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关于脉冲气体金属弧焊控制策略的研究过程金鸿Zhu1，2，蜀中松1，宏鑫Shi2，康勇Lee31中山大学电子与信息工程学院，河南科技大学，洛阳，中国，4710032河南省重点实验室，有色金属加工技术，洛阳，中国，4710033机械工程学院，延世大学，汉城，韩国，120749摘要脉冲熔化极气体保护焊（脉冲气体保护焊）发挥先进制造技术的重要作用，它正在改变传统的一成细可控焊接过程。但是，先进的脉冲GMAW焊接机的开发变得非常复杂。预设参数，需要协同，以达到最佳焊接工艺。此外，有干扰和自适应过程控制的许多方面是必要的，以保持最佳状态。本文综述了脉冲气体保护焊技术的进步，总结控制嵌入式系统的控制策略，详细数字。关键词弧焊接，脉冲气体保护焊，控制策略，电力供应，数字化控制导言脉冲熔化极气体保护焊（脉冲气体保护焊）是一种先进的焊接过程中起着重要作用制造业。但是，它的质量是高度的电源属性而定。为了发展和高性能的精密焊接机，了解这一过程，并实施适当的控制策略的复杂性是必要的。该系统由脉冲气体保护焊的送丝机和电源。通常运行的送丝机在摄食率可从每分钟2到20米不同，但在焊接过程中保持恒定的速率。电源必须提供适当的电流或电压参数（约30至600安培，15至45伏）相匹配的摄食率，并导致最佳焊接工艺。焊接过程的特点是自动送丝，多参数，并经常发生各种外界干扰，涉及复杂的熔滴过渡的物理现象。在焊接最终目的是产生良好的焊缝成形，熔滴过渡平稳，无飞溅。由于差分线材，直径，保护气体，焊接方式，没有可用的方法可以提供的通用解决方案。典型应用的各种控制策略已获得通过，例如，CO2/MAG/MIG焊接意味着纯粹的二氧化碳，氩气，纯氩混合气体保护焊，分别和相应的控制措施可能各不相同。本文总结了脉冲气体保护焊技术是在现有基础上研究和进步。虽然重点是在集成和协同适应过程参数控制支付，典型的焊接方式，介绍了控制策略详细，重点模糊过程控制。新的数字控制算法和系统方案的建议，以及，这可能对今后的发展前景。二。焊接方式和选择根据目前的焊接类型，参数范围或弧长度和熔滴过渡形式，脉冲气体保护焊分为不同的类别。有几种情况：在当前类型方面，有直流，脉冲和波形控制焊接。在参数范围或弧长方面，有短路弧（或DIP弧）和长弧（或自由空间弧）焊接。在熔滴过渡条款，气体保护焊电弧可以进一步分为传输模式等典型的如下述。这些点奠定了脉冲气体保护焊控制的基础。自动线均匀的速度和直流电源馈线通常采用气体保护焊的过程。虽然送丝速度和电流越来越逐渐增大，在熔化的金属丝尖端将转移到熔池的工作中的球状液滴，液滴和旋转喷雾雾滴分别形成一块。短路模式适用于焊接薄板，但多余的金属焊接高度轮廓是不可取的。球状模式患有超过熔融液滴与电弧不稳定，没有很好的控制较好的控制不足。喷雾模式提供高沉积速率，但最低喷雾模式电流是必要的，过高。旋转喷雾可以只发生在非常高的电流和适合高效率的厚钢板焊接，但很少对普通薄板焊接通过。脉冲气体保护焊克服了球状模式，同时实现技术转让的好处喷雾的弊端。这种模式的特点是当前与低级别的背景电流和高层次的峰值电流脉冲。当前的背景目的是维持电弧，峰值电流足够长，使熔滴的肯定支队，平均电流始终低于阈值电平直流喷射过渡。与此同时，虽然差脉冲焊接参数可利用，即所谓的一脉一液滴模式实现了最佳工艺的可控性。脉冲调制，如高低频混合双脉冲，可以添加更多的灵活性来控制焊接质量和形成。在其最广泛的意义上说，直流焊机并不意味着单纯的传统的直流电流。精细波形控制，而不是可以用来消除飞溅，改善焊缝成形。如图3所示，它发挥着重要作用，提高浸焊工艺和质量。例如，冰冷的金属转移（CMT）和冷弧过程（CP）的不断涌现最近。此外，脉冲分喷焊，结合浸焊和脉冲喷射等特点，是中厚铝焊接可取。这些进程可以被视为特殊类型脉冲气体保护焊。毕竟，这是焊接材料和焊接保护气体，确定模式，是比较适合应用。为了发展一个脉冲GMAW焊接机，焊接方式，应适当选择和集成到最终产品。这种选择的差异决定了特定系列的机器的性能。通常，在下列情况下将包含在主要设计喜好：对于钢焊接纯度二氧化碳气直流电流：蘸着球状转移通常情况下不适用的脉冲，波形可能是可取的钢和不锈钢焊接美格气（82+18CO2的氩气，氩气98+2的二氧化碳）直流电流：短路，球形喷转移脉冲电流：一脉一滴喷射过渡对于铝合金焊接米格气体（氩气100）直流电流：球形，分喷喷射过渡脉冲电流：子喷一脉一滴转移简单来说，典型的焊接方式有短路（常规浸或波形控制），脉冲和脉冲喷子喷焊接。