弧焊熔滴过渡的高速摄像与电信号测试分析

针对焊接熔滴过渡频率高、难以观察的特点,以焊接电流、电弧电压、熔滴过渡图像为信息源,建立了高速摄像与电信号小波分析系统,论文阐述该系统的构成并分析系统构建中的关键技术,利用该系统对自行研制的脉冲MIG焊电源熔滴过渡信号进行了测试与分析。结果表明,脉冲MIG焊短路过渡发生时,电弧电压信号、弧焊电流信号发生突变,有明显的特征变化,可直接用于过程控制;而射流过渡、射滴过渡发生时,电弧电压信号、弧焊电流信号变化平稳,没有明显的特征变化,可通过提取熔滴特征信息用于过程检测和质量控制。     

基于PFM平均电流调节的脉冲MAG焊熔滴过渡控制

一脉一滴熔滴过渡形式是脉冲MAG焊熔滴过渡的最理想过渡形式。根据脉冲MAG焊一脉一滴熔滴过渡的要求，采用峰值阶段恒流和基值阶段恒流实现电源外特性，针对两阶段恒流外特性等速送丝条件下弧长的控制问题，通过PFM调节方式实现平均电流的调节，从而调节焊丝熔化速度，解决一脉一滴熔滴过渡过程中弧长的控制问题。试验结果表明所设计的PFM平均电流调节系统能实现良好的脉冲MAG焊一脉一滴熔滴过渡，焊接过程稳定，焊缝成型美观。     

单片机控制等离子喷涂(焊)电源研制

研制了 80 98单片机控制的等离子喷涂和喷焊两用电源 .主电路为带平衡电抗器晶闸管整流电路结构 ,空载电压可分档调节 ,最大输出功率为 1 2 0 k W,电流连续调节范围 30～ 630 A.恒流输出 ,抗网压波动能力强 ,且具有电流预置和规范参数实时数显等功能 ,满足等离子喷涂 (焊 )对电源的要求 .     

三极管式高频脉冲钨极氩弧焊电源

阐述了电流反馈截止式三极管高频脉冲钨极氩弧焊电源的基本原理和电路组成.分析了脉冲电流产生和变化规律.指出了电路参数对电源性能的影响;主回路电感、续流电阻对脉冲频率及脉宽比的影响;以及主回路电感对三极管管压降的影响及电路参数对输出频率、电流波形、外特性曲线形状及三极管工作状态的影响.高频脉冲TIG焊是一种新工艺,由于高频电弧具有很高的稳定性,因而可以显著提高焊接速度,最小焊接电流可以达到几安培以下,能焊接0.1mm厚的不锈钢薄板.     

双丝脉冲MAG焊的焊接稳定性

针对双丝焊中焊接稳定性差的问题,搭建了双丝脉冲熔化极活性气体保护电弧焊（MAG焊）焊接系统,利用LabVIEW信号采集系统和高速摄像系统采集焊接过程中焊接电流和电弧电压波形,并同步拍摄电弧形态和熔滴过渡过程．选取后丝一个周期内电流峰值为表征参量对其进行方差分析,研究前后丝沿焊接方向间距对焊接过程稳定性的影响;利用离散傅里叶变换的方法对电信号进行功率谱分析,研究后丝预设峰值电压对焊接过程稳定性的影响．结果表明：双丝间距对稳定性的影响主要是由于两电弧间电磁力的作用,间距控制在12mm以内或30mm以外时,焊接过程稳定性较好,在20mm左右易发生断弧;后丝电源峰值电压预设为32．5v时焊接过程稳定性较好,偏小易发生短路,偏大有断弧现象发生．     

脉冲MIG焊熔滴过渡阶段的波形控制

在自行研制的软开关逆变电源上改变脉冲MIG焊的控制波形,在电流波形的下降沿增加熔滴过渡阶段,以实现焊接过程的稳定可控.通过小波分析仪采集并统计瞬时电流、暂态电压、动态电阻、瞬时能量、电流电压概率密度分布等数据,考察了熔滴过渡电流和过渡时间对焊接质量的影响.实验结果表明:增加熔滴过渡阶段有助于实现焊接过程的稳定可控;过渡电流较小时,能量不足,易出现短路过渡、焊接不稳定等现象;过渡电流接近峰值电流时,焊接情况与普通脉冲MIG焊类似,达不到波形控制的目的;过渡电流不变时,焊接质量随着过渡时间的增加而提高,当过渡时间为7ms时焊接效果理想,随着时间的进一步增加,过多的能量使熔滴过渡不规则,焊接质量开始降低;本实验条件下的最佳工艺参数为熔滴过渡电流160A、过渡时间7ms.     

