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)展對產(chǎn)品的最終質量和加工過程都提出了更高的要求，當前汽車、摩托車、集裝箱、家電等行業(yè)輕量化產(chǎn)品的推廣應用對高質量薄板焊接技術的需求日漸增加。由于薄板對熱量的敏感性強，焊接過程中在降低熱量輸入的同時還必須保證能量分布均勻一致。針對薄板焊接的這一特點，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：通過焊絲回抽時的機械力拉斷液橋強制熔滴過渡，精確控制短路后期電流利用電阻熱調節(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，整個過程中能量分布可通過焊接參數(shù)的匹配實現(xiàn)精確控制。 基于以上思路，設計了以數(shù)字化焊接電源為平臺、采用高性能交流伺服推拉送絲機構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)字化焊接電源以運算速度快、精度高、數(shù)據(jù)處理能力強的數(shù)字信號處理器(TMS320F2812

3、)結合邏輯處理功能強大的CPLD(EPM7128STC100)為控制核心，以軟件編程的方式實現(xiàn)了對復雜焊接過程的控制。推拉送絲部分采用高性能的運動控制卡(PMAC2PC-104)對轉動慣量小、響應速度快的交流伺服電機進行控制實現(xiàn)了焊絲高頻率送進-回抽運動，同時采用緩沖器為橋梁將推拉絲部分和等速送絲部分有機的結合為一體，減小焊絲運動阻力，增加了送絲距離。通過接口電路實現(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。 結合推

4、拉絲短路過渡CO2焊的特點設計了焊絲的運動曲線和電流、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，有效保證了弧長的自調節(jié)能力，提出了運動參數(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動相配合實現(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，短路初期焊絲減速送進保證了熔滴與熔池間的充分潤濕，避免了瞬時短路飛濺的發(fā)生；短路末期熔滴在較小的電流水平靠機械力拉斷液橋，消除了因過

5、電流爆斷液橋時產(chǎn)生的飛濺。整個過程熔滴在焊絲送進-回抽的強制作用下均勻、柔順地過渡，實現(xiàn)了焊接過程的精確控制，同時通過電參數(shù)的配合可以對焊接過程中的能量分布進行精密控制。 針對焊接過程中焊絲與母材熔化的不同特點，利用等效短路電流Ies和等效燃弧電流Iea分析了電阻熱對焊接能量分配規(guī)律的影響，從而揭示了推拉絲短路過渡低熱輸入的機理：在送絲速度不變時，充分利用電阻熱對焊絲熔化的促進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、程對母材的熱輸入。傳統(tǒng)短路過渡中增加干伸長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)能量對比分析可知由于附加機械力的作用擺脫了熔滴過渡對短路電流的依賴，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，為實現(xiàn)高質量的薄板焊接工藝奠定了基礎。 分析了推拉絲短路過渡CO2焊控制參數(shù)對能量

7、分配規(guī)律的影響，結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燃弧期間能量進一步降低，可以實現(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，對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，對整個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

8、母材熱輸入的大小。 利用推拉送絲系統(tǒng)本身的特點，設計了回抽引弧方案，實現(xiàn)了可靠的引弧過程，為實現(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