最佳焊接条件应相结合。此外，由于新材料和控制技术的出现，新的焊接方式将作为很好。三。协同式参数预设为了实现稳定的焊接过程中，送丝速度和输出的电源参数必须匹配正确。但是，它可能是相当困难的经营者来决定应该选择什么值，脉冲气体保护焊，特别是在多个参数。事实上，它不是一个审判和执行实地工作，但必须由控制技术和集成到焊接电源。它被称为一个旋钮或参数统一调整。在共同的经验的基础上，焊接电流与工件厚度根据预设。其它参数将与该值，并设置相应的，目的是获得最佳焊接效果。另一方面，该系统由气体保护焊送丝机和电源。送丝率等于熔化率，都为焊接电流上升率增加。这表明，调整焊接电流变化率在本质送丝。对于电源设计方便，送丝率作为参考，而不是改变。关系分析如下。在DC的自由空间焊接简单的例子，有一间的焊接电流和焊丝熔化率的关系如下：在这里，Vm是熔化率，和为常数的依赖线材，直径，L为线延展长度从火炬（或stickout）。一般来说，后来项目LI2值较小且具有影响较弱。对于铝合金，LI2甚至可能被忽略。因此，虚拟机几乎是成正比的电流。至于直流浸焊过程中，关系可以作如下修改。在这里，我（t）是动态的焊接电流，电极电压庵附近下降，Ts为短路时，结核病是电弧燃烧时间，和是材料常数对应的短路和电弧燃烧持续时间分别。以固定电压（CV）的电源和恒速送丝GMAW焊接系统是最常用的传统机器不仅是，而且在新的逆变器的控制系统。的CV电源的好处是便于维护电弧燃烧，并取得摄食率和电流之间自动平衡。然而，其缺点是在液滴击退效果燃弧时间和适当的反应是良好的动力要求焊接过程。虽然焊接电流，送丝速度和输出电压的关系进行了研究，结果表明，由于这是很难在数学描述的方法，最佳匹配参数只能通过实验方法得到非线性因素。动态优化在短路电流的斜率是固定的期限，简化调整。在一脉一滴气体保护焊焊接方面，有更多的参数和选择。电源供应可能简历或CC特性，或在繁忙和基期，即支原体，用户界面，国际单位，分别结合第二多变，各有其优点和缺点。为了实现一个脉冲一小滴的效果，二模式更preferable.Parameters如峰值电流，峰值时间，基极电流，基时间和送丝速度必须正确匹配。假设导线直径为D，理想的雾滴直径为分子量，K是一个约1常数，脉冲频率为f，每个脉冲熔化线的长度表示为因此，它意味着，脉冲频率成正比，送丝速度。换句话说，一旦参考摄食率设置，脉冲周期将是固定的。焊丝熔化率之间和脉冲参数的关系形容为在脉冲峰值阶段，峰值电流必须超过该阈值喷射过渡的一代。如果一脉一滴是理想，高峰时间也决定一个适当的液滴产生足够的热量。由于实际的非线性因素，关系是常数c是有关线材和直径。至于基极电流，一般不超过50安培，即足以维持电弧燃烧，但不会累积热量熔化率的影响。事实上，低基极电流也可以用来获取广泛的脉冲电流范围和维持效果。然后，平均电流和基准时间可以由尽管上述关系有助于了解焊接控制，但对于非线性特征明显的P -气体保护焊焊接工艺。是非常合适的脉冲参数对实验结果而定。波形控制和脉冲分喷雾可以被视为特殊的脉冲焊接。在波形控制，消委会电源采用，在不同期限的电流值也通过实验确定。在撒哈拉喷雾模式，简历，甚至消委会电源即可正常工作，由于其特殊性质，但电弧电压应严格控制。在脉冲分喷焊，高峰时间应足够长，生产一种以上的每脉冲液滴。实验数据库集成在一个数字系统内存。操作员只需要选择一个参考的厚度，平均电流，或送丝速度，如电压，脉冲参数，或者波形参数其他参数将被召回方便。四。脉冲GMAW焊接过程控制虽然协同参数预设送丝速度提供最佳焊接按照产出，应该注意到，上述焊接数据库是在一定条件下获得的。如火炬气流量和实际情况可能会改变高度或多或少和偏离标准状态。为了保持最佳焊接工艺及熔滴过渡，一些补救措施或自适应控制方法必须被应用。下列情况都必须考虑。答：开环微调电源的简历简历的特点是普遍采用的CO2焊接电源。对于这种模式下，其输出电压应符合送丝速度。通常情况下，其输出电压允许操作者稍有调整。这是一个开环微调的方法。此外，数字化逆变电源的特点是实现了简历通过占空比或电流控制。二PID的脉冲氩弧焊弧长控制至于脉冲焊接的自由空间传输，它是理想的实现一脉一滴的结果。如今II模式的P - GMAW焊接是最常见的脉冲焊接过程。它没有对弧长的自我调节能力。为了维持稳定的焊接过程中，闭环控制电弧电压应增加。