数字化脉冲MIG焊技术方案论证

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工作进度讨论MIG焊方法简述MIG焊是熔化极气体保护焊（GMAW）的一种。在惰性气体保护作用下，电弧产生在连续送进的可熔化金属焊丝与焊接工件之间。保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焊过程控制的基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节特性送丝速度=熔化速度MIG焊基本原理——熔滴过渡

焊丝在电弧的加热作用下熔化后以一定的形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模式，但是需要在较大的电流（大于临界电流）下才能实现，因此限制了应用范围。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、有利于使用粗丝焊接（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解决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（材料、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、峰值时间、基值时间）脉冲模式下的弧长控制脉冲电流作用下的弧长也是波动的，如何保证弧长稳定，特别是在干伸长波动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的技术发展依赖于数字化信息处理的发展，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应用的主要成就之一就是脉冲MIG的实用化脉冲MIG的实用化关键是用数字化技术解决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的弧长调节方式I/I控制方式脉冲的峰值和基值都为电流模式U/I控制方式脉冲的峰值为电压模式、基值为电流模式ACUU控制方式脉冲基值和峰值的初始为电流模式、之后转为电压模式弧长调调节的的重要要性熔化极极电弧弧焊接接的稳稳定性性核心心问题题就是弧弧长的的稳定定。良良好的的脉冲冲焊控控制系系统应该该能够够在焊焊丝干干伸长长较大大幅度度变化化的条件件下实实现有有效的的弧长长调节节作用用。焊丝干干伸长长变化化的实实况I/I控制制模式式基于改改变恒恒流源源给定定的脉脉冲控控制方方式———传传统脉脉冲控控制方方式脉冲峰峰值的的时间间是固固定的的脉冲基基值的的时间间是根根据对对一个个脉冲冲周期期内的的电压压信号号采样样平均均值控控制当弧长长波动动时，，脉冲冲频率率将随随之波波动由于是是基于于平均均算法法控制制，所所以对对导电电嘴到到工件件之间间的距距离控控制的的响应速速度较较低I/I控制制模式式典型型波形形设定量量：Ip，，Ib，Tp，，Vset调节量量：Tb控制方方式：：V/F焊丝干干伸长长较长长焊丝干干伸长长较短短U/I控制制模式式典型代代表产产品U/I控制制模式式的设设置菜菜单典型代代表产产品ACUU控控制方方式Miller’’sAccu-Pulse™PulsedMIGTechnologyTacklesExoticMetals,Provide15to20PercentImprovement,1YearPayback典型脉脉冲参参数参参考-11.2mm4043铝铝合金金焊丝丝典型脉脉冲参参数参参考-21.2mm5356铝铝合合金焊焊丝铝合金金脉冲冲MIG焊焊接参参数与与熔滴滴过渡渡的关关系如何实实现一一脉一一滴的的熔滴滴过渡渡？