脉冲MIG焊工艺与设备

1、数字化脉冲MIG焊技术方案论证MIG脉冲MIG焊接工艺与设备问题研讨.主要内容MIG及脉冲MIG焊接方法概述典型的脉冲MIG控制方法概述脉冲MIG控制过程分析与方案论证电源技术分析与方案论证其它相关技术问题任务进度讨论.MIG焊方法简述 MIG焊是熔化极气体维护焊GMAW的一种。在惰性气体维护作用下，电弧产生在延续送进的可熔化金属焊丝与焊接工件之间。维护气体通常采用惰性气体Ar气或以Ar气为主要成分的混合气体85%Ar+15%CO2。.MIG焊过程控制的根本原理电弧的伏安特性焊丝的熔化特性电源的伏安特性弧长的调理特性送丝速度=熔化速度.MIG焊根本原理熔滴过渡 焊丝在电弧的加热作用下熔化后以一

2、定的方式过渡到焊接熔池中的过程成为“熔滴过渡，熔滴过渡方式与焊接规范参数有关。短路电流A电压U射流短路颗粒颗粒射流.脉冲MIG的优点 射流过渡是一种理想的熔滴过渡方式，但是需求在较大的电流大于临界电流下才干实现，因此限制了运用范围。脉冲MIG利用脉冲电流方式，可以在较低的平均电流低热输入实现稳定的射流过渡，因此具有以下优点： 1、有利于薄板焊接 2、有利于全位置焊接 3、有利于运用粗丝焊接粗丝送丝稳定性高.脉冲MIG的关键技术与难点脉冲参数与送丝速度的匹配 数字化技术处理的关键问题就是建立一个可以现场调用的数据库，即某一种焊丝资料、直径，在一定的送丝速度下所对应的脉冲参数组合峰值电流、基值电流

3、、峰值时间、基值时间脉冲方式下的弧长控制 脉冲电流作用下的弧长也是动摇的，如何保证弧长稳定，特别是在干伸长动摇的条件下保证弧长稳定是脉冲MIG的主要控制难题.脉冲MIG与数字化的关系脉冲MIG的技术开展依赖于数字化信息处置的开展，而不是仅仅依赖于数字化电源技术焊接领域中数字化技术运用的主要成就之一就是脉冲MIG的适用化脉冲MIG的适用化关键是用数字化技术处理了复杂的脉冲参数与送丝速度之间的数据存储与调用智能式控制.脉冲MIG的弧长调理方式I/I控制方式 脉冲的峰值和基值都为电流方式U/I控制方式 脉冲的峰值为电压方式、基值为电流方式ACUU控制方式 脉冲基值和峰值的初始为电流方式、之后转为电压

4、方式.弧长调理的重要性 熔化极电弧焊接的稳定性中心问题就是弧长的稳定。良好的脉冲焊控制系统应该可以在焊丝干伸长较大幅度变化的条件下实现有效的弧长调理作用。焊丝干伸长变化的实况.I/I控制方式基于改动恒流源给定的脉冲控制方式传统脉冲控制方式脉冲峰值的时间是固定的脉冲基值的时间是根据对一个脉冲周期内的电压信号采样平均值控制当弧长动摇时，脉冲频率将随之动摇由于是基于平均算法控制，所以对导电嘴到工件之间的间隔控制的呼应速度较低.I/I控制方式典型波形设定量：Ip，Ib，Tp，Vset调理量：Tb控制方式：V/F焊丝干伸长较长焊丝干伸长较短.U/I控制方式典型代表产品.U/I控制方式的设置菜单典型代表产

5、品.ACUU控制方式Millers Accu-Pulse Pulsed MIG Technology Tackles Exotic Metals, Provide 15 to 20 Percent Improvement, 1 Year Payback .典型脉冲参数参考-11.2mm 4043铝合金焊丝.典型脉冲参数参考-21.2mm 5356 铝合金焊丝.铝合金脉冲MIG焊接参数与熔滴过渡的关系如何实现一脉一滴的熔滴过渡？一脉一滴是由脉冲参数决议的： (常数),也就是脉冲峰值电流与脉冲宽度的乘积为常数。n/11/11/n.脉冲参数与弧长的关系.脉冲MIG焊的熔滴过渡铝合金.脉冲MIG焊铝双

