CO2焊短路过渡过程的同步多信息分析及试验

采用高速摄像技术记录CO2焊的高速变化的短路过渡物理过程,利用计算机数据采集系统通过传感器采集多路信息,成功的实现了焊接电弧及熔滴过渡影像与电弧电压和焊接电流波形的同步控制,通过对照分析高速摄像所拍的影像和电信号检测法所得的波形关系,获得了所反映的焊接短路过渡过程信息,分析了CO2焊短路过渡过程的物理特征,提出了CO2焊短路过渡过程的不同阶段的合理控制方案,依此方案进行波控实验。实验结果显示,飞溅减少,焊缝成形改善。     

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.     

脉冲逆变焊接电源建模与仿真

构建了包含输入、输出整流滤波和逆变、降压等电路的物理模型,通过非线性接口模型,研究了主回路和数字控制系统的整体建模与仿真.建立了动态焊接过程的系统数学模型,利用Matlab对焊接电源系统进行了仿真研究,然后定量分析了扰动作用下各物理量变化规律和系统动态响应过程,有效预测了脉冲MIG焊接电源的工作过程,指出了焊接电流和电弧电压控制的意义,为进一步研究指明了方向.     

IGBT逆变CO2焊接电源动态品质的研究

介绍了国内外CO2焊研究应用现状及发展趋势，分析了IGBT逆变CO2焊接电源的动态特性的指标及影响因素，并探讨了采用波形控制方法改善IGBT逆变CO2焊接电源动态品质的研究现状及其发展前景。     

基于DSP的CO2焊短路过程控制

介绍了数字信号处理器(DSP)控制CO2焊短路过渡控制系统，DSP软件进行短路波形控制方案和燃弧波形控制的PI算法，给出了软件控制的焊接电流、电压波形。试验结果表明，该控制方法拄制性能良好，较好地满足工艺性能要求，实现了焊机控制的数字化。     

软开关弧焊逆变电源动特性分析

随着高性能薄板合金的广泛应用,基于实时能量控制波形弧焊技术的发展,对弧焊电源动特性提出了更高的要求．通过对移相全桥弧焊逆变电源的分析,可知移相全桥主电路本质上可等效为Buck模型,利用电路理论推导出小信号模型等效电路的电流传递函数,结合弧焊电源具体特点并进行简化,运用自动控制原理知识分析了弧焊逆变电源的动特性影响因素,并对基于峰值电流反馈的斜坡补偿方法进行具体设计分析,得出了基于峰值电流反馈弧焊逆变电源的动特性与输出回路电抗大小无关的结论．结果表明,仿真和实际电路试验结果均表明分析过程的正确性．     

弧焊逆变电源动态快速反馈控制

在基于输出电流平均建立弧焊逆变电源开环传递函数,通过ＰＩ闭环反馈控制实现恒值输出的基础上,应用输出电感动态快速反降低焊动态过程对电源的输出电流冲击,实现了控制模式的优化。实践证明该模式合理,有效,保证了弧焊逆变电源工作的稳定和可靠性。     

短路过渡CO2焊接熔滴尺寸控制

分析了短路过渡CO2焊接的熔滴形成过程及焊接电流波形对熔滴形状及短路过渡历程的影响规律,对采集获得的焊接过程中的焊接电流信号进行数学处理,采用最小二乘法建立了波形控制短路过渡焊接的焊丝熔化模型.在此基础上,通过控制燃弧初期脉冲电流的宽度调整燃弧能量的大小,对熔滴尺寸控制进行了试验研究.结果表明,随着燃弧脉冲电流宽度的增加,熔滴尺寸单调增加,这说明改变燃弧初期脉冲电流的宽度可以有效地控制燃弧能量和熔滴尺寸的大小.     

CO_2气体保护焊逆变电源闭环控制系统

建立了CO2气体保护焊焊接负载数学模型及相关电源—负载系统仿真模型;采用燃弧末期恒压控制、其余阶段表面张力过渡(surface tension transition,STT)电流波形控制的焊接逆变电源闭环控制结构,设计了焊接电流和电弧电压的模糊神经元PI控制器,构建了CO2焊接逆变电源控制系统仿真平台.结果表明,所设计的闭环控制结构和控制算法能使焊接电流更接近理想的STT电流波形,可改善焊缝成形质量、实现无飞溅过渡;燃弧末期电弧电压恒定,可使电弧有更好的自调节特性.     

An analysis of the dynamic resistance and the instantaneous energy of the CO2 arc welding process

A self-developed welding dynamic arc wavelet analyzer was adopted to analyze and assess the welding process of two CO2 arc welding machines. The experimental results indicate that the instantaneous energy can reflect the influence of the welding current and voltage on dynamic arc characteristic synthetically. Through calculating and analyzing the instantaneous energy, the energy during arc ignition and short circuit in CO2 welding process can be confirmed rationally, thus the foundation for the accurate design and control of the welding current and voltage can be provided. By reducing the ripple disturbance of the dynamic resistance, avoiding peak current and voltage waveform,and enhancing the transition frequency of short circuit suitably, the stability of the welding arc and the weld appearance can be improved.     