一脉一一滴是是由脉脉冲参参数决决定的的：(常数数),也就就是脉脉冲峰峰值电电流与与脉冲冲宽度度的乘乘积为为常数数。n/11/11/n脉冲参参数与与弧长长的关关系脉冲MIG焊的的熔滴滴过渡渡（铝铝合金金）脉冲MIG焊铝铝———双丝丝焊I1I2熔滴过过渡电流波波形脉冲MIG过程程的深深入分分析数字化化仿真真技术术焊接电电弧模模型化化电源数数字化化模型型MIG数字字化模模型MIG焊系系统系统描描述WeldingPowerSourceVAWireFeederWeldingArcWireFeederMIG电弧弧模型型从实际际到抽抽象Lt-wLa+-ContactTipLeWorkPieceMIG焊系系统的的模型型化从实际际到抽抽象LcLa+-ContactTipLeWorkPieceWFSVAUoLoRo电弧电电压的的分布布CathodeArcColumnAnodeU－＋Uarc=Ucathode+Uarccolumn+Uanode电弧弧伏伏安安特特性性的的数数学学描描述述Ui0RaLa+-ContactTipLeLdWorkPieceLt-wVoltAmpLinearizationpiecewiselinearity电弧弧与与电电源源的的关关系系模模型型VoltAmpUps=UaUoIV-ACharacteristicoftheArcinGMAWIntersectionUf=k1+k2La+(k3La+k4Le)I焊丝丝熔熔化化速速度度模模型型Le=Lt-w–LaWMR=m1UdaI+m2Lek4I2电弧弧弧弧长长模模型型WMR———焊焊丝丝熔熔化化速速率率；；WFS———焊焊丝丝送送丝丝速速度度。。MIG焊焊中中个个参参数数之之间间的的基基本本关关系系电弧弧电电压压电弧弧电电流流焊丝丝干干伸伸长长电弧弧长长度度焊丝丝熔熔化化速速率率脉冲冲MIG过过程程的的控控制制技技术术要要点点在脉脉冲冲电电流流作作用用下下，，焊焊丝丝的的熔熔化化速速度度会会变变化化，，因因此此脉脉冲冲MIG弧弧长长控控制制的的基基本本要要求求————保保持持弧弧长长动动态态稳稳定定，，即即弧弧长长La满足足：：0<La<Lt-w在焊焊接接过过程程中中动动态态调调节节焊焊接接电电流流，，动动态态地地满满足足：：WMR=WFS弧长长的的控控制制调调节节方方式式I/I脉脉冲冲MIG电压压反反馈馈积积分分电压压设设定定积积分分U/I脉脉冲冲过过程程波波形形ACCU脉脉冲冲过过程程波波形形脉冲冲MIG过过程程的的控控制制原原理理（（仿仿真真））仿真真工工具具：：LAbVIEWU/I及及ACCU的的优优点点脉冲冲频频率率固固定定脉冲冲频频率率固固定定对对于于双双丝丝焊焊的的协协同同控控制制是是必必要要的的，，这这也也是是CLOOS在在双双丝丝焊焊接接方方面面技技术术优优势势的的基基础础。。弧长控制制算法简简单，利利用了恒恒压电源源的自身身调节作作用双丝脉冲冲MIG视频资料料U/I及及ACCU脉冲冲控制的的关键技技术对电源的的要求：：平特性与与陡特性性的在线线快速转转换技术途径径：利用电源源的复合合外特性性控制技技术如何解决决电源的的CC/CV特特性转换换了解电源源外特性性控制的的基本原原理分析现有有产品的的中实现现方法从外特性性变化到到脉冲的的关系CC特性性的实现现一次电源源都是恒恒压源（（CV））二次电源源实现CC采用用电流反反馈所谓电流流反馈的的实质是是根据负负载变化化引起电电流变化化的大小小和方向向调整输输出电压压R1R2V1V2IVI1I2CV特性性的实现现电流内环环+电压压外环是是焊机中中常用的的CV方方式采用电压压反馈控控制电流流反馈的的给定电流内环环条件下下所谓电电压反馈馈的实质质是根据据负载变变化引起起电压变变化的大大小和方方向调整整输出电电流R1R2V1V2IVI1I2+HC-II系列列电源外外特性控控制电路路分析PI控制器电流反馈-PI控制器电压给定+电压给定电压反馈-

