Coaxial TIG‐YAG & MIG‐YAG welding methods

Abstract

Arc stability in AC/DC pulsed MIG welding is mostly determined by the performance of the arc length control system. This system detects the arc voltage as arc length information for feedback purposes and varies the output of the welding power source so that the arc voltage is equal to the voltage set point. For example, at a high arc length, the arc voltage increases. The pulse frequency is reduced in response, the wire melting rate is reduced and the arc length is returned to normal.     

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.     

逆变弧焊机电弧推力自适应控制系统

在焊接电流确定的条件下,引弧瞬间的焊机输出电压反映了焊接电缆长度、截面积以及连接情况等重要信息。本研究装置是基于MC68HC11单片机控制的逆变焊机电弧推力自适应的控制系统,首先通过对引弧瞬间焊机输出电压的实时检测,实现了电弧推力拐点电压随焊接电流及焊接电缆长度,截面积等改变而自动;然后通过对焊接电弧 实时检测与模糊处理控制焊机的输出电流,从而使MMA手工电弧焊的以推力控制具有很强的自适应能力。     

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。     

嵌入式系统控制双丝旁路耦合电弧MIG焊

采用嵌入式系统控制双丝旁路耦合电弧MIG焊进行了控制试验,开环状态焊接,主路电弧和旁路电弧的相互影响,旁路弧长不稳定,旁路电流会发生剧烈跳变,使焊接过程不稳定,存在焊接缺陷,焊缝成形差.基于弧压反馈的过程稳定性试验表明,嵌入式系统可以实时反馈旁路弧压,调整旁路送丝速度,控制旁路弧长稳定,确保焊接过程稳定;基于电流控制的过程稳定性试验表明,嵌入式系统可实时反馈旁路电流,判断电流变化趋势,对旁路电流进行适时调整,保证母材电流稳定.采用嵌入式控制系统同时控制旁路送丝和旁路电流,可保证焊接过程稳定进行,避免产生焊接缺陷,焊缝成形良好.     

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。     

Correction factor based double model fuzzy logic control strategy of arc voltage in pulsed MIG welding

0Introduction Improvedstabilityofweldingarclengthhasbecome increasinglyimportantforhigherweldingquality.Thesta bilityofweldingarclengthisdependentontwoaspects: oneistheintrinsicself adjustmentofarc,anotheristhe effectoftheweldingconditionparametersandthe…     

金属粉末再压缩等离子弧焊接工艺

提高电弧穿透能力是等离子弧焊接领域的重要课题.自主设计并搭建了金属粉末再压缩等离子弧焊接新工艺试验平台,采集焊接过程电信号、视觉信号、弧光光谱信号等,并从焊缝成形、电弧电压、熔融金属过渡、弧光光谱等方面对金属粉末再压缩等离子弧焊接过程进行了初步的研究.在相同焊接电流195 A条件下,与常规等离子弧焊接工艺相比,金属粉末再压缩等离子弧焊接焊缝熔深增加1.29 mm、熔宽减少1.65 mm、电弧电压升高0.63 V.在波长为230 ~ 270 nm范围内,与常规等离子弧焊接相比,金属粉末再压缩等离子弧焊接中Fe和Cr元素的特征谱线明显增多. 结果表明,在相同电流条件下,与常规等离子弧焊接相比,金属粉末再压缩等离子弧焊接电弧穿透能力增强.     

微机控制IGBT逆变式脉冲MIG焊电源的研究

建立了微机控制和ＩＧＢＴ逆变式脉冲ＭＩＧ焊电源系统,实现了ＭＩＧ焊接过程弧压自适应闭环控制。实验表明,该系统对弧长扰动有较强的适应能力,可在深坡口中稳定焊接。     

钨极氩弧焊弧长自动控制系统

针对钨极氩弧焊因工件表面高低不平、钨极烧损以及焊接变形等导致电弧弧长波动的问题,基于单片机和步进电机细分驱动技术,以电弧电压作为弧长表征量,设计了滤波电路解决焊前高频引弧及焊时稳弧干扰问题,设计与制作了弧长自动控制系统,编写带死区变积分PID控制算法和控制程序。焊接试验表明:高频高压干扰能完全被滤除,系统稳定性好;变积分PID控制算法应用于TIG焊接弧长自动控制可显著提高系统的响应速度和控制精度,具有更好的应用前景。     

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.     

焊剂带约束电弧特性的试验分析

通过向电弧两侧连续送入焊剂带以约束电弧的方法,对焊剂带约束电弧的特性进行了研究.结果表明,焊剂带靠弧柱区的热量被加热熔化,在稳定的焊接条件下,形成一个确定的焊剂带与电弧作用长度,其大小随电弧电压的减小,送带速度的增加而增大,这一参数直接影响着焊剂带约束电弧的形态,增加它可使电弧长度增长而宽度减小,进而可使焊缝的熔深增加而熔宽减小;焊剂带与电弧中心距离的减小可明显减小电弧的宽度,使焊缝熔宽减小而熔深增加;利用焊剂带约束电弧的特性可以实现超窄间隙焊接.     