6、丝焊I1I2熔滴过渡电流波形.脉冲MIG过程的深化分析数字化仿真技术焊接电弧模型化电源数字化模型MIG数字化模型.MIG焊系统系统描画WeldingPowerSourceVAWire FeederWelding ArcWire Feeder.MIG电弧模型从实践到笼统Lt-wLa+-Contact TipLeWork Piece.MIG焊系统的模型化从实践到笼统LcLa+-Contact TipLeWork PieceWFSVAUoLoRo.电弧电压的分布Cathode Arc ColumnAnode UU arc = Ucathode + Uarc column+ Uanode.电弧伏安特性

7、的数学描画Ui0RaLa+-Contact TipLeLdWork PieceLt-wVoltAmpLinearizationpiecewise linearity.电弧与电源的关系模型VoltAmpUps=UaUoIV-A Characteristic of the Arc in GMAW IntersectionUf = k1 + k2La+ (k3 La+ k4Le)I.焊丝熔化速度模型 Le = Lt-w La WMR = m1UdaI + m2Lek4I 2.电弧弧长模型WMR焊丝熔化速率；WFS 焊丝送丝速度。.MIG焊中个参数之间的根本关系电弧电压电弧电流焊丝干伸长电弧长度焊丝熔

8、化速率.脉冲MIG过程的控制技术要点在脉冲电流作用下，焊丝的熔化速度会变化，因此脉冲MIG弧长控制的根本要求坚持弧长动态稳定，即弧长La满足：0 La Lt-w在焊接过程中动态调理焊接电流，动态地满足： WMR=WFS弧长的控制调理方式.I/I脉冲MIG电压反响积分电压设定积分.U/I脉冲过程波形.ACCU脉冲过程波形.脉冲MIG过程的控制原理仿真仿真工具：LAbVIEW.U/I 及 ACCU 的优点脉冲频率固定脉冲频率固定对于双丝焊的协同控制是必要的，这也是CLOOS在双丝焊接方面技术优势的根底。弧长控制算法简单，利用了恒压电源的本身调理作用双丝脉冲MIG视频资料.U/I 及 ACCU 脉冲

9、控制的关键技术对电源的要求： 平特性与陡特性的在线快速转换技术途径： 利用电源的复合外特性控制技术 .如何处理电源的CC/CV特性转换了解电源外特性控制的根本原理分析现有产品的中实现方法从外特性变化到脉冲的关系.CC特性的实现一次电源都是恒压源CV二次电源实现CC采用电流反响所谓电流反响的本质是根据负载变化引起电流变化的大小和方向调整输出电压R1R2V1V2IV I1I2.CV特性的实现电流内环+电压外环是焊机中常用的CV方式采用电压反响控制电流反响的给定电流内环条件下所谓电压反响的本质是根据负载变化引起电压变化的大小和方向调整输出电流R1R2V1V2IV I1I2.+HC-II系列电源外特性

10、控制电路分析PI控制器电流反响-PI控制器电压给定+电压给定电压反响- 输出量.HC-II系列电源外特性曲线.HM系列电源外特性控制电路分析电压反响推力控制量电流反响电流反响电流给定电流给定输出量推力给定推力限制.HM系列电源外特性曲线.电流内环+电压外环控制电路.优化的电流内环+电压外环控制电路电压外环电流内环.电流内环+电压外环控制系统的数学表达电流+电压双闭环控制系统传送函m电压反响系数n电流反响系数 .CC POWER V-A Characteristic恒流电源外特性曲线.CV POWER V-A Characteristic恒压电源外特性曲线.有最小电流限制的平特性电源低压输出时的