高速MIG/MAG焊技术的现状及近展

本论述介绍了目前高速MIG/MAG焊方法的发展现状,分析了高速MIG/MAG焊时易发生的主要缺陷及产生原因,以及复合焊、旁路焊接及磁控大电流MAG等高速MIG/MAG焊方法的结构、原理及特点,并对高速MIG/MAG焊接技术的进行了展望。     

并联双闭环控制方式对GMAW焊接过程的影响

在对短路过渡熔化极气体保护焊（GMAW）的飞溅及焊缝成形影响因素分析的基础上，基于数字信号处理器控制系统建立了一个全数字式并联双闭环控制系统，分别对短路阶段及燃弧阶段的焊接电参数进行调节，达到对短路、燃弧期间电流波形的分阶段适应性控制，以改善短路过渡GMAW工艺性能的目的．实验结果表明，采用该方式控制的波控数字式GMAW焊接电源，在焊接性能上与普通平特性逆变焊接电源相比有较大的提高，飞溅减小、焊接过程稳定、焊缝成形好，更加适合GMAW短路过渡焊．     

铝合金脉冲MIG焊动态特性自适应控制

铝合金因其独特的物理性质。在引弧短路与熔滴过渡短路、脉冲峰值阶段与脉冲基值阶段对脉冲熔化极惰性气体保护(MIG)焊有不同的动特性要求．据此提出了焊接过程中根据不同的焊接状态输出不同的动特性。满足铝合金MIG焊对动特性要求．采用短路电流控制器和动态电子电抗器。实现了脉冲MIG焊动态特性的自适应控制．具有动态特性自适应控制的脉冲MIG焊机引弧成功率高、电弧挺度好、飞溅小和焊缝成形美观．     

脉冲MIG焊熔滴过渡阶段波形控制研究

在自行研制的软开关逆变电源上改变脉冲MIG焊控制波形,在电流波形的下降沿增加熔滴过渡阶段,实现焊接过程的稳定可控。通过小波分析仪采集并统计了瞬时电流、电压、动态电阻、瞬时能量、概率密度分布等数据,对焊接过程进行了客观分析和评定。实验结果表明：增加熔滴过渡阶段有助于实现焊接过程的稳定可控。过渡电流较小时,能量不足,易出现短路过渡,焊接不稳定等现象;过渡电流接近峰值电流时,焊接情况与普通脉冲MIG焊类似,达不到波形控制目的。过渡电流不变,焊接质量随着过渡时间的增加而提高,当焊接时间为7ms时焊接效果理想,随着时间的进一步增加,过多的能量使熔滴过渡不规则,焊接质量开始降低。熔滴过渡电流为160A、过渡时间为7ms是本实验条件下的最佳工艺参数。     

CO2焊过程电信号的统计分析

采用时域的统计分析方法可将C02焊焊接过程电信号转化为客易理解的形式。本文以C02焊焊接过程的短路时间、燃弧时间、周期时间作为统计量进行统计分析、针对送变式C02焊电源，通过正交实验分析了其焊接过程的稳定性、试验结果表明：表征焊接过程质量的重要信息可以从电压、电流的时域统计分析中得到；电弧电压和焊接电流的概率密度分布则能充分反映焊接过程的波动性及状态。     

二氧化碳短路过渡焊接电流神经模糊控制系统

研制了一种以8C52单片机为核心器件，通过自软件方式实现稳定二氧化碳短路过渡焊焊接电流的神经网络自适应模糊控制系统。系统中所嵌入的神经网络可实现对隶属函数的微调和模糊控制的调节，克服了常规模糊控制系统隶属函数非适应性的缺点。该神经模糊控制器可消除因电弧电压调节、网络电压波动、保护气纯度流量以及焊炬高度变化等随机因素引起的焊接电流偏差。焊接工艺实验表明，在实验电流范围内，平均电流的最大偏差不超过7A，平均电流相对误差小于5％，而控制前平均电流的偏差不小于12A，相对误差不小于9％，因此该控制系统响应速度快，超调小，稳态精度高。     

二氧化碳焊焊接电流多因子自调整模糊控制器研究

研制了一种以可编程控制器为核心器件 ,并通过软件方式实现稳定二氧化碳焊焊接电流的5因子自调整模糊控制器 .该模糊控制器可以消除因电弧电压调节、网络电压波动、保护气体纯度 ,以及流量、焊炬高度变化等随机因素所引起的焊接电流的偏差 ,从而达到稳定焊接电流的目的 .焊接工艺实验表明 ,模糊控制器具有良好的动态特性和很好的稳定性     