Realizing precision pulse TIG welding with arc length control and visual image sensing based weld detection

Methods of arc length control and risual image based weld detection for precision pulse TIG welding were investigated. With a particular all-hardware circuit, arc voltage during peak current stage is sampled and integrated to indicate arc length, deviation of are length and adjusting parameters are calculated and output to drive a step motor directly.According to the features of welding image grabbed with CCD camera, a special algorithm was developed to detect the central line of weld fast and accurately. Then an application system were established, whose static arc length error is 0. 1 mm with 20 A average current and 1 mm given arc length, static detection precision of weld is 0. 01 mm, processing time of each image is less than 120 ms. Precision pulse TIG welding of some given thin stainless steel components with complicated curved surface was successfully realized.     

管道全位置遥控焊接装置控制系统

核环境中的管道焊接修复,需要采用遥控方式来完成.根据核环境下管道修复的特点,在自主开发的小口径管道全位置焊接机头的基础上,对遥操作控制系统进行了研究.系统由工控机上插接PC—6501D板卡组成,通过VC++6.0编程提供驱动器的信号,实现整个系统的运动.加入闭环弧压反馈调节机构,以保证全位置焊接过程中电弧长度稳定,提高焊缝成形质量.结果表明,控制系统可以实现全位置焊接的速度和方向可调,并且在闭环弧压反馈调节的控制下,电弧电压的偏差不超过±0.2V,焊缝成形好.     

精密脉冲TIG焊接中的弧长跟踪技术

在研究小电流脉冲TIG焊接弧压与弧长对应关系的基础上 ,提出了一种新的基于硬件电路的弧长传感与控制技术 ,并建立了相应的弧长跟踪系统。工艺试验表明 ,采用该技术可实现较宽电流范围内的脉冲TIG焊及直流TIG焊的弧长跟踪控制 ,在平均焊接电流 2 0A ,弧长给定为 1mm时的弧长跟踪静态误差为± 0 .1mm。整个系统控制精度高 ,动态响应快 ,运行可靠。该技术较好地解决了常规的弧长跟踪方法所无法解决的复杂曲面薄壁不锈钢试件焊接过程中的弧长跟踪问题 ,取得了较好的工艺效果     

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.     

一种基于亚射流的PMIG焊电弧电压控制方法

针对熔化极脉冲氩弧焊(PMIG焊)主要采用恒流控制和等速送丝的焊接方式,提出了一种基于亚射流的PMIG焊电弧电压控制方法;其控制原理是对每个脉冲周期的平均电弧电压进行检测,当平均电弧电压在亚射流区域内,则完全依靠其在亚射流区域内固有的自身调节能力进行调节,当平均电弧电压超出亚射流区域后,在其它焊接参数不变的条件下,通过改变基值时间来改变脉冲周期内的平均电流值,从而改变焊丝熔化速度,提高电弧调节能力和抗扰动能力.结果表明,采用该控制方法可以显著改善焊接电弧的动态响应特性,有效抑制电弧电压的扰动,焊缝成形均匀一致.     

窄坡口MAG焊摆动宽度对电弧行为特性的影响

以窄坡口焊枪摆动数学模型和焊丝熔化模型为基础,建立窄坡口MAG焊枪摆动系统的电弧长度数学模型。进行射流过渡和短路过渡条件下不同焊枪摆动宽度的焊接试验。通过高速摄像系统得到电弧和熔滴图像,分析焊枪摆动宽度对电弧和熔滴过渡的影响。利用建立的数学模型模拟电流、电压和弧长随时间变化的规律,对焊枪摆动宽度为3 mm时的短路过渡焊接试验中的电弧和熔滴现象进行理论解释。研究发现,在侧间距(焊丝到侧壁的距离)为0~0.5 mm时,电弧燃烧稳定,熔滴过渡平稳,焊缝质量良好。     

斜特性式脉冲CO2焊电源自适应控制方法

在脉冲CO2焊设备采用恒流控制电流波形时,其外特性也就变为恒流特性,这样就需要在恒流闭环控制CO2焊脉冲电流波形的基础上采用相应措施,来保证CO2焊电源具有足够的电弧电压自动调节性能.从电弧能量控制的角度,研究了通过控制CO2焊燃弧过程峰值电流时间的途径来闭环自动调节脉冲CO2焊电弧电压的斜特性式控制方法;提出了以脉冲式CO2焊逆变电源外特性斜率为判据的控制算法,使脉冲CO2焊电源输出外特性斜率可调.结果表明,斜特性脉冲CO2焊电源能在焊接过程中自适应调节电弧电压,并可通过改变电源外特性斜率来定量调节电源对弧长的自动调节强度.     

熔化极气体保护焊的直接自适应控制

焊接电流和电弧长度是熔化极气体保护焊(GMAW)焊接过程的主要状态变量,决定了熔滴的过渡过程、热量输入和焊缝成形.文中在分析GAMW焊接工艺过程的基础上,建立了焊接电流和电弧长度的数学模型,采用基于二次型性能指标的直接自适应控制算法,通过调节焊接电源输出电压和送丝速度的大小,使焊接电流和电弧长度能跟踪参考模型的输出.同时,针对实际应用中难以检测的电弧长度,建立了电弧长度估计模型,实现了对电弧长度的软测量.结果表明,该算法可以实现弧长和电流的精确控制.