11、电源伏安特性.有最小电流限制的平特性电源高压输出时的电源伏安特性.电压/电流复合脉冲电路原理.改动电压实现电流脉冲的原理Ip=350AIb=50AVp=40VVb=15VLo U=15+0.05I.脉冲峰值时的电压/电流复协作用-I+LIp=350AIb=50AVp=40VVb=15VLo.脉冲基值时的电压/电流复协作用+I-LIp=350AIb=50AVp=40VVb=15VLo.电压/电流复合脉冲任务原理+I-I-L+LIp=350AIb=50AVp=40VVb=15VLo.脉冲MIG对送丝机的要求高精度，要求送丝速度与脉冲参数之间的准确匹配高呼应速度，实现高质量的引弧和收弧的必要技术手段

12、数字化的AC伺服电机曾经成为高档脉冲MIG的送丝驱动的首选电机因此目前以为：数字化焊机应该包括送丝机的数字化.初期实验方案快速实现根本控制思想电流/电压复合控制处理焊接参数的优化问题脉冲参数与送丝速度的匹配PCAD/DAI/O模拟电源AC伺服送丝机.产品技术方案框图PC嵌入式控制器DSP控制电源AC伺服送丝机实现完好的嵌入式控制数字化脉冲MIG焊机.数字化电源框图.数字化电源控制系统的根本算法变参数数字PI设计及程序框图.数字焊接电源系统控制芯片DSP+CPLD选择.数字化焊机操作面板几种方式LED方式LCD方式传统方式+上位机.Fronius TPS 系列控制面板LED设置旋钮显示区资料选择

13、操作方式选择.焊接条件记忆存储功能最大可存100条焊接方式的选择：用软触键设定焊接方法和焊丝直径，简便无误。用发光二极管指示设定结果，一目了然。 显示区功能键：软触键数字显示操作面板可以便利地设定一切焊接相关功能而无需对电源内部进展复杂设置。用同一旋钮设定一切的焊接参数值，操作便利电弧特性：可用电弧特性旋钮自在调理电弧硬度，根据作业内容和个人习惯设定最正确电弧形状。各种功能:备有初期电流设置、一元化电压调整，恒熔深控制等功能，实现高质量的焊接。预留方式：经过安装特殊软件追加焊接方式后，可以实现特种资料的焊接。OTC DP400.LEDPanasonic 350GR3、500GR3.HD-500

14、LED.CLOOSLEDLCD.大屏幕的液晶显示电脑化操作界面CLOOSLCD.LINCOLN POWERWAVE455M/STT林肯焊机的操作面板很简单，几乎没有数字化的概念，但是它提供与上位机的联机功能和波形设计软件。所以说：数字化不一定表达在外观控制面板传统方式+上位机.上位机功能是开展方向.高频逆变电源的实现60-100KHz的逆变电源在高档逆变焊机中曾经成为一种主流，这主要是由于控制对机器呼应速度的要求单管技术的崛起支持了高频化模块化、组合式支持了大功率.双单端组合的逆变电源目前实施中的ZX7-315主电路.关于交流伺服电机用于送丝机的问题交流伺服电机是目前性能最优良的电机之一，交流

15、伺服电机的控制系统就是一个复杂的数字化控制器交流伺服电机目前主要用于数控运动系统，用于焊接送丝机不是可不可以的问题，只是能否经济合算的问题一台低档交流伺服电机价钱相当于一台中档的焊机，因此用于送丝在普通的韩集中是有些接受不起，但是在高档焊机中，交流伺服电机曾经开场运用主要是利用其高速的呼应速度，快速停顿，甚至反抽，是目前一些特殊焊接技术的必要支持.例如：CMT工艺的特征AC 交流伺服马达在焊枪内非常迅捷改动送丝速度是实现CMT工艺的先决条件.CMT过程表示图t = 0 mst = 4.59 mst = 6.21 mst = 7.56 mst = 11.34 mst = 13.23 mst =

16、13.77 mst = 14.31 ms反抽焊丝是技术中心，交流伺服电机是个必需的.例如：准确控制引弧过程的方法 引弧视频资料.高性能的薄板低电流焊接问题目的定位于：2mm铝板，50A有一定的技术难度，其难度主要表如今脉冲MIG不是处理此问题的最正确方式，因此与其说是难度，不如说是技术定位问题目前薄板焊接的技术前沿是：CMT，COLD- ARC 等，其特点是控制短路过程短路而无飞溅，而不是防止短路过程因此产品假设就是要定位于薄板低电流，那么应该调整到短路控制技术，而不是脉冲MIG.CLOOS的冷焊技术交流脉冲MIG.任务进度安排工程内容电源功率模块+控制模块焊接工艺实验参数数据库建立操作面板数

