受控脈沖穿孔等離子弧焊接控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、穿孔等離子弧焊接作為一種高能量密度焊接方法，能夠?qū)χ泻癜宀婚_坡口一次焊透，具有很大的應(yīng)用潛力。但由于小孔狀態(tài)對(duì)焊接工藝參數(shù)的變化敏感，獲得良好接頭質(zhì)量的合理工藝參數(shù)范圍窄、可調(diào)裕度小，制約著該工藝在制造業(yè)中的大量應(yīng)用。對(duì)傳統(tǒng)的穿孔等離子弧焊接工藝做出新穎的改進(jìn)，使其自動(dòng)適應(yīng)焊接工藝條件的變化，提高焊接過程和焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性，拓寬其適用的工藝參數(shù)區(qū)間，對(duì)于推動(dòng)穿孔等離子弧焊接工藝在制造業(yè)中的大量應(yīng)用，從而大幅度提高焊接生產(chǎn)率，具有重要的意

2、義和工程實(shí)用價(jià)值。 本研究基于“受控脈沖穿孔”的控制策略，研制出等離子弧焊接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)和調(diào)試出主控計(jì)算機(jī)與等離子弧焊機(jī)之間的接口電路與控制軟件，實(shí)現(xiàn)了焊接過程的信息采集、處理、運(yùn)行等各項(xiàng)控制功能。研制出尾焰電壓信號(hào)的檢測裝置，進(jìn)行了大量的焊接試驗(yàn)，建立了尾焰電壓、焊縫背面熔寬和焊接電流三者之間的定量關(guān)系，能夠可靠地表征熔池的穿孔狀態(tài)以及小孔的尺寸。提出了一種新的小孔檢測技術(shù)-NTWV傳感法，進(jìn)行了初步的試驗(yàn)驗(yàn)證。 設(shè)

3、計(jì)出適用于受控脈沖穿孔控制策略的特殊焊接電流波形，在電流峰值下降沿增加了兩個(gè)緩降坡度，以進(jìn)一步降低焊接熱輸入，改進(jìn)電流波形的可控性和靈活性，并保證焊接過程中小孔“開-閉”過渡更加平穩(wěn)，避免普通方波電流作用時(shí)的小孔特征信號(hào)倒“V”型劇烈變化。焊接試驗(yàn)證明，受控脈沖電流波形作用于焊接過程時(shí)，在每一個(gè)脈沖循環(huán)過程中，小孔特征信號(hào)均呈現(xiàn)倒“U”型變化，證明了小孔從“開”到“閉”轉(zhuǎn)變過程的平穩(wěn)，有利于獲得更好的焊縫成形質(zhì)量。 從熔池穿孔過

4、程各時(shí)間段和穿孔反饋信號(hào)幅值兩個(gè)角度對(duì)焊接過程進(jìn)行分析，確定了兩種受控脈沖穿孔控制方法，分別以小孔建立時(shí)間和小孔平均尺寸為系統(tǒng)被控制量，脈沖峰值電流及其下降斜率為控制量。基于經(jīng)典控制理論，針對(duì)兩種控制方法，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)暮附釉囼?yàn)獲得系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)對(duì)，進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)，經(jīng)整定，獲得比例積分（PI）控制器的參數(shù)。集成上述傳感檢測技術(shù)與PI控制技術(shù)，研制出受控脈沖穿孔等離子弧焊接控制系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)了平板-恒定目標(biāo)值、平板-變化目標(biāo)值和變厚度