推拉絲短路過渡CO-,2-焊焊接系統(tǒng)及過程精密控制研究.pdf

1、現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展對(duì)產(chǎn)品的最終質(zhì)量和加工過程都提出了更高的要求，當(dāng)前汽車、摩托車、集裝箱、家電等行業(yè)輕量化產(chǎn)品的推廣應(yīng)用對(duì)高質(zhì)量薄板焊接技術(shù)的需求日漸增加。由于薄板對(duì)熱量的敏感性強(qiáng)，焊接過程中在降低熱量輸入的同時(shí)還必須保證能量分布均勻一致。針對(duì)薄板焊接的這一特點(diǎn)，提出了一種基于推拉送絲方式的低飛濺、低能量、過程精密控制的推拉絲短路過渡CO2焊接法。其基本原理是：通過焊絲回抽時(shí)的機(jī)械力拉斷液橋強(qiáng)制熔滴過渡，精確控制短路后期電流利用電阻熱調(diào)節(jié)

2、能量在焊絲與母材間的分配比例，一方面降低了焊接能量，減小了焊接飛濺；另一方面使熔滴過渡變得均勻而有規(guī)律，整個(gè)過程中能量分布可通過焊接參數(shù)的匹配實(shí)現(xiàn)精確控制。 基于以上思路，設(shè)計(jì)了以數(shù)字化焊接電源為平臺(tái)、采用高性能交流伺服推拉送絲機(jī)構(gòu)為核心的推拉絲短路過渡CO2焊焊接系統(tǒng)，并通過軟件控制的方式實(shí)現(xiàn)了上述低飛濺、低能量、過程精密控制的焊接方法。數(shù)字化焊接電源以運(yùn)算速度快、精度高、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)處理器(TMS320F2812

3、)結(jié)合邏輯處理功能強(qiáng)大的CPLD(EPM7128STC100)為控制核心，以軟件編程的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜焊接過程的控制。推拉送絲部分采用高性能的運(yùn)動(dòng)控制卡(PMAC2PC-104)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、響應(yīng)速度快的交流伺服電機(jī)進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)了焊絲高頻率送進(jìn)-回抽運(yùn)動(dòng)，同時(shí)采用緩沖器為橋梁將推拉絲部分和等速送絲部分有機(jī)的結(jié)合為一體，減小焊絲運(yùn)動(dòng)阻力，增加了送絲距離。通過接口電路實(shí)現(xiàn)了焊接電源與送絲系統(tǒng)的連接，保證了兩者可靠的協(xié)同工作。 結(jié)合推

4、拉絲短路過渡CO2焊的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了焊絲的運(yùn)動(dòng)曲線和電流、電壓波形控制方案，在短路期間采用電流控制而燃弧期間采用電壓控制，有效保證了弧長(zhǎng)的自調(diào)節(jié)能力，提出了運(yùn)動(dòng)參數(shù)及焊接參數(shù)的選取原則，通過電流、電壓波形控制方案與焊絲運(yùn)動(dòng)相配合實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定可靠的推拉絲短路過渡CO2焊焊接過程。分析了焊接過程中熔滴過渡的具體特點(diǎn)，短路初期焊絲減速送進(jìn)保證了熔滴與熔池間的充分潤(rùn)濕，避免了瞬時(shí)短路飛濺的發(fā)生；短路末期熔滴在較小的電流水平靠機(jī)械力拉斷液橋，消除了因過

5、電流爆斷液橋時(shí)產(chǎn)生的飛濺。整個(gè)過程熔滴在焊絲送進(jìn)-回抽的強(qiáng)制作用下均勻、柔順地過渡，實(shí)現(xiàn)了焊接過程的精確控制，同時(shí)通過電參數(shù)的配合可以對(duì)焊接過程中的能量分布進(jìn)行精密控制。 針對(duì)焊接過程中焊絲與母材熔化的不同特點(diǎn)，利用等效短路電流Ies和等效燃弧電流Iea分析了電阻熱對(duì)焊接能量分配規(guī)律的影響，從而揭示了推拉絲短路過渡低熱輸入的機(jī)理：在送絲速度不變時(shí)，充分利用電阻熱對(duì)焊絲熔化的促進(jìn)作用可以有效降低燃弧期間的電弧熱量，從而降低了焊接過

6、程對(duì)母材的熱輸入。傳統(tǒng)短路過渡中增加干伸長(zhǎng)是通過增加電阻的方式增加電阻熱，而推拉絲短路過渡則是通過增加等效短路電流Ies的方式增加電阻熱的作用，兩者均可在一定程度上降低焊接熱輸入。經(jīng)能量對(duì)比分析可知由于附加機(jī)械力的作用擺脫了熔滴過渡對(duì)短路電流的依賴，使得推拉絲短路過渡焊接過程無論總能量還是燃弧期間能量均要低于傳統(tǒng)短路過渡方法，并且能量分布均勻性好，為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的薄板焊接工藝奠定了基礎(chǔ)。 分析了推拉絲短路過渡CO2焊控制參數(shù)對(duì)能量

7、分配規(guī)律的影響，結(jié)果表明隨著短路末期電流的增加和燃弧峰值電壓的減小，在總的焊接能量逐漸減小的同時(shí)燃弧期間能量進(jìn)一步降低，可以實(shí)現(xiàn)更低的焊接熱輸入。隨著熔滴過渡頻率的增加，等效燃弧電流呈上升趨勢(shì)，對(duì)母材的熱輸入也有所提高。分析表明采用燃弧期間電壓控制的方法，不論焊接過程中控制參數(shù)如何變化，對(duì)整個(gè)焊接能量影響最根本的因素是等效短路電流Ies和等效燃弧電流Iea，其中等效短路電流以電阻熱的形式產(chǎn)生熱量并全部用于熔化焊絲而等效燃弧電流則決定了對(duì)

8、母材熱輸入的大小。 利用推拉送絲系統(tǒng)本身的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了回抽引弧方案，實(shí)現(xiàn)了可靠的引弧過程，為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的焊接過程提供了保障。推拉送絲短路過渡過程熔滴過渡有規(guī)律，能量分布均勻一致，不論在小電流還是大電流時(shí)焊縫成形均平整美觀。由于電阻熱的作用焊接熱輸入較小，焊縫成形更窄更高，可根據(jù)實(shí)際焊接的需要合理匹配IH和UP以得到理想的焊縫成形。此外推拉絲短路過渡對(duì)熔池沖擊小，能量分布均勻，可形成均勻的、較淺的熔深，為推拉絲短路過渡CO2焊在堆焊