17、据库的一元化运用及焊接时序送丝机运用交流伺服电机焊接实验任务台焊接参数数据库建立必备联机调试.电源电源功率模块采用单管IGBT技术，设计任务频率60-80KHz，200A模块组合。任务时间第一阶段样机50任务日，第二阶段完善改良30任务日，第三阶段定性20任务日控制部分采用DSP或ARM，实现PWM的数字化控制。第一阶段样机60任务日硬件30日、软件30日，第二阶段改良完善30任务日，第三阶段定型20任务日思索到部分可并行任务，以上两部分合计180任务日约八个月.焊接工艺实验脉冲MIG参数确实定是一个大量焊接工艺实验的结果，由于送丝速度与脉冲参数之间不是线性关系，一元化调理是经过建立在大量实验

18、数据根底上的插值算法获得，而插值算法的精度取决于数据量。假设按送丝速度每0.1米普通在数字化焊机中的送丝速度的最低分辨率为0.1米一个数据点，当送丝速度从2米到22米就需求有200个实验数据支持，这样的数据任务量太大。可以采用插值算法，以0.5米为一个数据点，这样就可以将实验数据量降低到原来的1/5。即使这样，对于一种焊丝直径、资料也要有40个点实验数据才干获得进展一元化调理插值计算所必要数据。而每个数据点要有至少4个参数峰值电流、峰值时间、基值电流、基值时间或，假设有3种焊丝资料钢、不锈钢、铝，每种资料三个焊丝直径1.0、1.2、1.6，那么要求有34360个实验数据支持。根据最理想的实验情

19、况，获得一个点数据平均需求1小时不含辅助任务、设备缺点要素和数据后处置任务，通常一天最多能完成4个数据点的任务，360个数据点意味着至少要90个任务日，实践上思索到设备要素由于是与电源部分不是成熟产品，至少要按100个任务日计算。 .比较完好的脉冲MIG焊接工艺参数内容.焊机操作面板焊机操作面板的中心就是建立一个由送丝速度控制的“一元化调理控制器，由于前述送丝速度与脉冲参数之间非线性的，至少要集成360个实验数据点，而每个数据点中有至少4个数据，也就是说有一个上千个数据点的表格，这也就是为什么脉冲MIG一定要数字化的主要缘由。换句话说：脉冲MIG焊机的电源可以不是数字化的，但是焊机的操作面板一

20、定要数字化的。这部分的任务涉及到MCU硬件、软件也就是以前说的单片机和界面设计三个方面的任务。界面设计可借用目前HD-500假设没有意见的话。操作界面的根底硬件设计到达可以编程调试至少需求30个任务日，编程调试也至少要30个任务日。思索到部分任务可以交叉进展，因此第一轮设计调试需求至少50个任务日，第二轮改良需求25个任务日，第三轮定型设计需求15个任务日，合计90个任务日。另外与PC机的接口和遥控盒也是必需的，当然这部分不影响机器的焊接性能，假设思索着部分至少需求添加20个任务日。.送丝机一种关于数字化焊机的新定义：数字化焊机应该包括电源的数字化和送丝机的数字化两部分。所谓送丝机的数字化就是指交流伺服电机的采用。交流伺服电机是一种可以用脉冲准确控制速度的电机，也就是如今数控切割、机器人等机构中运用的电机。交流伺服电机的独一问题就是本钱较高，因此在后续任务中可以思索如何在现有的直流电机根底上提高速度稳定性，以降低本钱。将交流伺服电机装到现有的送丝机上需求20个任务日左右需求厂家配合。现有的直流电机根底上提高速度稳定性的任务另计，属于降低本钱的问题暂不思索。.焊接实验平台进展脉冲MIG焊接工艺参数的任务需求一个根本的自动化焊接平台，该平台应具有一定的数字化控制才干，特别是对焊枪的高度要有准确地控制才干，用来模拟实践焊接中的手工动摇，主要是对弧长