及短路过程中液桥失稳颈缩时的电流和所需时间的影响规律．从而可以解释水蒸气保护电弧焊在电源电压合适时可使短路峰值电流降低和短路时间缩短。从而使焊接过程稳定、飞溅减少。模型计算结果可用于指导正确选择焊接规范。     

自保护药芯焊丝弧桥并存过渡试验分析

采用高速摄影、汉诺威弧焊质量分析仪和体式显微镜对自保护药芯焊丝弧桥并存过渡特征和过渡机理进行了试验研究,结果表明:弧桥并存过渡是一种液桥持续存在的同时电弧不熄灭的熔滴过渡模式,是自保护药芯焊丝主要熔滴过渡模式之一;电弧电压和焊接电流波形没有短路过渡特征,表现为一定范围内小幅波动,与弧桥并存过渡特征相对应;电压概率密度分...     

GMAW短路过渡液桥形状动态模型

GNAW(熔化极气体保护焊)短路过渡中的液桥形状变化受诸多因素影响,是一个复杂的动态变化过程.基于能量最小原理,在一定的假设条件下,建立了GMAW短路过渡液桥形状动态变化的模型;结合焊接回路的动态模型,对液桥形状动态变化进行了仿真计算;并在此基础上,进一步进行了模型的试验验证和模型的误差分析.结果表明,建立的GMAW短路过渡液桥形状模型所描述的液桥轮廓动态变化趋势与试验结果比较吻合,实际焊接过程中的液桥形状还受到磁偏吹、焊接运动过程、熔池作用、保护气体流动等的影响,这些影响是造成液桥形状模型误差的主要因素.     

高压水下环境旋转电弧焊接的断路临界频率分析

在搭建高压水环境旋转电弧焊接硬件平台进行试验的基础上,得到高压舱中焊接电流和电弧电压的信号波形,对其进行了统计分析,从中可以发现大量的短路过渡．通过建立坡口扫描单元的数学模型、逆变电源模块的数学模型、动态电压负载模型、弧长变化模型、液桥行为模型各子块模型,在大系统范围内建立了高压水环境下旋转电弧传感焊接模型．结合与高压水环境旋转电弧试验所得焊接信息,在设定焊接电流和电弧电压不变的情况下,研究了旋转电弧传感器的旋转频率对高压水环境焊接过渡过程的影响．结果表明,当坡口为一定时,旋转频率由20Hz减少至13Hz再减少到10Hz时,断路现象逐渐减少．以此得到高压水下应用环境下,旋转电弧传感器焊接的断路临界频率．     

CO2气体保护焊表面张力过渡

CO2气体保护焊采用短路过渡,飞溅大、成形差.在研究CO2气保焊短路过渡理论基础上,深入研究了表面张力过渡各个阶段参数与送丝速度的关系、焊接电压与液桥缩径状态的检测方法.研究表明,在表面张力过渡区内存在一段失控区,增加了表面张力过渡的不确定性.随着送丝速度的变化,熔滴过渡各阶段时间影响液桥分断时的表面张力过渡.依据表面张力过渡对电源特性的要求,提出了两种实现方案,逆变环节控制和输出斩波控制,并指出仅采用逆变环节实现表面张力控制的局限性,研究还表明改变表面张力过渡区的电流值可改善过渡的稳定性.研究方案在实际中得到了验证.     

CO2气体保护焊的新型全数字化波形控制技术

对于逆变弧焊电源,采用基于 DSP 的全数字控制策略.针对短路过渡 CO2 气体保护焊特点,提出了准恒压全数字化新型波形控制策略,不再根据输出电压区分短路和燃弧过程,使得短路和燃弧过程过渡自然,适应于所有的焊接工艺,提高了系统的适应性.同时在短路初期采用瞬态电流抑制技术减少了飞溅,建立了包含实时燃弧能量补充机制的全数字化电压电流瞬时反馈的全数字三闭环控制模型.结果表明,所提出的全数字化软开关控制策略灵活、可靠;所采用的数字波形控制技术适应性好、灵活、焊接过程稳定、焊缝成形优良.

Abstract：

According to the characteristics of short circuit transfer of CO2 gas metal arc welding, a novel full digital waveform control scheme called quasi-constant voltage control is presented for inverter type arc welding power based on DSP. Short circuit and arc ignition process are not judged according to the output voltage and transfer process between them is smooth. The strategy is also applied to all welding conditions. Initial current at the instant of short-circuit is suppressed to reduce spatter generation. A triple closed loop control model including real time energy compensation for the arc state based on instantaneous voltage and current feedback control is estabhshed. Flexibility and reliability of the proposed fully digitalized softswitching control strategy is validated by experimental results of 400 A welding machine. The experimental results show that proposed digital waveform control scheme is applicable for different wire feeding speed conditions, and the welding process is stable and the welding bead appearance is good.