鋁合金雙脈沖工藝及控制方法研究.pdf

1、當(dāng)前，新材料的應(yīng)用，鋁合金焊接的增多，為滿足焊接鋁合金的更高質(zhì)量要求而產(chǎn)生的新工藝等都對焊接設(shè)備提出了更高的要求。雙脈沖鋁合金氣體保護(hù)焊有如下突出特點(diǎn)：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(dòng)熔池，細(xì)化焊縫晶粒。焊鋁時(shí)能夠減小裂紋的產(chǎn)生機(jī)率，同時(shí)減小焊接氣孔發(fā)生率。 對于鋁合金雙脈沖焊數(shù)字電源，從數(shù)字控制硬件及軟件的角度存在如下問題：1)、數(shù)字焊接電源的應(yīng)用環(huán)境惡劣，大多應(yīng)用于的車間或野外，

2、各種高頻信號的嚴(yán)重干擾很容易導(dǎo)致微機(jī)控制的焊接電源發(fā)生故障。如果采用資源獨(dú)占式的單一進(jìn)程進(jìn)行軟件控制，則不僅程序設(shè)計(jì)復(fù)雜而且可靠性不高，很容易因?yàn)槟骋画h(huán)節(jié)的問題而導(dǎo)致整個(gè)進(jìn)程終止，系統(tǒng)癱瘓。2)、現(xiàn)代控制算法通過協(xié)同電流、電壓、時(shí)間的方式來控制焊接電源的能量，具體表現(xiàn)為輸出波形的數(shù)字化。但是傳統(tǒng)的前臺/后臺程序開發(fā)機(jī)制不能滿足日益復(fù)雜應(yīng)用，只有應(yīng)用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)才能滿足數(shù)字電源的開發(fā)。 針對當(dāng)前脈沖焊設(shè)備存在的上述問題

3、，把控制面板、送絲機(jī)、遙控器等子系統(tǒng)作為一個(gè)相對獨(dú)立的單元，由單獨(dú)的MCU進(jìn)行管理是一種較好的解決方案。數(shù)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(jī)、遙控器等組成基本的焊接電源系統(tǒng)。通過實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)將整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)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(shù)數(shù)據(jù)庫軟件三個(gè)部分融合為一個(gè)整體。 通過高速攝像觀察，結(jié)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(shí)，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(xiàn)象，峰值電流通過熔滴細(xì)頸時(shí)，導(dǎo)致細(xì)頸爆斷是產(chǎn)生飛濺的重要原因。在基值過渡時(shí)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(shù)對飛濺發(fā)生概率影響：改變峰值時(shí)間對熔滴過渡時(shí)刻有較大影響，當(dāng)峰值時(shí)間較長時(shí)，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(shí)間過長會(huì)造成熔滴體積過大和縮頸較長，從而導(dǎo)致峰值期間過渡而產(chǎn)生飛濺。應(yīng)注意配置基值電流參數(shù)，并采取措施避免弧壓調(diào)整過程中基值時(shí)間變化導(dǎo)致的飛濺。研究了雙脈沖焊接工藝的特點(diǎn)及熔滴過渡時(shí)的特點(diǎn)，得出雙脈沖由弱到強(qiáng)時(shí)過大的熔滴體積是飛濺產(chǎn)生的主要原因?？刂齐p脈沖飛濺的主要手段有兩個(gè)：1)根據(jù)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(jù)鋁合金脈沖焊電弧特點(diǎn)和熔滴過渡特點(diǎn)設(shè)計(jì)雙脈沖波形和

6、選擇脈沖參數(shù)。根據(jù)脈沖焊參數(shù)的時(shí)間特點(diǎn)，將其分為四級。通過對脈沖焊四級工藝參數(shù)的分析，我們可以了解，目前研究的注意力主要集中在動(dòng)態(tài)參數(shù)和實(shí)時(shí)參數(shù)以及平均參數(shù)身上，對外特性參數(shù)研究和控制較少。在雙脈沖焊接工藝中，由于強(qiáng)弱脈沖導(dǎo)致的弧長劇烈變化，在切換過程中，基值時(shí)間變化較大，容易產(chǎn)生飛濺。 本文提出采用變外特性斜率控制實(shí)現(xiàn)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(jù)外特性斜率設(shè)定進(jìn)行控制。其控制原理是：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)平均

7、電流變化時(shí)，立即將其測量出來，通過外特性控制器，根據(jù)平均電流變化的大小和外特性斜率設(shè)定值來改變電壓設(shè)定值，以達(dá)到外特性控制的目的。 通過此種方式，弧長調(diào)節(jié)速度可以被方便的控制，其值可以由斜率k進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得弧長調(diào)節(jié)速度可以根據(jù)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(diào)節(jié)速度下進(jìn)行，焊接過程穩(wěn)定，并進(jìn)一步減小飛濺的產(chǎn)生。 通過試驗(yàn)得到了經(jīng)過優(yōu)化的1.2mm鋁合金全規(guī)范區(qū)間工藝參數(shù)，試驗(yàn)證明，焊縫表面均勻致密，工件表