基于DSP的CO2焊接飞溅控制系统研制

在对目前各种CO2焊接飞溅控制理论、措施总结分析的基础上,提出了一种基于自寻优的数字波形控制策略,通过硬件电路和软件程序有效地对CO2焊接短路电流增长率di/dt、颈缩过程进行精确控制,减小了CO2焊接飞溅.     

短路过渡CO2焊的数字化波形控制研究

论述了一种电流波形控制的逆变CO2焊接电源，包括电流波形控制方案、系统构成等。该系统根据CO2焊短路过渡特点，对焊接电流进行较为精确的控制，并给出了该系统实际施焊时的电流电压波形。试验结果表明，该CO2焊机系统电路简单、调试方便；具有良好的控制性能。     

波形控制参数对CO2焊飞溅的影响

在波形控制的CO2焊中控制参数较多,不同的控制参量对焊接飞溅表现出不同的影响规律.在此文利用自行研制的波形控制CO2焊设备,对主要的波形控制参数如短路电流上升速度、燃孤电流值、燃弧电压、送丝速度、短路小电流持续时间、最大短路电流值等对焊接过程飞溅的影响规律进行了较深入的试验研究.实验结果表明,飞溅量对短路最大电流,Imax的变化最为敏感,而短路小电流持续时间t1对飞溅量也有较大的影响,燃弧电流Ig3在一定范围变化时对飞溅的影响不大,短路电流上升速度di/dt对飞溅率的影响较小.     

波形控制逆变CO2瓣接电源的可靠性研究

针对采用电流波形控制的IGBT逆变CO2焊接电源的可靠性问题，从电源的主电路、控制电路、短路状态检测以及软件设计等方面进行了探讨和研究。试验研究表明，所提出的解决措施，使波形控制电源的综合性能得到明显改善和提高。焊接过程飞溅进一步降低。     

短路过渡CO2焊的数字化波形控制

介绍了一种通过DSP控制的逆变CO2焊接电源的电流、电压波形,简述了以软件方式实现双闭环并联控制的基本调节原理,并给出该控制方式下的短路过渡CO2焊焊接电流、电压波形,试验结果表明以DSP为核心的双闭环并联控制逆变波控CO2焊机系统具有良好的控制性能,且电路简单,调试方便.     

全数字控制短路过渡CO2焊波形控制研究

从全数字控制角度出发，针对目前常用短路过渡CO2焊波形控制方式的不足，提出了自然波形控制方案。工艺试验证明，与传统波形控制方法相比，自然波形控制在短路过渡的中大工艺参数区间内抑制瞬时短路作用明显，短路过渡频率较高，焊接电孤稳定性增强。     

DSP波控逆变CO2焊接电源

详细论述了以TMS320C240数据处理器(DSP)为控制核心的波控逆变CO2焊接电源系统，包括系统构成、电源主电路，参数设置、送丝及时序控制系统等。介绍了软件进行波形控制的基本方案及控制算法。简单阐述了双闭环并联控制的基本调节原理，给出了双闭环并联控制下短路过渡CO2焊焊接电流、电压波形。试验结果表明，以DSP为核心的双闭环并联控制逆变波控CO2焊机系统具有良好的控制性能，且电路简单调试方便。     

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ARM_Linux的逆变式CO2焊接电源波形控制系统研究

针对短路过渡CO2焊接电源电子控制系统元件较多、参数调节较难、控制灵活性和精确性较差等缺点,设计了一种基于ARM_Linux的逆变式CO2焊接电源波形控制系统.该系统以S3C2440微处理器作为核心控制芯片,采用增量式PI运算程序软件,实现了短路过渡CO2焊接过程焊接电压和焊接电流的波形控制.在S3C2440中,对Linux系统底层文件进行裁减和移植后,应用层控制主程序派生三个子进程,分别控制焊接任务、基于Qt的人机交互界面、远程网络通讯,同时利用有名管道(FIFO)实现进程间通信.     

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。     

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.     

基于LabVIEW的焊接过程多信息分析平台

基于焊接多信息同步采集系统,采用LabVIEW图形化语言,以熔化极气保焊的焊接电流、电弧电压、电弧光谱为信号源,构建了包括电信号参数设置、电信号数据分析模块、光信号参数设置与自动选择、光信号数据分析的焊接过程多信息分析平台。可实时显示焊接电流波形、电弧电压波形、电弧辐射光谱等;系统还通过数据分析处理得到U-I相图、焊接电流和电弧电压概率密度、短路时间频次图、电弧辐射光强与波长对应图、计算焊接温度的玻尔兹曼图等,通过上述信息分析,检测电弧状态和信息,可用于焊接过程诊断和焊接电弧物理研究等。     

