全数字控制CO2焊Matlab/Simulink建模与仿真

利用Matlab／Simulink对全数字控制CO2焊的短路过渡过程进行了仿真,建立了“功率变换电路单元一数字控制单元一送丝单元一短路过渡负载单元”的CO2焊系统仿真模型,从整体上对CO2焊全数字控制逆变焊机系统进行了研究。短路过渡负载模型中考虑了燃弧期间和短路期间熔滴的动态变化过程,采用电弧弧长和电爆炸理论来确定短路燃弧与否,从而使数字控制的效果直接在熔滴行为和电弧行为上得以体现。仿真波形与试验结果基本一致,证明所建的系统仿真模型是正确的。     

受控短路过渡CO2焊焊接电流波形参数优化

对于波控短路过渡CO₂焊,电弧峰值电流I_pa,电弧基值电流I_ba以及由峰值电流切换到基值电流所用的时间(拖尾时间t_w)等电流波形参数是可调的,它们对过渡稳定性和焊缝质量具有很大影响,利用正交试验,对不同送丝速度下电流波形参数进行了优化.结果表明,电弧峰值电流的影响最大.送丝速度为320 cm/min时,电流波形参数I_pa,I_ba和t_w无论如何调整,飞溅率均在2.5%以上,焊缝表面质量差;送丝速度为360~400 cm/min时,最优电流波形参数为:I_pa=440 A,I_ba=50 A,t_w=0.6 ms.而在400 cm/min的送丝速度下,在宽广的电流波形参数范围内(I_pa为440~480 A,I_ba为30~50A,t_w为0.6~0.8 ms)均可获得飞溅率极低、焊缝表面质量好的稳定焊接过程.     

全数字控制短路过渡CO2焊波形控制研究

从全数字控制角度出发，针对目前常用短路过渡CO2焊波形控制方式的不足，提出了自然波形控制方案。工艺试验证明，与传统波形控制方法相比，自然波形控制在短路过渡的中大工艺参数区间内抑制瞬时短路作用明显，短路过渡频率较高，焊接电孤稳定性增强。     

CO2焊电流波形在线自适应控制系统

介绍了一种针对短路过渡的CO2焊接过程的电流波形在线自适应控制系统。它通过以短路过渡频率和电弧声能量,作为表征和传感焊接过程稳定性和飞溅的参数,建立了焊接规范和波形控制参数的神经网络优化模型,采用神经网络自适应调整PID参数的双闭环波形控制算法,实现对焊接过程的在线自优化实时控制。试验结果表明,采用该控制系统的焊机,实现了焊接规范及波形控制参数的自动匹配和优化,同时降低了焊接过程飞溅,提高了熔滴过渡的稳定性。     

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。     

CO2气体保护焊短路过渡过程的闭环实时控制

为了减少CO2气体保护短路过渡焊的飞溅,本文提出了短路过渡过程的闭环实时控制思想并进行了试验研究。在熔滴与熔池发生短路及液体小桥爆断这两个最容产生飞溅的时刻,利用大功率电子关元件切换焊接回路外串电阻的方法及时降低焊接回路中的电流。在前一时刻维持较低电流至溶滴与熔池充分接触,在后一时刻维持较低电流至熔滴过渡完毕,该方法能有效地抑制由瞬时短路造成的大颗粒飞溅和由电爆炸产生的细颗粒飞溅,实现了CO2气体保护焊短路过渡过程的闭环实时控制。     

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。     

双处理器用于机器人CO2焊的智能控制技术

在基础级单机工业控制设备中,越来越多的设备不仅仅要满足于技术指标,同时还要吏设备的设置简明,清晰,针对以上的目的,本文为机器人弧焊设计研制了一种双微处理器ＣＯ２焊接智能控制器。     

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.     

CO2气体保护焊表面张力的过渡

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。     

全数字化多功能焊接电源平台

建立了包括焊条电弧焊、氩弧、短路过渡、单脉冲和双脉冲在内的五种工艺的焊接电源平台,该平台由焊接电源本体、送丝电机及冷却水箱构成.分析了它的工作原理并阐述了主要功能.重点讨论了短路过渡、单脉冲和双脉冲MIG/MAG焊的工艺全数字实现原理及过程,进行了额定400A的焊接电源平台试验.结果表明,采用全数字控制方法实现多种气体保护焊焊接工艺是完全可行的,在不改变硬件电路情况下,仅仅改变软件就可以满足不同焊接工艺需求,且焊接性能优良.     

Effects of current waveform parameters during droplet transfer on spatter in high speed waveform controlled Short-circuiting GMAW

Aim at improving the stability of the Short-circuiting Gas Metal Arc Welding （GMAW-S） process for the enhanced speed usage, effects of current waveform parameters during short-term on the welding stability have been investigated by experimental method. The welding power source used for the research is an inverter with a special current waveform control. It is shown that the spatter decreases at first then increases with each increase of the low current period, current increase rate and the maximum current limit. The test results are provided for welding of 1 mm and 3 mm mild steel at speed of 1.2 m/min. The stable GMA W-S process under high speed welding condition has been achieved by optimizing the parameters.     