输出量HC-II系列列电源外外特性曲曲线HM系列列电源外外特性控控制电路路分析电压反馈推力控制量电流反馈电流反馈电流给定电流给定输出量推力给定推力限制HM系列列电源外外特性曲曲线电流内环环+电压压外环控制电路路优化的电流内环环+电压压外环控制电路路电压外环环电流内环环电流内环环+电压压外环控制系统统的数学学表达电流+电电压双闭闭环控制制系统传传递函m——电电压反馈馈系数n——电电流反馈馈系数CCPOWERV-ACharacteristic恒流电源源外特性性曲线CVPOWERV-ACharacteristic恒压电源源外特性性曲线有最小电电流限制制的平特特性电源源

低压压输出时时的电源源伏安特特性有最小电电流限制制的平特特性电源源

高压压输出时时的电源源伏安特特性电压/电电流复合合脉冲电电路原理理改变电压压实现电电流脉冲冲的原理理Ip=350AIb=50AVp=40VVb=15VLo（U=15+0.05I）脉冲峰值值时的电电压/电电流复合合作用-△I+△LIp=350AIb=50AVp=40VVb=15VLo脉冲基值值时的电电压/电电流复合合作用+△I-△LIp=350AIb=50AVp=40VVb=15VLo电压/电电流复合合脉冲工工作原理理+△I-△I-△L+△LIp=350AIb=50AVp=40VVb=15VLo脉冲MIG对送送丝机的的要求高精度，，要求送送丝速度度与脉冲冲参数之之间的精精确匹配配高响应速速度，实实现高质质量的引引弧和收收弧的必必要技术术手段数字化的的AC伺伺服电机机已经成成为高档档脉冲MIG的的送丝驱驱动的首首选电机机因此目前前认为：：数字化焊焊机应该该包括送送丝机的的数字化化初期实验验方案快速实现现基本控控制思想想（电流流/电压压复合控控制）解决焊接接参数的的优化问问题（脉脉冲参数数与送丝丝速度的的匹配））PCAD/DAI/O模拟电源源AC伺服服送丝机产品技术术方案框框图PC嵌入式控控制器DSP控控制电源AC伺服服送丝机实现完整整的嵌入入式控制制数字化化脉冲MIG焊焊机数字化电电源框图图数字化电电源控制制系统的的基本算算法变参数数数字PI设计及及程序框框图数字焊接接电源系系统控制芯片片（DSP+CPLD）选择择数字化焊焊机操作作面板几几种形式式LED方方式LCD方方式传统方式式+上位位机FroniusTPS系系列控制面板板——LED设置旋钮显示区材料选择操作模式选择焊接条件记忆存储功能（最大可存100条）焊接模式式的选择择：用软触键键设定焊焊接方法法和焊丝丝直径，，简便无无误。用用发光二二极管指指示设定定结果，，一目了了然。显示区功能键：软触键数字显示操作面板可以便捷地设定所有焊接相关功能而无需对电源内部进行复杂设置。用同一旋旋钮设定定所有的的焊接参参数值，，操作便便捷电弧特性性：可用电弧弧特性旋旋钮自由由调节电电弧硬度度，根据据作业内内容和个个人习惯惯设定最最佳电弧弧状态。。各种功能能:备有初期期电流设设置、一一元化电电压调整整，恒熔熔深控制制等功能能，实现现高质量量的焊接接。预留模式式：通过安装装特殊软软件追加加焊接模模式后，，可以实实现特种种材料的的焊接。。OTCDP400LEDPanasonic350GR3、、500GR3HD-500LEDCLOOSLEDLCD大屏幕的的液晶显显示电脑化操操作界面面CLOOSLCDLINCOLNPOWERWAVE455M/STT林肯焊机机的操作作面板很很简单，，几乎没没有数字字化的概概念，但但是它提提供与上上位机的的联机功功能和波波形设计计软件。。