脉冲熔化极气体保护焊焊接电源—电弧系统建模与仿真

因脉冲熔化极气体保护焊(Pulse gas metal arc welding,GMAW-P)焊接电弧负载非线性与时变性的特点,GMAW-P焊接电源-电弧系统的研究、设计及其控制参数的选定有其固有的难点。采用基于Matlab/Simulink扩展工具S函数模块设计技术,建立GMAW-P焊接电源-电弧系统动态仿真模型。基于所建立的仿真模型,在完成对控制器参数优化设计的同时,实现对GMAW-P电源-电弧系统的抗弧长干扰仿真研究。试验证明,仿真计算结果和试验结果具有较好的一致性,验证了所建仿真模型的正确性、控制系统调节器优化参数的适应性及电源控制系统的动态性能,为GMAW-P焊接电源-电弧系统仿真建模研究及控制器参数的优化设计提供了新的途径。     

CO_2短路过渡焊电弧电压的模糊控制

根据 CO2 短路过渡焊的电弧电压只有与焊接电流形成最佳匹配 ,短路过程才最稳定 ,飞溅量也较少的特点 ,利用模糊控制原理设计了一种以焊接电流为设定参数能够对电弧电压自动寻优的控制系统 ,真正实现了主要规范参数的一元化控制     

CO2短路过渡焊电弧电压的模糊控制

根据ＣＯ２短路过渡焊的电弧电压只有与焊接电流形成最佳匹配,短路过程才最稳定,飞溅量较少的特点,利用模糊控制原理设计了一种以焊接电流为设定参数能够对电弧电压自动寻优的控制系统,真正实现了主要规范参数的一元化控制。     

脉冲GMAW焊接极性对高压环境下焊缝成形的影响

高压环境会造成焊接电弧收缩,焊接过程较不稳定。鉴于脉冲熔化极气体保护焊(Pulsed gas metal arc welding,GMAW-P)具有热输入量可控、电弧挺度较好等特点,将其应用于高压环境下是一个有益尝试。开展压力在0.1~1.0 MPa范围内不同极性下的干法GMAW-P试验,分析随着环境压力升高电流电压波形图的变化趋势,由此确定焊接极性不同时焊接过程稳定性随环境压力升高的变化规律;在此基础上,对比分析不同极性下GMAW-P焊接飞溅及焊缝成形随压力升高的变化规律。随着环境压力增加,在直流反接情况下,电流电压波形周期性逐渐减弱,焊接过程趋于不稳定,飞溅逐渐增多,焊缝成形变差;而采用直流正接方式时,高压下电流电压波形的周期性虽然不及常压下稳定,但相较于同一压力下的直流反接方式,周期规律性有所增强,焊接过程相对稳定,且焊接时产生的飞溅比采用直流反接方式时的飞溅少且颗粒小。另外,随环境压力增加,两种极性GMAW-P焊缝宽度均有变窄的趋势,余高也随之增加。对高压环境下不同焊接极性GMAW-P的电弧形态及相应电弧力进行深入探讨,明确了上述现象出现的原因,为高压环境下焊接工艺的改进提供有效的理论依据。     

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。     

基于Hammerstein模型的GMAW-P焊接熔深自适应预测控制

针对脉冲熔化极气体保护焊(Pulsed gas metal arc welding,GMAW-P)过程中焊接熔深的实时控制,使用脉冲峰值期间的电压变化幅值(ΔU)来表征焊接熔深变化,并且通过测量和控制ΔU的大小来间接达到熔深控制的目的。建立了以ΔU为输出和脉冲基值电流为输入的单输入单输出熔深控制系统。系统输入输出之间的静态关系模型显示该熔深控制系统具有一定非线性,因此,采用加入干扰的Hammerstein模型描述该非线性系统。在基于该Hammerstein模型的经典预测控制算法基础上,在控制过程中加入递推最小二乘法在线辨识模型参数,从而实现焊接熔深自适应控制。控制算法仿真和实时焊接试验表明该熔深控制算法能够较好地实现GMAW-P焊接过程中的熔深控制。变散热试验结果验证了该控制算法的有效性和适应性。     

可摆脱操作技能依赖性CO_2焊规范参数的模糊控制系统

研制一种以 16位 80c196kc数字单片机为核心器件 ,通过自主开发软件实现基于降低操作技能依赖性的模糊控制系统。系统设计了 2个模糊控制器。其中的PID参数自适应模糊控制器的任务是补偿电弧电压寻优控制过程中焊接电流的偏差 ,使由操作者焊前所设定的焊接电流保持不变。另一个模糊控制器的任务是在设定电流下对电弧电压进行以实现最高短路过渡频率为目标的自寻优。通过 2个模糊控制器的控制自动使电弧电压与设定焊接电流形成最佳匹配 ,摆脱在规范参数选择上对操作技能的依赖性     

可摆脱操作技能依赖性CO2焊规范参数的模糊控制系统

研制一种以16位80c196kc数字单片机为核心器件,通过自主开发软件实现基于降低操作技能依赖性的模糊控制系统.系统设计了2个模糊控制器.其中的PID参数自适应模糊控制器的任务是补偿电弧电压寻优控制过程中焊接电流的偏差,使由操作者焊前所设定的焊接电流保持不变.另一个模糊控制器的任务是在设定电流下对电弧电压进行以实现最高短路过渡频率为目标的自寻优.通过2个模糊控制器的控制自动使电弧电压与设定焊接电流形成最佳匹配,摆脱在规范参数选择上对操作技能的依赖性.     

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。     

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。     

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.     

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.     

ER120S-G高强钢电弧增材制造的工艺优化

针对ER120S-G高强钢电弧增材制造搭接间距的工艺优化问题,采用脉冲熔化极气体保护焊(GMAW-P)工艺,对5组单层焊道进行Canny边缘提取和高斯平滑滤波,并选用不同函数对单道形貌进行拟合。比较了常规搭接模型和优化的斜顶搭接模型,并计算出它们的最优搭接间距。研究结果表明,对于高强钢GMAW-P工艺,采用正弦函数拟合焊道边缘的效果最佳,并且采用优化的斜顶搭接模型得到的最优搭接间距为0.66倍的单道宽度。基于上述优化结果试验成形了多层多道块体样件,成形表面质量良好无缺陷,块体组织主要为针状铁素体、粒状贝氏体以及M-A组元等,抗拉强度呈现一定的各向异性。     

基于周期平均值外特性的脉冲MIG焊弧长稳定性研究

通过对脉冲熔化极惰性气体保护(Metal inert gas,MIG)焊脉冲平均电流电压变化率的计算,提出脉冲周期平均值外特性曲线,并对弧焊电源脉冲周期平均值外特性曲线和电弧静态性曲线的动态稳定工作点进行详细分析,得出利用脉冲平均值外特性控制脉冲MIG焊的控制策略。同时运用双闭环控制实现了基于弧压反馈的I/I模式控制数字化弧焊电源,此电源能在送丝速度稳定情况下自适应弧长扰动变化,实现脉冲弧焊过程一脉一滴熔滴过渡。通过弧长阶跃试验表明,脉冲弧焊过程中焊丝熔化速度快速跟踪弧长变化,具有良好的弧长动态调节性能,保持弧长动态稳定,即焊接过程稳定,焊缝成形良好,同时验证了分析过程正确性和设计过程的可行性。