厚壁管全位置焊接可变增益PID弧长调节器的设计

在厚壁管窄间隙全位置TIG焊中,弧长是影响焊接质量最敏感的焊接参数之一,由于钨极的烧损、前道焊缝的成形、熔池变化、焊件几何形状及全位置空间变化时重力引起的弧长调节的阻力不变变化等因素的影响,没有弧长调节功能,不可能维持电弧长度的肯定,特别是全位置焊接时,重力对弧长影响非常突出,必须采取特殊的控制方法克服其不良影响,因此作者设计了基于单片机控制的弧压传感可变增益PID控制器,并针对不同的弧压偏差范围采用快速控制、分离积分和附加不敏感区来改善其控制品质,在实际产品焊接中取得了较好的控制效果。     

钨极氩弧焊的三种引弧方法

（1）接触短路引弧法。不能直接在焊件上将钨极与焊件直接接触进行短路引弧,因为钨极端部的钨会污染熔池,形成夹钨。通常可利用引弧板或在焊口附近设置铜皮、碳块、在这些引弧板上用接触短路法引弧,然后将电弧移至焊接部位。这种引弧法的缺点时引弧时钨极损耗大,钨极端部形状容易被破坏,所以仅当焊机没有高频引弧装置时才使用。（2）高频高压引弧法。利用装在焊机控制箱内的高频振荡器所产生的高频高压击穿钨极与焊件之间的间隙（2-5mm）引燃电弧。（3）高压脉冲引弧法。在钨极和焊件之间加－高压脉冲,使两极间气体介质电离而引弧。     

TIG焊采用接触式引弧方法存在问题及对策

在电站高温高压管道、阀门的维修和更换工作中，经常要用到手工钨极氩弧焊（TIG）进行焊接。由于条件限制，常采用没有引弧装置的简易氩弧焊设备。优点在于设备简单、使用方便、快速，操作技术易掌握，焊接质量好。其引弧方法通常采用接触式引弧。所谓接触式引弧即钨极端头与焊件短路，提起钨极的瞬间而引燃电弧。但在多年焊接实践中发现，采用接触式引弧方法引燃电弧时易出现钨极端头瞬间烧损、粘钨极、夹钨问题；而粘钨极、夹钨对焊接质量、生产成本及生产效率的影响很大。１问题分析１．１引弧过程中出现的钨极端头瞬间烧损、粘钨极、…     

耦合电弧钨极GPCA-TIG焊工艺

将耦合电弧钨极和GPCA焊方法结合,形成了耦合电弧钨极GPCA-TIG焊方法,该方法可实现深熔深高速度焊接.对比分析了在较高焊接速度时常规TIG焊、耦合电弧钨极TIG焊和耦合电弧钨极GPCA-TIG焊的焊缝表面成形和截面形貌,发现耦合电弧钨极GPCA-TIG焊可避免咬边和驼峰焊道的产生,并且焊缝熔深有所增加.耦合电弧钨极GPCA-TIG焊工艺试验表明,焊缝熔深和熔宽随焊接速度的减小和外喷嘴位置的升高而增大,随着弧长和外层氧气流量的增加先增加后略有减小;随着焊接速度的减小,弧长和外层氧气流量的增大,焊缝咬边减轻,外喷嘴相对高度变化时焊缝均未出现咬边.     

其它焊接方法

长输管道自动焊施工方法的研究与实践;大型钢结构工程的高空焊接技术;等离子-MIG焊接起弧过程;铝合金激光-电弧双面焊接头特征分析;铝合金激光-钨极氩弧双面焊的焊接特性;     

其它焊接方法

长输管道自动焊施工方法的研究与实践;大型钢结构工程的高空焊接技术;等离子-MIG焊接起弧过程;铝合金激光-电弧双面焊接头特征分析;铝合金激光-钨极氩弧双面焊的焊接特性;     

变极性TIG焊的微电流短路引弧方法

基于变极性TIG焊在铝合金焊接时的电弧特点,设计出一种针对变极性TIG焊的微电流短路引弧方式,可以有效解决变极性TIG焊接,特别是DCEP(电极接正、工件接负)状态时,接触引弧容易出现的钨极烧损问题。该短路引弧方式将整个变极性短路引弧过程分为短路、维弧以及电流缓升三个阶段,其中短路阶段的电流可以取2～3 A的微电流进行引弧。实验证明,其引弧成功率较高,微电流短路引弧的效果理想。     

窄间隙焊接钨极动态运动轨迹多自由度控制

在厚壁管、压力容器及电站锅炉的窄间隙全位置焊接中，钨极运动轨迹是动态的。根据窄间隙全位置焊接工艺要求，从钨极运动轨迹角度，提出了钨极运动轨迹综合控制方案，通过对钨极柔性接触引弧轨迹上的各参数作用机理研究，提出钨极柔性接触引弧控制方法；根据钨极摆动轨迹分析，提出基值电压控制弧长和基、峰值电压值分别控制弧长两种方案；为避免在窄间隙U形坡口两侧壁出现“爬弧现象”，设计了焊缝横向运动轨迹计算机控制自动跟踪系统；根据全位置焊接重力对钨极纵向运动轨迹影响特点，设计了基于单片机控制的弧压传感可变增益PID弧长控制器。     

广东省自然科学基金资助项目（S2012010009058）；深圳市基础研究基金资助项目（JCYJ20140509172609165）；深圳市科技应用示范资金资助项目（KJYY20140530172729046）

在阐述弧焊机器人焊接工艺的电弧特性的基础上,分析了电弧长度控制系统的原理,采用模块化建模思想建立弧焊机器人电弧控制系统模型。基于所建模型进行了焊接机器人恒压、恒流送丝模型集成、仿真与分析,通过对比普通PID控制算法和增益调整型模糊PID控制算法在弧焊机器人弧长控制中的效果的基础上,提出了一种有效的焊接机器人恒压、恒流送丝的控制算法。所建模型和弧长控制算法的研究对于弧焊机器人熔池深度智能化过程控制的进一步深入研究具有一定的参考价值。     

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.     