短路过渡GMAW系统动态过程参数的研究

从全系统的角度研究了短路过渡GMAW系统动态过程参数的内在联系.以焊接回路模型为主体,进行了短路过渡GMAW过程全系统的动态模型建立,并在此基础上讨论了焊接电流的变化影响到焊丝熔化速度的动态变化,并进一步影响到焊丝伸出长度和液桥高度的动态变化.     

Effects of current waveform parameters during droplet transfer on spatter in high speed waveform controlled Short-circuiting GMAW

0IntroductionThe spatter in GMAW-S process is mainly caused byrapid heating of the melted liquid bridge between the weldpool and the electrode during droplet transfer phase or byfailure of arc reignition.To reduce spatter,the early effortwas to control th…     

Study on chaos in short circuit gas metal arc welding process

Based on the chaos theory, an idea is put forward to analyze the short circuit Gas Metal Arc Welding （ GMAW-S） process. The theory of phase space reconstruction and related algorithms such as mutual information and so on, are applied to analyze the chaos of the GMAW-S process. The largest Lyapunov exponents of some current time series are calculated, and the results indicate that chaos exists in the GMAW-S process. The research of the chaos in the GMAW-S process can be help to get new knowledge of the process.     

GMAW短路过渡过程中瞬时短路现象的分析

对GMAW短路过渡过程中的瞬时短路现象进行了力学动态分析,建立了基于熔滴液体压力、电磁收缩力、表面张力的瞬时短路力动态平衡临界条件.通过微距高速摄影技术和图像处理技术,获得了熔滴半径的变化数据,并结合电信号分析.结果表明,计算所得数值所反映的短路进程状态和图像所示的完全吻合,认为瞬时短路力动态平衡临界条件真实有效.并进一步基于此临界条件分析了熔滴形态对瞬时短路的影响,认为熔滴和熔池接触瞬间的径向半径如果小于轴向半径,则接触处的径向表面张力所产生的压力大于零,瞬时短路开始且不可逆,即纺锤形熔滴易造成瞬时短路.最后对瞬时短路现象进行了分类和定量研究,并提出了瞬时短路现象的新的解释.     

新型低飞溅高能量短路过渡波形控制技术

波形控制方案是实现短路过渡CO2气体保护焊焊接质量的关键.针对目前常用的恒流波形控制方案焊丝干伸长适应能力差和恒压波形控制方案燃弧后期熔滴排斥作用明显,容易产生瞬时短路的不足,提出了一种新的波形控制方案—自然波形控制方案.该方案根据短路过渡时间和空间的不同,自动调整波形控制参数,在燃弧期间和短路期间都采用斜率控制方式,减少熔滴的排斥作用,实现熔滴与熔池的自然接触短路.结果表明,自然波形控制方案具有促进熔滴与熔池发生自然接触短路,熔滴过渡规律性强,焊接飞溅小,燃弧能量高的特点.     

Digital control of pulsed gas metal arc welding inverter using TMS320LF2407A

A digital control of pulsed gas metal arc welding inverter was proposed. A control system consisting of analogue parts was replaced with a new digital control implemented in a TMS320LF2407A DSP chip. The design and constructional features of the whole digital control were presented. The resources of the DSP chip were efficiently utilized and the circuits are very concise, which can enhance the stability and reliability of welding inverter. Experimental results demonstrate that the developed digital control has the ability to accomplish the excellent pulsed gas metal arc welding process and the merits of the developed digital control are stable welding process, little spatter and perfect weld appearance.     

基于ARM微控制器的CO2电弧焊全数字化逆变电源设计

采用基于ARM7TDMI-S内核的LPC2131微控制器设计了一种全数字化控制的CO2电弧焊逆变电源,完成了硬件电路和软件程序.在设计方案中采用了独立的送丝系统和全桥逆变主电路,选择了送丝速度作为其它焊接参数控制的基准.充分利用了片内软硬件资源,ARM控制器产生一路双边沿PWM脉冲并转换输出,通过电流、电压检测以分时进行短路电流和燃弧电压控制.其硬件结构简单可靠,控制软件可通过升级接口更新算法.文中介绍了设计思路和方法,对全数字化焊接电源研究和开发具有参考价值.     

高压干法GMAW熔滴排斥过渡形成机理

采用红外激光作为背光源,应用高速摄像系统对高压干法GMAW熔滴过渡进行了研究.以三种不同送丝速度,分别进行了0.1～2 MPa的氩气环境GMAW试验.结果表明,随着环境压力的增加,熔滴过渡形式均转变为排斥过渡.在排斥过渡熔滴长大过程中,始终伴随着电弧弧根沿一侧上爬至熔滴的近焊丝端现象,从而对熔滴产生了不对称的侧向力作用,加之高压环境中弧根面积减小导致熔滴所受的电磁力为熔滴过渡的阻力,两者共同作用最终形成了高压干法GMAW的排斥过渡.通过对比不同环境压力下的弧根位置照片发现,这种弧根上爬现象也同时存在于常压和环境压力较低时.并采用理论模型推导了电弧弧根上爬的条件及影响因素.