脉冲MIG焊建模仿真分析及弧长控制

针对脉冲MIG焊过程中的电弧稳定性问题,建立基于尖端不稳定熔滴过渡理论的焊丝熔化动态电弧模型,并对焊接过程中的电弧电压、电弧长度及熔滴过渡尺寸进行仿真,得到与实际焊接相似的电弧电压波形,分析脉冲电流下熔滴过渡频率及影响电弧稳定性的因素,且进行弧长稳定控制的仿真研究,在此基础上运用快速原型技术建立铝合金脉冲MIG焊控制系统,采用电弧电压反馈对铝合金脉冲MIG焊过程进行送丝调节的弧长控制试验。研究表明:所建立的铝合金脉冲MIG焊焊丝熔化动态电弧模型很好反映了实际焊接过程,揭示出脉冲MIG焊焊接过程中熔滴过渡时间间隔具有一定的不确定性和电弧长度的不稳定性,通过电弧电压反馈控制可显著改善铝合金脉冲MIG焊过程电弧系统的稳定性。     

熔化极脉冲氩弧焊弧长动态调节性能研究

介绍了一种新型的单周期脉冲MIG焊控制法,该法采用非线性控制,通过实时采集电弧电压信号,控制每一个脉冲周期内的平均电弧电压和预设值相同,系统具有很强的弧长调节能力。当扰动发生时,在每一个周期内,电弧电压的平均值和设定值之间既不存在静态误差也不存在瞬态误差,弧长可以在数个周期内调整到稳定。在深入研究电弧动态调节过程的基础上,对原来方案进行优化设计。试验结果表明,该系统具有优异的电弧自身调节特性,焊接工艺性能良好。     

铝合金脉冲MIG焊过程双变量解耦控制

针对铝合金脉冲熔化极惰性气体保护焊(Metalinert-gas welding,MIG)过程中,焊接参数匹配范围窄、参数间耦合作用强、焊接过程不稳定、焊缝成形差等关键问题,提出双变量解耦的控制方案.利用视觉传感同时反馈熔宽和干伸长信号,一方面调整双脉冲占空因数进行可变双脉冲熔宽控制;另一方面,在熔宽控制的同时,改变送丝速度同步控制干伸长,在控制焊缝成形的同时保证焊接过程的稳定.设计模糊PID控制器,采用基于xPC的实时目标环境,建立铝合金脉冲MIG焊快速原型控制平台,在此基础上,利用图像视觉传感和相应的图像处理算法,采用补偿解耦的方法进行双变量解耦控制试验,获得了良好的解耦控制效果,得到熔宽均匀的焊缝.结果表明,采用双变量解耦的控制方案能够实现铝合金脉冲MIG焊过程的控制,在保证焊接过程稳定的基础上,实现了良好的焊缝成形.     

脉冲旁路耦合电弧MIG焊的动态数学建模及过程控制

脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护(Metal inert-gas, MIG)焊是一种新型的低热输入焊接方法,它通过特定的接法引入旁路电弧与主路电弧实现热、力的耦合,利用旁路电弧的分流作用,实现熔化母材热量与熔化焊丝热量的独立控制,从而在精确控制母材热输入的同时保证熔滴的自由过渡形式,可以实现铝-钢等异种金属的连接。为了理论分析不同焊接参数对焊接过程的影响,通过等效、线性化处理与迭代数值求解算法,建立可以正确描述焊接物理过程的动态数学解析模型;针对焊接过程中耦合电弧稳定性较差且直接影响焊接质量的问题,提出通过检测弧压波动的反馈信号、实时调节送丝速度、进而控制耦合电弧稳定性的闭环控制方案,并基于快速原型系统进行焊接过程控制仿真与试验。仿真结果表明,当焊接过程受到干扰后,采用闭环控制方案可以显著提高耦合电弧的稳定性;焊接试验证明了控制仿真的预测与分析,进行闭环控制后,焊接过程更加稳定同时得到了成形良好的铝-钢异种金属接头。     

脉冲MIG焊熔滴过渡控制的新进展

介绍脉冲MIG焊（熔化极惰性气体保护焊）熔滴过渡控制的发展现状,分析了现有控制法存在的局限性,阐述一种最新的控制法—熔滴过渡光谱控制法的原理、优越性及其进展。指出这方面的发展趋势。电弧光谱信号在反映脉冲MIG焊熔滴过渡方面有很大的优越性,其信号品质和灵敏度远胜过以往的信号。相应的光谱控制法已在实验室成功地实现了脉冲MIG焊1峰0基的精确控制,并可能推广用于2峰0基、3峰0基的控制,甚至推广用于连续电流焊条件下熔滴过渡的控制中,工艺适应性宽,前景广阔。     