所以说说：数字字化不一一定体现现在外观观控制面板———传统形形式+上位位机上位机功能能是发展方方向高频逆变电电源的实现现60-100KHz的逆变电电源在高档档逆变焊机机中已经成成为一种主主流，这主主要是因为为控制对机机器响应速速度的要求求单管技术的的崛起支持持了高频化化模块化、组组合式支持持了大功率率双单端组合合的逆变电电源目前实施中中的ZX7-315主电路关于交流伺伺服电机用用于送丝机机的问题交流伺服电电机是目前前性能最优优异的电机机之一，交交流伺服电电机的控制制系统就是是一个复杂杂的数字化化控制器交流伺服电电机目前主主要用于数数控运动系系统，用于于焊接送丝丝机不是可可不可以的的问题，只只是是否经经济合算的的问题一台低档交交流伺服电电机价格相相当于一台台中档的焊焊机，因此此用于送丝丝在一般的的韩集中是是有些承受受不起，但但是在高档档焊机中，，交流伺服服电机已经经开始应用用主要是利用用其高速的的响应速度度，快速停停止，甚至至反抽，是是目前一些些特殊焊接接技术的必必要支持例如：CMT工艺的特征征AC交流伺服马马达在焊枪枪内非常迅捷改改变送丝速速度是实现现CMT工艺的先决决条件CMT过程程示意图t=0mst=4.59mst=6.21mst=7.56mst=11.34mst=13.23mst=13.77mst=14.31ms反抽焊丝是是技术核心心，交流伺伺服电机是是个必需的的例如：精确确控制引弧弧过程的方方法引弧视频资资料高性能的薄薄板低电流流焊接问题题目标定位于于：2mm铝板，50A有一一定的技术术难度，其其难度主要要表现在脉脉冲MIG不是解决决此问题的的最佳方式式，因此与与其说是难难度，不如如说是技术术定位问题题目前薄板焊焊接的技术术前沿是：：CMT，，COLD-ARC等，，其特点是是控制短路路过程（短短路而无飞飞溅），而而不是避免免短路过程程因此产品如如果就是要要定位于薄薄板低电流流，那么应应该调整到到短路控制制技术，而而不是脉冲冲MIGCLOOS的冷焊技技术交流脉冲MIG工作进度安安排——项项目内容电源（功率率模块+控控制模块））焊接工艺试试验（参数数数据库建建立）操作面板（（数据库的的一元化使使用及焊接接时序）送丝机（使使用交流伺伺服电机））焊接试验工工作台（焊焊接参数数数据库建立立必备）联机调试电源电源功率模模块采用单单管IGBT技术，，设计工作作频率60-80KHz，200A模模块组合。。工作时间间第一阶段段样机50工作日，，第二阶段段完善改进进30工作作日，第三三阶段定性性20工作作日控制部分采采用DSP或ARM，实现PWM的数数字化控制制。第一阶阶段样机60工作日日（硬件30日、软软件30日日），第二二阶段改进进完善30工作日，，第三阶段段定型20工作日考虑到部分分可并行工工作，以上两部分分合计180工作日日（约八个月月）焊接工艺试试验脉冲MIG参数的确确定是一个个大量焊接接工艺试验验的结果，，由于送丝丝速度与脉脉冲参数之之间不是线线性关系，，一元化调调节是通过过建立在大大量实验数数据基础上上的插值算算法获得，，而插值算算法的精度度取决于数数据量。如如果按送丝丝速度每0.1米（（一般在数数字化焊机机中的送丝丝速度的最最低分辨率率为0.1米）一个个数据点，，当送丝速速度从2米米到22米米就需要有有200个个实验数据据支持，这这样的数据据工作量太太大。可以以采用插值值算法，以以0.5米米为一个数数据点，这这样就可以以将实验数数据量降低低到原来的的1/5。。即使这样样，对于一一种焊丝（（直径、材材料）也要要有40个个点试验数数据才能获获得进行一一元化调节节插值计算算所必要数数据。而每每个数据点点要有至少少4个参数数（峰值电电流、峰值值时间、基基值电流、、基值时间间或），假假设有3种种焊丝材料料（钢、不不锈钢、铝铝），每种种材料三个个焊丝直径径（1.0、1.2、1.6），那么么要求有3×３×4０＝360个实验验数据支持持。根据最最理想的实实验情况，，获得一个个点数据平平均需要1小时（不不含辅助工工作、设备备故障因素素和数据后后处理工作作），通常常一天最多多能完成4个数据点点的工作，，360个个数据点意意味着至少少要90个个工作日，，实际上考考虑到设备备因素（由由于是与电电源部分不不是成熟产产品），至少要按100个工工作日计算算。