调查表明，PI控制是可行的电弧长度控制。Additonaly，数字PI是更加灵活和适应性。研究还声称模糊PID自调整系数控制器是可能的。因为平均电弧电压控制具有响应速度慢，峰值时间和电弧电压检测控制，可用于数字控制。数字PI控制，可描述如下。在这里，铀（k）是在此之后控制输出，电子（k）是错误的，Kp为比例系数，积分系数钛是，T为时间。然后，它可以简化为事实上，控制输出所需的基本时间，并且可以写成如下。这个值可以用来调整定时器/计数器软件编程常数。三模糊/ PID恒频波形控制浸焊如果开环调节使用，甚至超过了几伏范围内的微小变化可能会偏离最佳焊接状态。一种自适应控制策略是必要的。一些研究人员提出了模糊自寻优算法的特征值控制的基础类。随着波形控制逆变电源的快速发展，恒频控制进行了研究在最近几年。一种简化的一个输入一输出的模糊控制器进行了测试，如表一所示的策略是双模模糊/ PID算法。它的原理是，燃弧脉冲周期将被调整到短路波形控制传输频率。由于无法避免的模糊控制静态误差，非线性PI控制相结合，提高质量，如公式（11）所示。实验证明，它是一个可行的和有效的方法。d.模糊短路频率脉冲控制小组喷焊脉冲子喷转移是选择合适的铝合金板材的焊接，因此这种模式也可用于焊接参数的完整范围内的输出机设计中考虑的范围。电弧电压值选择是非常关键的得到理想的子喷熔滴过渡，并且只能由临时短路过渡频率来判断。因此，电弧电压被作为控制变量，短路过程中选择一个数作为控制目标，一个双输入单输出模糊控制器可设计一定时期的P - GMAW焊接。定义，欧共体和U三种模糊语言集。E为短路数集的错误，选委会是分层设置的错误率，U输出设置。根据模糊逻辑的原则，我们确定了我们的输入和输出的通用空间，定义为高斯函数的隶属函数。控制规则表二总结。根据模糊推理规则，模糊化是通过使用最大产品的方法。最后，一对模糊控制数据表可以得到。此数据表计算离线，储存在系统的记忆和快速实时控制访问期间容易。五，嵌入式计划及FNC的方法数字化智能控制焊接电源是焊接设备的发展趋势。至于脉冲气体保护焊，无论是全数字或混合的数字电源即可通过。所不同的是，前者可以产生脉宽调制（PWM）信号直接，但后来使用PWM生成，从而简化了模拟电路基础软件的设计。没有显着差异在此，但控制策略可能会导致实质性进展。数字控制算法将需要符合下列规定：按照给定的平均电流，决定送丝速度和脉冲焊接参数，调节电弧长度，使焊接过程稳定，实现最佳的熔滴过渡。它主要包括协同（或预反馈）的送丝速度，弧长闭环控制，短路频率调整和控制。一种嵌入式单片机系统与线性混合的PWM集成电路设计了组合，构成一个模拟数字混合控制系统。它的目的是根据前面所说的原则。该系统的功能是针对CO2/MAG/MIG焊接。它包含了逆变电源和送丝机。参考电流（或送丝率）和电压可独立设置在饲养中通过前面板或面板编码器协同方式。摄食率设置到D / A转换器，焊接电流和短路电流输出经过D / A输出设置为良好。反馈电流，反馈电压，参考电流和送丝机给定电压输入是通过A / D通道。软件编程实现焊接顺序和控制算法。通讯接口可满足系统升级和数据传输，以及焊接。为了克服上述表示的各种算法的局限性，模糊神经网络控制器（FNC的），提出了实现弧长和短路频率控制。如图4所示，神经网络控制器进行训练，实际使用之前，它由2的H - 1（2输入，一隐藏层，输出1）血压结构，用于存储模糊逻辑控制规则。介绍了神经网络的经验，克服不足，控制器可能会更加适应性和普遍性。此外，由于控制规则是由权值反映FNC的控制器，可实现精确控制，提高测试精度。因此，它克服了高静差的缺点，并进行最后的质量控制和进一步的应用前景。六。结论在脉冲气体保护焊控制进步已经取得了较好的控制，熔滴过渡，焊接质量。在本文中，脉冲气体保护焊的控制要求进行了总结，典型控制策略进行了描述。注意事项支付的数字化焊接电源的方法。协同参数预置，开环微调，脉冲气体保护焊，熔滴的浸焊的波形控制和脉冲分喷焊传输频率模糊控制电弧长度控制。该控制方案研究了基于嵌入式系统的说明与讨论了模糊神经控制器，具有显着的优点，是未来应用前景。参考文献1戈什，PK的，等al.Arc特点和脉冲电流GMA的熔滴过渡行为铝合金焊接。进展ADVANCES工艺技术，194（1-3），pp.163 - 175，2007年11月。2金渝生，伊格吨金属在脉冲电流气体金属弧焊转移。焊接学报，1993（7），p