鋁合金雙脈沖工藝及控制方法研究.pdf

1、當前，新材料的應用，鋁合金焊接的增多，為滿足焊接鋁合金的更高質量要求而產生的新工藝等都對焊接設備提出了更高的要求。雙脈沖鋁合金氣體保護焊有如下突出特點：①焊鋁能獲得美觀的魚鱗狀焊縫外觀；②由于電弧形態(tài)(包括弧長)的周期性變化，擾動熔池，細化焊縫晶粒。焊鋁時能夠減小裂紋的產生機率，同時減小焊接氣孔發(fā)生率。 對于鋁合金雙脈沖焊數字電源，從數字控制硬件及軟件的角度存在如下問題：1)、數字焊接電源的應用環(huán)境惡劣，大多應用于的車間或野外，

2、各種高頻信號的嚴重干擾很容易導致微機控制的焊接電源發(fā)生故障。如果采用資源獨占式的單一進程進行軟件控制，則不僅程序設計復雜而且可靠性不高，很容易因為某一環(huán)節(jié)的問題而導致整個進程終止，系統(tǒng)癱瘓。2)、現代控制算法通過協(xié)同電流、電壓、時間的方式來控制焊接電源的能量，具體表現為輸出波形的數字化。但是傳統(tǒng)的前臺/后臺程序開發(fā)機制不能滿足日益復雜應用，只有應用實時操作系統(tǒng)(RTOS)才能滿足數字電源的開發(fā)。 針對當前脈沖焊設備存在的上述問題

3、，把控制面板、送絲機、遙控器等子系統(tǒng)作為一個相對獨立的單元，由單獨的MCU進行管理是一種較好的解決方案。數字弧焊電源系統(tǒng)以DSP單元為核心，通過RS-485總線與控制面板、送絲機、遙控器等組成基本的焊接電源系統(tǒng)。通過實時操作系統(tǒng)將整個系統(tǒng)的數字控制算法融合在一起，將脈沖波形控制模塊、外特性控制系統(tǒng)的模塊、焊接參數數據庫軟件三個部分融合為一個整體。 通過高速攝像觀察，結合脈沖電流電壓波形，分析了鋁合金脈沖焊熔滴過渡的特征。分析了電

4、弧形態(tài)以及熔滴形態(tài)等因素對鋁合金雙脈沖飛濺的影響。鋁合金在熔滴過渡時，鋁合金脈沖焊不同電弧行為，對熔滴過渡有較大的影響。峰值期間易發(fā)生飛濺現象，峰值電流通過熔滴細頸時，導致細頸爆斷是產生飛濺的重要原因。在基值過渡時期，過渡過程平穩(wěn)，基本無飛濺，因此基值電流期間過渡是我們期望的熔滴過渡形式。 分析了工藝參數對飛濺發(fā)生概率影響：改變峰值時間對熔滴過渡時刻有較大影響，當峰值時間較長時，熔滴在脈沖峰值期間過渡，峰值電流較大，爆破力也較大

5、，易造成較大飛濺?；灯陂g鋁焊絲也有熔化，基值時間過長會造成熔滴體積過大和縮頸較長，從而導致峰值期間過渡而產生飛濺。應注意配置基值電流參數，并采取措施避免弧壓調整過程中基值時間變化導致的飛濺。研究了雙脈沖焊接工藝的特點及熔滴過渡時的特點，得出雙脈沖由弱到強時過大的熔滴體積是飛濺產生的主要原因?？刂齐p脈沖飛濺的主要手段有兩個：1)根據雙脈沖鋁合金工藝提出對脈沖基值能量精確控制方法；2)根據鋁合金脈沖焊電弧特點和熔滴過渡特點設計雙脈沖波形和

6、選擇脈沖參數。根據脈沖焊參數的時間特點，將其分為四級。通過對脈沖焊四級工藝參數的分析，我們可以了解，目前研究的注意力主要集中在動態(tài)參數和實時參數以及平均參數身上，對外特性參數研究和控制較少。在雙脈沖焊接工藝中，由于強弱脈沖導致的弧長劇烈變化，在切換過程中，基值時間變化較大，容易產生飛濺。 本文提出采用變外特性斜率控制實現脈沖電源外特性的控制。外特性控制是對平均電流和平均電壓根據外特性斜率設定進行控制。其控制原理是：當系統(tǒng)出現平均

7、電流變化時，立即將其測量出來，通過外特性控制器，根據平均電流變化的大小和外特性斜率設定值來改變電壓設定值，以達到外特性控制的目的。 通過此種方式，弧長調節(jié)速度可以被方便的控制，其值可以由斜率k進行調節(jié)，使得弧長調節(jié)速度可以根據電流區(qū)間的變化而變化，使焊接過程可以在最理想弧壓調節(jié)速度下進行，焊接過程穩(wěn)定，并進一步減小飛濺的產生。 通過試驗得到了經過優(yōu)化的1.2mm鋁合金全規(guī)范區(qū)間工藝參數，試驗證明，焊縫表面均勻致密，工件表