大电流GMAW的熔滴过渡行为及控制

具有稳定熔滴过渡过程的单丝大电流GMAW(熔化极气体保护焊)焊接方法拥有其他高效GMAW焊接方法不可取代的优势.通过采集大电流GMAW的熔滴过渡高速摄像和焊接电流电压信号,对比分析了大电流MIG(熔化极惰性气体保护焊)和MAG(熔化极活性气体保护焊)焊接过程中不同的熔滴过渡行为,分析了焊接电流和保护气体成分对熔滴过渡频率的影响.结果表明:大电流MIG焊接熔滴过渡形式为单一的旋转射流过渡,且旋转频率随着焊接电流的增大先减小后增大;大电流MAG焊接熔滴过渡形式为摆动和旋转射流混合过渡,且摆动过渡频率会因为液流束与熔池接触短路而增大;外加磁场能够改变大电流GMAW液流束和电弧的旋转方向,减小旋转角度,这一发现为400 A以上稳定单丝高效GMAW焊接工艺的研发提供了新思路.     

水蒸气保护焊短路过渡动态过程研究

在测定了水蒸气作为保护气体时的电弧物理特性参数的基础上,对水蒸气保护焊下短路过渡的动态过程进行了模拟．模拟结果与实验结果相吻令,随着电源电压与电感值的升高,短路过渡形式由燃弧──熄弧—短路—燃弧,向燃弧──短路──燃弧过渡。研究了电源电压、电感和送丝速度等焊接参数对短路过渡动态过程的影响．把电弧过程呈燃弧—熄弧—短路－燃弧交替进行,并且熄弧时间最短,短路频率最高作为研究目标,找出此条件下具体的电源电压与电感值及其关系,为制定焊接规范提供依据．     

基于DSP波形控制的GMAW电源系统

焊接薄板时,为减小热输入,减少焊件变形,控制短路过渡中的飞溅,研究配合推拉丝系统且以DSP(TMS320F2812)为控制核心的GMAW焊接电源系统,制定相应的波形控制方案.在波形控制方案中摒弃在短路初期降低电流的方法,采用驱动模块输出较小固定脉冲宽度的方案.焊接实验结果表明,设计的波形控制方案与推拉丝系统匹配良好,能实现低能量输入、飞溅较小的焊接.     

耐候钢Q450NQR1深熔GMAW电弧行为

分别采用深熔GMAW和脉冲MAG对耐候钢Q450NQR1进行了焊接试验,焊接过程中采集电流、电压及其对应的电弧图像,观察和分析了电弧形态和焊缝成型,同时基于图像处理考察了深熔GMAW焊接电流和焊接速度对电弧行为、焊缝成型的影响.结果表明:相比脉冲MAG,深熔GMAW电弧能量更集中,热源位置下降,焊缝熔深增加,且焊缝几何对称性较好;随着深熔GMAW焊接电流的增加和焊接速度的降低,电弧面积减小,边缘周长变短,质心位置下降,焊缝熔透深度增加;焊接电流315 A、焊接速度650 mm/min时焊接电弧最为稳定,焊缝成型质量也最好.采用优化的焊接工艺完成了12 mm厚Q450NQR1钢板材的单面焊双面成型,焊缝成型较好,接头各区域无软化和脆化现象.     

基于一元化的CO2短路过渡焊模糊控制系统研究

介绍了一种以１６位８０Ｃ１９６ＫＣ数字单片机为核心,具有人工智能功能的新型ＣＯ２短路过渡焊模糊控制系统。该系统以操作者通过惟一调节旋钮所选定的焊接电流为设定参数,自动对相关参数电弧电压进行以实现最高短路过渡频率为目标的寻优。被寻优后的电弧电压与焊接电流形成实现最高短路过渡频率的最佳匹配,真正实现了以ＣＯ２短路过渡焊主要规范参数由单旋钮调节为特点的一元化控制。     

基于一元化的CO_2短路过渡焊模糊控制系统研究

介绍了一种以 16位 80C196KC数字单片机为核心 ,具有人工智能功能的新型CO2 短路过渡焊模糊控制系统 .该系统以操作者通过惟一调节旋钮所选定的焊接电流为设定参数 ,自动对相关参数电弧电压进行以实现最高短路过渡频率为目标的寻优 .被寻优后的电弧电压与焊接电流形成实现最高短路过渡频率的最佳匹配 ,真正实现了以CO2 短路过渡焊主要规范参数由单旋钮调节为特点的一元化控制     

二氧化碳焊接电流多因子自调整模糊控制器研究

研制了一种以可编程控制器为核心器件，并通过软件方式实现稳定二氧化碳焊焊接电流的5因子调整模糊控制器，该模糊控制器可以消除因电弧电压调节，网络电压波动，保护气体纯度，以及流量，焊炬高度变化等随机因素所引起的焊接电流的偏差，从而达到稳定焊接电流的目的。焊接工艺实验表明，模糊控制器具有良好的动态特性和很好的稳定性。