新型低能量輸入電弧焊接系統(tǒng)及其過程控制研究.pdf

1、近年來，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展需要，汽車所用板材越來越薄，薄板的焊接需要降低能量輸入。根據(jù)汽車薄板的焊接工藝要求，提出了新型低能量輸入焊接法，即NLEI焊接法。其基本思路為：首先設(shè)定焊絲的運(yùn)動(dòng)曲線，使其周期性的做前進(jìn)一回抽的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，焊接過程不需在線調(diào)整，然后使焊接電源配合焊絲的運(yùn)動(dòng)輸出相應(yīng)的電流、電壓波形，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的推拉絲短路過渡，達(dá)到降低焊接過程能量輸入的目的。 根據(jù)這一思路，設(shè)計(jì)了基于推拉絲短路過渡的低能量輸入電弧焊接系統(tǒng)，簡(jiǎn)

2、稱NLEI焊接系統(tǒng)。該系統(tǒng)由焊接電源和送絲系統(tǒng)兩部分組成，并由軟件實(shí)現(xiàn)焊接過程的控制。焊接電源的控制核心采用數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F2812，充分利用DsP運(yùn)算速度快、精度高、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、I/O口資源豐富等優(yōu)勢(shì)，用軟件編程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜焊接過程的控制，減少了復(fù)雜的硬件控制電路，使焊接設(shè)備向柔性化控制方向發(fā)展；送絲系統(tǒng)由交流伺服電機(jī)及其控制系統(tǒng)組成，可以根據(jù)實(shí)際需要靈活的編制焊絲前進(jìn)一回抽運(yùn)動(dòng)曲線；通過送絲機(jī)接口電路實(shí)現(xiàn)了焊接電源和送絲

3、系統(tǒng)的連接，保證了焊接過程中二者的通訊與協(xié)調(diào)。 針對(duì)NLEI焊接法推拉絲短路過渡的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了專門的波形控制方案，包括送絲控制和電流波形控制兩方面。預(yù)先離線設(shè)定焊絲運(yùn)動(dòng)曲線，在實(shí)際焊接過程中通過電流波形與焊絲運(yùn)動(dòng)進(jìn)行配合完成焊接。試驗(yàn)證明，二者配合良好，焊接過程穩(wěn)定可靠。 設(shè)計(jì)了專門的弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)模糊控制方案，以平均電壓的變化及其變化率為輸入，以燃弧脈沖峰值電流的校正量為輸出，通過調(diào)整焊絲的熔化來對(duì)弧長(zhǎng)的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過試

4、驗(yàn)表明，所設(shè)計(jì)的弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)模糊控制方案，能根據(jù)弧長(zhǎng)的變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，使弧長(zhǎng)保持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，保證了焊接過程的穩(wěn)定。 分析了NLEI焊接法推拉絲短路過渡過程，對(duì)比了傳統(tǒng)短路過渡和推拉絲短路過渡的熔滴受力情況。與傳統(tǒng)短路過渡依靠較大短路電流產(chǎn)生電磁收縮力使液體金屬形成頸縮和短路小橋過熱爆斷相比，NLEI法熔滴過渡是在較小短路電流下主要依靠焊絲回抽拉斷熔滴，從而大大降低了焊接過程能量輸入。 分析了燃弧

5、脈沖峰值電流I<,ap>和短路后期電流Ih的參數(shù)匹配對(duì)于實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)和焊絲運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)控制的影響。通過試驗(yàn)得到了I<,ap>和I<,h>的參數(shù)匹配區(qū)間，在這一區(qū)間內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)和焊絲運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)工作，獲得穩(wěn)定的焊接過程。 通過對(duì)焊接過程熔池能量輸入的計(jì)算與檢測(cè)，找到了NLEI焊接法推拉絲短路過渡的能量分配規(guī)律：由于電阻熱的影響，短路后期能量Q<,h>對(duì)于熔化焊絲有重要作用，是熔化焊絲能量的重要組成部分，而對(duì)于加熱熔池的貢獻(xiàn)很??；

6、由于電弧熱的影響，燃弧脈沖峰值能量Q<,ap>是加熱熔池的最主要能量來源，對(duì)于熔化焊絲形成熔滴也起著重要的作用。根據(jù)該規(guī)律可知：NLEI焊接法推拉絲短路過渡除了通過短路后回抽焊絲拉斷熔滴，從而靠外加能量完成熔滴過渡降低能量輸入外；還可以通過選擇不同的參數(shù)匹配方式，采用較低燃弧脈沖峰值電流I<,ap>、較大的短路后期電流I<,h>來實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步降低焊接過程能量輸入的目的。 采用NLEI焊接法，對(duì)薄板鋼鋁異種金屬焊接進(jìn)行了探索性研究，

7、通過分析接頭的界面組織，測(cè)試接頭的力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)采用NLEI法可以得到性能良好的薄板鋼鋁異種金屬焊接接頭。 探討了焊接工藝參數(shù)及合金元素鋅對(duì)于鋼鋁異種金屬接頭性能的影響：焊槍位置對(duì)于焊接鋼鋁異種金屬搭接焊縫非常重要，稍有偏差就會(huì)造成焊接失敗，焊槍位置以選在正對(duì)焊縫中間處為最佳；焊接速度越快，溫度梯度越大，線能量越低，金屬間化合物層厚度越小，但是焊接速度過快時(shí)會(huì)影響焊縫金屬的潤(rùn)濕，造成焊接失敗，當(dāng)送絲速度為2.16m/min時(shí)，焊