短路过渡焊波形预置+小桥状态反馈复合控制法研究

摘要

CO2气体保护焊是低碳钢和低合金钢结构件的主要焊接工艺，其成本低，生产率高，但与其短路过渡相伴随的大飞溅率，影响了焊缝成形质量。针对现有飞溅控制方法精度不高、适用工艺范围窄等问题，本文研究短路过渡CO2焊的“波形预置+小桥状态反馈”复合控制法。对于促进低飞溅率、高效率的短路过渡CO2焊工艺与设备的研发和应用，提升我国焊接钢结构的制造水平，具有十分重要的理论意义和工程实用价值。
　　 本文针对短路过渡CO2焊，利用虚拟仪器LabVIEW建立了一套短路过渡信息采集系统，利用软件延时法矫正了图像采集系统和电参数测量系统的延迟时间差，实现了电参数波形与熔滴过渡图像的同步采集。并设计了相应的分析软件，对原始电流电压信号进行离线分析。
　　 通过对短路过渡中各个电参数信号的分析比较，分别用电弧电压及其变化率来表征短路发生和小桥临界颈缩两个特征状态。并通过同步检测的熔滴过渡图像和电参数变化，计算得到了两临界状态下的特征值。利用测得的小桥状态表征参量特征值，实现了短路过渡CO2焊的反馈控制。
　　 通过改变不同的电流波形形状，分析了短路过渡过程各时间参数在不同电流波形参数下的变化规律。并从短路过渡能量分配角度，分析了不同电流波形参数焊缝成形的影响规律。
　　 利用焊接工艺正交试验，对不同送丝速度下的电流波形参数进行优化，得到了峰值电流、基值电流和电流尾拖的优化匹配关系。焊接过程中通过调用优化的电流波形参数，实现了短路过渡焊的“波形预置+小桥状态反馈”复合控制。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题意义

1．2 短路过渡焊的常规控制方法

1．3 短路过渡焊的波形控制方法

1．3．1 波形预置法

1．3．2 小桥状态反馈法

1．3．3 其他波形控制方法

1．4 焊接过程参数的检测技术

1．5 本文主要研究内容

第2章 CO2焊短路过渡过程的检测及分析系统

2．1 短路过渡CO2焊试验系统的功能

2．2 短路过渡CO2焊试验系统的硬件构成

2．2．1 电参数采集单元

2．2．2 熔滴过渡图像采集单元

2．2．3 焊接系统

2．3 短路过渡CO2焊试验系统的软件设计

2．3．1 软件编译工具的介绍

2．3．2 数据采集程序的前面板介绍

2．3．3 数据采集程序的设计思路

2．3．4 数据采集程序

2．3．5 同步采集功能的实现

2．3．6 数据分析程序

2．4 同步采集试验分析

2．4．1 短路过渡焊接电参数与熔滴过渡图像的对应关系

2．4．2 CO2焊短路过渡过程的稳定性分析

2．5 本章小结

第3章 小桥状态表征参量特征值的测定及反馈控制的实现

3．1 小桥状态表征参量的选取

3．2 小桥状态表征参量特征值的测定

3．3 特征值的验证

3．4 短路过渡焊小桥状态反馈控制的实现

3．5 本章小结

第4章 各电流波形参数对短路过渡过程及焊缝成形的影响

4．1 短路过渡焊反馈控制法的波形分析

4．2 改变电流波形参数对短路过渡过程的影响

4．2．1 改变峰值电流对短路过渡过程的影响

4．2．2 改变基值电流对短路过渡过程的影响

4．2．3 改变电流尾拖对短路过渡过程的影响

4．3 短路过渡过程中的能量分配

4．4 反馈控制法短路过渡过程中的瞬时能量分析

4．5 改变电流波形参数对焊缝成形的影响

4．5．1 不同峰值电流的影响

4．5．2 不同基值电流的影响

4．5．3 不同电流尾拖的影响

4．6 本章小结

第5章 电流波形参数的优化及复合控制法的初步实现

5．1 优化试验设计

5．2 焊接质量的评定指标及检测

5．3 电流波形优化试验及结果

5．3．1 送丝速度为320cm／min下的试验及结果

5．3．2 送丝速度为360cm／min下的试验及结果

5．3．3 送丝速度为400cm／min下的试验及结果

5．4 “波形预置+小桥状态反馈”复合控制法的初步实现

5．5 本章小结

第6章 结论

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢

学位论文评阅及答辩情况表