镁合金薄板TIG焊自适应弧长控制

在研究镁合金薄板TIG焊过程弧压-电流-弧长关系的基础上，提出了一种基于弧压、电流与弧长间的关系模型来准确控制弧长的技术。同时，结合PID和Fuzzy控制的原理，设计了一种自适应ALC(Automatic length control)控制器，克服了常规AVC(Automatic voltage control)系统的局限，有效地解决了镁合金薄板TIG焊过程中的弧长控制问题。焊接试验表明，该系统能自适应工件表面的变化实现弧长的自动跟踪，在电流变化的收弧及引弧期间也实现了较好的弧长控制，且动态精度高、稳定性好。     

等离子弧焊机PLC系统的研制

自行设计了l台等离子弧焊机，并以FXON-24型号的PLC(可编程控制器)为控制核心，设计了该焊机的自动控制系统。介绍了该焊机PLC控制系统的控制要求、I／O口分配以及其所完成的焊接时序等，并阐述了PLC建立起等离子弧的过程。实验证明，该PLC控制焊机能满足等离子弧自动焊接的要求。     

Development of an automatic arc welding system using a sliding mode control

This paper describes the development of an automatic welding control system for alternating current shield metal arc welding. This method could replace manual operations which require a well-trained technician. We have derived a mathematical model of the welding control system and identified system parameters. An adaptive sliding mode controller, estimates the bound of uncertainties, and modulates the rate of the electrode feed mechanism that regulates the arc current. The electrode feed-rate mechanism with this controller is driven by an AC servomotor, which can compensate for both the molten part of the electrode and undesirable fluctuations in the arc length during the welding process. The method can be easily applied to any welding system in which the electrode is consumed during the welding process. By maintaining the magnitude of the arc current at the desired value and the stability of the arc length, excellent welding performance is obtained. The simulation and the experimental results both show that this automatic welding control system, based on the adaptive sliding mode controller, can perform effectively.     

钨极氩弧焊的小电流接触引弧方法

小电流接触引弧是目前钨极氩弧（TIG）焊自动引弧的发展趋势,本文在分析了小电流接触引弧工作原理的基础上,指出影响引弧成功率的主要因素是短路电流和短路时间、热引弧电流和热引弧时间,同时,本文设计了一种采用单片机控制的适合于自动焊接设备的接触引弧系统,该系统具有控制精度高,可以很好地解决接触引弧过程中出现的夹钨等缺陷问题,更为优越的是该系统与弧长自动控制系统共用一套计算机硬件电路和执行机构,仅增加部分程序,几乎不增加成本。     

薄板高速熔化极脉冲气体保护焊控制及实现

高速焊接条件下容易产生咬边等缺陷,实现大电流低电压的稳定焊接是解决问题的关键,设计一种新型单周期弧压反馈闭环控制系统,在每一个周期内保证电弧电压的平均值相同,可以实现快速稳定的弧长调节.对偶然发生的短路,采用相应的波形控制方式.对脉冲参数进行优化,有效的减小了熔滴尺寸,缩短了弧长.试验表明,该系统具有很强的电弧自身调节能力,相对于传统控制方式,在相同送丝速度条件下工作电压可以降低1～5V.在焊接速度1.3m/min时,仍可以有效地避免产生缺陷,焊缝成形美观,背面熔透均匀,几乎没有飞溅.     

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ARM全数字化CO2气体保护焊的研究

CO2气体保护焊具有效率高、成本低、形变小、抗锈能力强等优点,在工业中应用广泛。国内电焊机在数字化方面的研究起步虽晚,但发展迅速。在电弧数学建模、控制算法的基础上,运用ST公司的32位ARM微处理器对CO2气体保护焊的全数字化系统进行了研究、设计与实现。CO2气体保护焊熔滴过渡存在短路、燃弧交替变化的特点,针对系统参数变化大、扰动复杂的情况,应用现代控制理论设计了熔滴短路过渡电流的模糊自适应PI控制器,在线识别电弧实时状态,改变控制量,保证系统控制品质在最佳范围,借鉴STT的控制策略,并在STM32F103微处理器上调试通过,获得了较好的焊接效果,实现了CO2气体保护焊的全数字化控制:控制算法数字化、功率输出数字化、馈丝系统数字化以及人机交互界面数字化。     

GMAW-P频率特性复合弧长适应控制法

为了提高GMAW-P焊接弧长控制的调节速度,减少弧长调节过程中脉冲频率、焊接电流的波动范围,提出了基于DSP数字控制脉冲熔化极气体保护焊接电源采用频率一特性复合弧长适应控制法.在焊接过程中通过实时采集电弧电压信号、焊接电流信号,当弧长发生扰动时,在当前脉冲周期内,以基值时间和给定电压为控制量,从而保证在弧长调节过程中脉冲频率的变化较小.台阶试验和爬坡试验表明,此控制方法的弧长调节过程快速、稳定,焊接电流、脉冲频率波动范围小,焊机具有良好的弧长调节性能.     

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.