单电源三丝MIG焊的交替燃弧特性

三丝焊作为一种高效的焊接方法受到重视,而电弧形态及燃弧特性是反映焊接过程稳定性,决定焊缝成形及质量的重要因素。试验中搭建三丝熔化极惰性气体保护(Metal inert-gas,MIG)焊系统,利用Mult Daq电信号采集系统采集焊接电流和电弧电压波形,借助高速摄像系统同步拍摄电弧形态及熔滴过渡过程,实时监测焊接过程。观察不同电弧电压下的焊丝燃弧情况及熔滴过渡方式,研究短路过渡和大滴过渡形式下的交替燃弧机理,以及电弧电压对单电源三丝MIG焊交替燃弧过程的影响。结果表明,当焊接电源供给能量较小时,并联的三根焊丝上的电流分配呈现"此消彼长"的规律而导致电弧在焊丝间交替燃烧,且焊丝在电弧空间中的位置决定了焊丝上的电流分配。随着电弧电压的增加,交替燃弧频率减小。当电弧电压达到34 V时,三根焊丝同时燃弧,无交替燃弧现象,交替燃弧频率变为0 Hz。     

基于视觉反馈的铝合金脉冲旁路耦合电弧MIG焊过程熔宽控制

文章针对脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊（melt inert-gas welding,MIG焊）焊缝的熔宽控制问题,利用工业摄像机（CCD）高速拍摄获得的焊缝熔宽视觉传感信号作为输入变量,控制输出变量焊机送丝速度进行焊接过程。通过采用LabVIEW组态软件作为上位机软件,设计使用增量式PID控制器,建立了铝合金脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊控制平台,在此基础上利用图像视觉传感技术以及相应的图像处理算法,采用补偿解耦的方式进行4mm的铝合金钢板的焊接试验。结果表明：采用脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊的方式,利用视觉信号为反馈量,送丝速度为控制量的控制策略可以实现焊接过程熔宽的实时控制,并保证了焊接过程的稳定和焊缝成型的美观度。     

CO_2气体保护焊在风电场塔筒制作中的实践分析

二氧化碳气体保护电焊弧的保护气体是二氧化碳。因为二氧化碳气体有着热物理性能的特殊作用,在使用普通的焊接电源的过程中,焊丝前端的熔化金属无法形成相对均衡的轴向自由过度,一般情况下,使用熔滴缩颈和短路进行爆短,所以和MIG焊自由过度相比较会有着较多的飞溅。     

基于电弧光谱的钢熔化极惰性气体保护焊质量判识

通过对熔化极惰性气体保护电弧焊(MIG焊)电弧光谱分布进行采集,研究其光谱分布的基本特征,并基于光谱分布的分析,通过预设干扰因素,对不同特征谱段光谱信号随焊接过程的变化进行采集,寻求MIG焊接质量在线光谱测控的理论依据和工程实现.研究结果表明,MIG焊电弧光谱在不同谱段存在金属谱线和Ar谱线聚集区.在不同弧长下的不同熔滴过渡形态,其光谱信号在特征谱段得到明显反映,电流变化引起的焊道变宽也有很好的特征信号;不同干扰因素引起的焊接缺陷,在焊接电弧光谱信号不同谱段的分布和变化规律不同,通过对特征谱段信息的采集,可以获得关于焊接过程信息的特征信号,从而实现对MIG焊接质量的分类判识.     

IGBT逆变电源CO2气体保护焊低飞溅的控制与实现

针对CO2气体保护焊焊接过程存在的飞溅大、成形差的缺点,以IGBT逆变弧焊电源为基础,对CO2焊短路过渡过程的动态信息参数电压、电流、信号进行分析、研究,确定了通过短路过程电弧的电参数来判别短路开始、颈缩、重新燃弧等不同阶段的信号源。结果表明:基于IGBT逆变CO2电源的电流波形控制,能够实现电流波形的分段精细控制,达到稳定焊接过程,减小飞溅,改善焊缝成形的目的。     

Multisensor-based monitoring of weld deposition and plate distortion for various torch angles in pulsed MIG welding

Manufacturing companies often fail to maintain good weld quality due to poor arc stability and distortion after welding. Weld quality can be improved by reducing the transverse shrinkage and the angular distortion in butt welding. The welding deposition efficiency is also an important economic factor. In this work, various pulse voltage parameters have been varied along with welding torch angle in pulsed metal inert gas (P-MIG) welding. The experimental results revealed that the peak voltage is the dominant pulse voltage parameter. Various sensors were also used to monitor arc current, arc voltage, arc sound, and also weld temperature. A strong relationship between arc sound (as well as arc power) and transverse distortion (as well as metal deposition) was found to exist in P-MIG welding. The frequency domain features of welding arc sound were also extracted and correlated to the process characteristics.     

