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，具有很大的應用潛力。但由于小孔狀態(tài)對焊接工藝參數(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)中的大量應用。對傳統(tǒng)的穿孔等離子弧焊接工藝做出新穎的改進，使其自動適應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，對于推動穿孔等離子弧焊接工藝在制造業(yè)中的大量應用，從而大幅度提高焊接生產(chǎn)率，具有重要的意

2、義和工程實用價值。 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驗系統(tǒng)，設計和調(diào)試出主控計算機與等離子弧焊機之間的接口電路與控制軟件，實現(xiàn)了焊接過程的信息采集、處理、運行等各項控制功能。研制出尾焰電壓信號的檢測裝置，進行了大量的焊接試驗，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-NTWV傳感法，進行了初步的試驗驗證。 設

3、計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緩降坡度，以進一步降低焊接熱輸入，改進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的小孔特征信號倒“V”型劇烈變化。焊接試驗證明，受控脈沖電流波形作用于焊接過程時，在每一個脈沖循環(huán)過程中，小孔特征信號均呈現(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、程各時間段和穿孔反饋信號幅值兩個角度對焊接過程進行分析，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?；诮?jīng)典控制理論，針對兩種控制方法，設計適當?shù)暮附釉囼灚@得系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)對，進行系統(tǒng)辨識，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與PI控制技術，研制出受控脈沖穿孔等離子弧焊接控制系統(tǒng)。 設計了平板-恒定目標值、平板-變化目標值和變厚度