交流脉冲MIG弧焊电源及弧长控制

AC PMIG的控制模式是一周一脉一滴，脉冲电流设计在电弧EP极性时间里，其余时间均为基值电流。弧焊电源一次逆变控制电流快速动态过程，二次逆变控制电弧极性。控制系统采用双闭环结构，内环模拟控制电弧电流，外环80C196KC单片机控制电弧电压及电弧极性。根据电弧电压偏差信号及电弧状态，设计了四个控制规则及其控制参数的计算方法。正常焊接状态时变频控制交流脉冲频率。采用这种控制方案，获得了稳定性高、熔滴过渡均匀的焊接过程。     

基于Matlab/Simulink的全数字控制双脉冲焊建模和仿真研究

应用Matlab/Simulink工具对数字控制逆变焊机进行了整体仿真研究,建立了同时带有功率逆变器、数字控制系统和动态电弧负载的系统仿真模型。从整体上对数字控制逆变焊机系统进行了仿真研究,提出用受控源的方法实现了动态电孤负载模型与系统的连接。仿真结果和实验波形吻合,证明了所建的系统仿真模型的正确性,该仿真研究可以应用于弧焊数字控制器的实现和系统的动态分析。双脉冲焊焊铝具有鱼鳞状焊缝表面美观、有效抑制气孔发生和降低裂纹敏感性等优点。基于所建系统仿真模型,在此对全数字控制的双脉冲焊进行了仿真研究。     

一种基于空间矢量调制的弧焊逆变电源PFC控制方法

将空间矢量调制(SVPWM)方法引入到弧焊逆变电源功率因数校正(PFC)技术中，通过控制PWM整流器开关八个基本矢量不同的作用时间，调整输入电压矢量来达到控制输入电流的目的。详细地阐述了SVPWM控制原理和具体实施方案。同时，针对弧焊逆变电源的变动负载的特点，先借助Saber软件通过仿真研究了SVPWM用于弧焊逆变电源的适用性。最后通过DSP控制的试验样机对提出的方案进行了验证，其低电流畸变率，高功率因数和快速的动态响应的特点为弧焊逆变电源的PFC技术提供了一个新的控制途径。     

基于复合控制数字化弧焊逆变电源的仿真分析

在分析了传统控制方法优缺点的基础上,提出了一种基于重复控制和双闭环控制相结合的复合控制弧焊数字化逆变电源控制方案.重复控制利用扰动的重复性特点,逐周期地修正输出电压可以较好地改善系统的稳态特性,双闭环控制利用电流内环快速、及时的抗扰性来有效地抑制负载扰动的影响,可以较好地改善系统的动态特性.在对弧焊的飞溅及焊缝成形影响因素分析的基础上,利用复合控制的数字化系统,在短路阶段通过实时调整di/dt及峰值电流,短路电流采用适当的外拖回拐量,在燃弧阶段,保持燃弧电压稳定的同时,提高再引弧电流,以改善焊接工艺性能.结果分析表明,采用该方式控制的焊接电源,可以减少飞溅,使焊接过程稳定,焊缝成形变好.     

摆动电弧传感的窄坡口GMAW过程系统建模和仿真

为了研究窄坡口对焊接过程的影响规律,根据焊接的能量平衡和熔滴平衡等原理对基于摆动电弧传感的GMAW系统进行数值仿真. 针对焊炬高度的大小随着焊炬在坡口中的摆动不断变化,建立了包括焊炬摆动、电弧长度、电弧非线性负载及弧焊电源-电弧四个子系统的数学模型. 并将此数学模型转换为Matlab/simulink环境下,涵盖整个焊接回路的GMAW系统动态特征仿真模型. 结果表明,当焊接工艺参数相同时,运行系统仿真模型,可以获得和实际焊接试验基本相同的电流、电压波形数据.     

IGBT逆变式波形控制CO2弧焊电源的研究

本文针对ＩＧＢＴ弧焊逆变器，提出并实现了适于短路过渡ＣＯ_２气体保护焊的输出波形控制方法。对焊接电弧参数实时采样以及工艺试验均表明，所研制的逆变式波控ＣＯ_２弧焊电源对减小金属飞溅和改善焊缝成型均有明显效果。     

电弧电压变化量分析熔滴过渡特征的研究

利用焊接过程中熔滴还没有发生短路瞬间的电弧电压变化量△U，可以区分药芯焊丝气体保护焊(FCAW)熔滴过渡特征．绘制了一定焊接条件下的金属过渡模式图，为最终确定FCAW的最佳工艺参数(焊接电流、电弧电压等)提供指导，可实施长时间在践监控熔滴过渡过程。     

自适应恒频短路过渡焊接过程的控制系统

短路过渡焊接时，熔滴过渡频率通常被作为评价焊接过程稳定性及焊接质量的重要指标。本文首先根据短路阶段电源输出电阻的变化曲线，确定了有利于消除瞬时短路及提高熔滴过渡规则性的短路过渡焊接控制电流波形。其次鉴于干伸长电阻热对过渡频率的影响，提出了通过短路过渡中期电源输出阻抗实时检测焊丝干伸长，采用干伸长变化前馈补偿干伸长电阻热对过渡频率影响的方法。最后利用ＭＣ６８ＨＣ１１Ａ１单片机建立了焊丝干伸长变化前馈     

计算机控制的CO2短路过渡过程分析和检测

分析了ＣＯ２焊接的短路过程电弧特点,建立了ＣＯ２焊计算机采集及评价系统。在该系统中,实现了利用个人计算机对ＣＯ２适中过渡焊接过程的电弧电流和电压信号的高速实时采集,并对其信号进行分析,得出对焊接过程的基本估测。该系统界面友好,简单易用,可以对焊接过程的工艺及焊接电源的品质选择起一定的评估作用。     

软开关逆变器在CO2波控电源中的应用研究

将新型软开关电路拓扑和逆变技术引入CO2孤焊电源,保证电源在全范围内实现软开关,使开关管在零电压下开通和关断,开关损耗、开关应力及电磁干扰等得到明显改善,电源逆变频率高、效率高、稳定性好、动特性好。并以此为硬件平台,将波形控制技术引入CO2短路过渡各阶段的焊接电流控制,以软件编程的方式对各阶段焊接电流波形进行精细控制,有效地改善了CO2短路过渡的飞溅大和成形差的问题。