INTELLIGENT CONTROL SYSTEM OF PULSED MAG WELDING INVERTER BASED ON DIGITAL SIGNAL PROCESSOR

A fuzzy logic intelligent control system of pulsed MAG welding inverter based on digital signal processor （DSP） is proposed to obtain the consistency of arc length in pulsed MAG welding. The proposed control system combines the merits of intelligent control with DSP digital control. The fuzzy logic intelligent control system designed is a typical two-input-single-output structure, and regards the error and the change in error of peak arc voltage as two inputs and the background time as single output. The fuzzy logic intelligent control system is realized in a look-up table （LUT） method by using MATLAB based fuzzy logic toolbox, and the implement of LUT method based on DSP is also discussed. The pulsed MAG welding experimental results demonstrate that the developed fuzzy logic intelligent control system based on DSP has strong arc length controlling ability to accomplish the stable pulsed MAG welding process and controls pulsed MAG welding inverter digitally and intelligently.     

CHARACTERISTICS OF DROPLET TRANSFER IN CO2 LASER-MIG HYBRID WELDING WITH SHORT-CIRCUITING MODE

LF6 aluminum alloy plates with 4.5 mm thickness are welded in this experiment.Welding is carried out by using the CO2 laser-MIG paraxial hybrid welding in flat position. The experimental results indicate that the inherent droplet transfer cycle time of conventional MIG arc is changed due to the interaction between CO2 laser beam and MIG arc in the short-circuiting mode of laser-MIG hybrid welding. Because of the preheating action of CO2 laser to electrode and base material, the droplet transfer frequency of MIG arc is increased in the hybrid welding process. When laser power is increased to a certain degree, the droplet transfer frequency is decreased due to the effect of laser-induced keyhole. Furthermore, through analyzing the MIG welding current and arc voltage waveforms and the characteristics of droplet transfer in the hybrid welding process, the effect of laser energy and the action point between laser beam and arc on the frequency of droplet transfer and weld appearance is investigated in details.     

基于电弧传感器的焊缝自动跟踪系统的研究

研制电弧传感器的焊缝自动跟踪系统 ,采用具有先进性能的开关型MIG MAG脉冲焊接电源 ,将电流和电压信号同时用作传感信号 ,通过电弧的扫描 ,既实现了焊接过程的自动跟踪 ,又解决了打底焊道的熔透问题 ,大大提高了产品焊接质量。     

开关型焊接电源及其电弧控制系统

就场效应管开关型焊接电源研制过程中的问题提出有效的解决办法，同时研制成功ＭＩＧ／ＭＡＧ电弧弧长闭环控制系统和随机脉冲稳弧控制方法，获得满意的工艺效果。     

脉冲MIG焊熔滴过渡光谱控制法的研究

在有关电弧光谱信息研究的基础上,提出并成功地实现了脉冲MIG焊熔滴过渡的光谱控制法。它是一种物理状态控制法。试验表明：当峰值电流、基值电流、脉冲频率等焊接参数改变时,本方法均能保 持熔滴过渡为1峰0基的过渡。它具有精确控制熔滴过渡的能力,能更好地得到稳定的焊接过程和焊接质量。它还具 有抗干扰能力强、工艺适应性好、在线调节方便等一系列优点,并可期望用于2峰0基、3峰0基等的控制中,有很大的 发展潜力,为脉冲MIG焊过程和质量的自动控制提供了一个崭新的方法,是电弧光谱信息应用的新的重要发展。 试验还表明,光谱峰后切换法是实现1峰0基的最佳控制策略。论述了该方法的控制系统、原理、控制策略、焊接参数、 试验结果与分析等。     

Study on automatic control of arc gap in robotic TIG welding

This paper presents a method for automatic control of arc length in tungsten inert gas (TIG) welding process using the arc voltage. By using this method, the role of operator in arc length control is played by an automatic control system based on a predefined arc voltage value for any special welding operation. A dynamic model for feed-rate mechanism and the relation between variations of arc length and voltage are described in details. Using a proportional-integral controller, variations of arc length in welding path is compensated with an automatic feed-rate mechanism in a normal direction to the welding path. By keeping the voltage constant during the process, a stable weld with higher quality and better appearance is obtained specially in welding of uneven surfaces. Theoretical and practical investigations show that the suggested method is able to control the TIG welding process successfully. Test results show that an accurate weld is obtained without the interference of the operator, and by comparing the predefined values of arc voltage with what is practically obtained, the welding gap is automatically adjusted.     

逆变电源的非线性综合控制法

设计了一种非线性综合控制法，当系统的输出与给定值之差超过某阈值时，采用非线性控制，迅速改变逆变器工作脉冲宽度，提高系统的响应速度。由于采用了对称脉冲控制方式，在工作脉冲剧烈变化时，仍能保证中频变压器的正负伏秒数平衡，避免了变压器的偏磁现象，系统工作可靠。试验表明，非线性综合控制法有效地提高了逆变电源的动态响应性能，这对波形控制的逆变ＣＯ２电弧焊机、逆变脉冲ＭＩＧ焊机等具有重要意义。