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。     

CO2焊短路信号的检测

根据CO2气体保护焊短路过渡过程的负载特点，利用电压比较器、du/dt线路和数字电子线路．设计了短路检测电路和短路液桥缩颈检测电路。短路检测电路利用焊接电压的变化确定熔滴短路的状态和时刻，能正确区分引弧短路与熔滴短路并考虑瞬时短路时过程的影响；缩颈检测电路利用焊接电压微分du/dt检测液体小桥产生缩颈爆断的时刻．对瞬时短路可能产生的不良影响不做反应。对所设计的电路成功地进行了模拟实验和实际试验验证。     

水下湿法药芯焊丝焊接气泡动态演变与其声脉冲分析

水下湿法药芯焊丝焊接(FCAW)以操作适用性好等优点在海洋设施维修中占有重要地位,焊接区域周围动态变化的气泡生长会影响焊接电弧的稳定性. 文中通过搭建水下湿法焊接试验平台,进行了湿法药芯焊丝焊接试验,利用传感器对焊接过程中的电弧电流电压信号,气泡声信号以及气泡高速图像进行了同步采集;研究了气泡声信号与气泡高速图像的对照关系,并对气泡声信号与电弧电流电压信号进行同步分析,获得了不同电弧燃烧状态下的气泡演变行为,以气泡声信号的变化来反映气泡演变对水下湿法焊接电弧燃烧的稳定状态的影响. 结果表明,气泡声信号可以清晰地反映焊接电弧燃烧的各种状态,能对不同气泡演变模式进行分类,并可从中分析其与电弧燃烧特性的对应关系.     

双丝间距对激光-双电弧复合焊接过程稳定性的影响

采用多信息融合技术对激光-双电弧脉冲复合焊在不同双丝间距下的电流信号、电压信号、高速摄像信号进行同步采集,研究双丝间距对焊接过程的电弧行为、熔滴过渡过程及焊缝表面成形的影响,并依据混沌理论和算法,从非线性角度对激光-双丝脉冲MIG焊接过程的电流信号进行了最大Lyapunov指数(LE)计算.结果表明,激光-双丝脉冲MIG焊接过程是一个混沌过程,由于激光光致等离子体和电弧等离子体的相互作用改变电弧的形态和熔滴受力状态,进而影响焊缝成形,在一定的焊接工艺参数下存在最佳双丝间距,在最佳双丝间距下,电弧稳定,焊缝成形良好,且此时最大LE值及其标准方差最小.     

埋弧焊磁控电弧焊缝跟踪系统中的横向磁场ANSYS模拟

针对埋弧焊磁控电弧焊缝跟踪系统中磁控电弧传感器产生的外加横向磁场,文中采用有限元分析方法建立了由磁控电弧传感器产生的横向磁场计算模型.应用ANSYS软件对横向磁场进行了模拟;对该横向磁场的纵截面分布、磁流密度矢量的分布规律进行了仿真;并对模拟结果的偏差进行了分析.实际测试结果说明了磁感应强度模拟值与实测值的一致性.针对励磁电流对焊接电弧运动状态的影响进行了实际焊接试验.结果表明,焊接电弧随励磁电流的增大而摆动,且励磁电流越大电弧摆动幅度也越大.     

双尖角磁场再压缩等离子弧的物理特征及焊接工艺性能

本文介绍了等离子弧经双尖角磁场再压缩以后电弧的状态和行为。通过电弧负载特性,电流密度和压力的分布以及稳定性指标的测定,对其物理特征进行了分析研究。在此基础上,进行了不锈钢板的熔入型及小孔型焊接试验。试验表明:等离子弧经外磁场再压缩后,能量密度明显提高且容易调整、有利于控制焊缝成型、抑制“双弧”产生、增加小孔型的焊接厚度,具有广泛的应用价值。     

Measurement and theoretical investigation of arc sensor sensitivity in dynamic state during gas metal arc welding

Abstract

This paper shows the experimental and the theoretically predicted results of the sensitivity characteristics of the arc sensor in a dynamic state during gas metal arc welding. First, a mathematical model of the sensor for theoretical prediction was introduced, and then the rationality of the model was confirmed by a series of corresponding experiments. Finally, simulation analyses were made in order to clarify how the welding system and welding conditions affect the sensitivity characteristics of the arc sensor. It is shown that the frequency of torch height variation (the sensor's input) significantly affects the sensitivities of the welding current and the welding voltage (the sensor's outputs). The current sensitivity is highest when the frequency of torch height variation is ～5 Hz, but the voltage sensitivity simply increases with the increase of torch height variation frequency. It is also clarified that a decrease in the welding loop's inductance and/or the equivalent output resistance of the welding power source improves the sensor's current sensitivity but decreases voltage sensitivity. Decreasing the electrical resistance, but with an increase in electric field intensity of the arc column, or using a shorter setting electrode extension are useful ways of increasing the current and voltage sensitivities of the sensor.     

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.