比较完整的的脉冲MIG焊接工工艺参数内内容焊机操作面面板焊机操作面面板的核心心就是建立立一个由送送丝速度控控制的“一一元化”调调节控制器器，由于前前述送丝速速度与脉冲冲参数之间间非线性的的，至少要要集成360个实验验数据点，，而每个数数据点中有有至少4个个数据，也也就是说有有一个上千千个数据点点的表格，，这也就是是为什么脉脉冲MIG一定要数数字化的主主要原因。。换句话说说：脉冲MIG焊机机的电源可可以不是数数字化的，，但是焊机机的操作面面板一定要要数字化的的。这部分分的工作涉涉及到MCU硬件、、软件（也也就是以前前说的单片片机）和界界面设计三三个方面的的工作。界界面设计可可借用目前前HD-500（如果没有有意见的话话）。操作作界面的基基础硬件设设计达到可可以编程调调试至少需需要30个个工作日，，编程调试试也至少要要30个工工作日。考考虑到部分分工作可以以交叉进行行，因此第第一轮设计计调试需要要至少50个工作日日，第二轮轮改进需要要25个工工作日，第第三轮定型型设计需要要15个工工作日，合计90个个工作日。另外与PC机的接接口和遥控控盒也是必必须的，当当然这部分分不影响机机器的焊接接性能，如如果考虑着着部分至少少需要增加加20个工工作日。送丝机一种关于数数字化焊机机的新定义义：数字化化焊机应该该包括电源源的数字化化和送丝机机的数字化化两部分。。所谓送丝丝机的数字字化就是指指交流伺服服电机的采采用。交流流伺服电机机是一种可可以用脉冲冲精确控制制速度的电电机，也就就是现在数数控切割、、机器人等等机构中使使用的电机机。交流伺伺服电机的的唯一问题题就是成本本较高，因因此在后续续工作中可可以考虑如如何在现有有的直流电电机基础上上提高速度度稳定性，，以降低成成本。将交交流伺服电电机装到现现有的送丝丝机上需要20个个工作日左左右（需要厂家家配合）。。现有的直直流电机基基础上提高高速度稳定定性的工作作另计，属属于降低成成本的问题题暂不考虑虑。焊接试验平平台进行脉冲MIG焊接接工艺参数数的工作需需要一个基基本的自动动化焊接平平台，该平平台应具有有一定的数数字化控制制能力，特特别是对焊焊枪的高度度要有精确确地控制能能力，用来来模拟实际际焊接中的的手工波动动，主要是是对弧长控控制能力的的考验。另另外至少需需要焊接参参数采集与与分析系统统，最好有有高速摄像像装置，并并且能与电电压电流波波形同步显显示，这对对于设定最最佳的脉冲冲参数极为为重要。完成数控的的自动焊接接平台部分分需要30个个工作日，目前已经经开始了对对数控系统统的熟悉工工作，控制制对象是公公司的小数数控，这部部分工作可可以在这个个基础上做做。焊接参参数采集与与分析系统统是必须的的，这部分分工作已有有现成的产产品，连接接即可使用用。焊接试验平平台参考构构成示意图图三维数控系系统联机调试与与小批量样样机制作联机调试也也就是最后后的整机定定型，需要要30个工工作日为了考核样样机效果，，要进行了了5台样机机的小批量量制造，并并送用户使使用获得反反馈意见，，时间为50个工作作日（其中中制造20台，考核核30天））对于项目启启动方式与与时间要求求2009年年12月31日以前前完成：提供自动焊焊接平台，，包括焊接接参数采集集与分析系系统。采用交流伺伺服的送丝丝机。焊枪与自动动焊接平台台的结合，，以焊枪高高度的控制制——模拟拟焊枪波动动，及焊接接工件的快快速装卡装装置。基于PC的的脉冲控制制软件与硬硬件。可以进行PC机控制制下的焊接接。2010年年1月15前完成：：提供基于目目前HC-II机器器的脉冲电电源功率平平台；电源控制部部分要改造造成可以与与模拟脉冲冲控制信号号连接；PC机的控控制卡要与与电源连接接，实现PC对电源源脉冲信号号的数字化化控制；PC机的控控制卡要与与送丝机连连接，实现现送丝速度度的数字化化控制。2010年年1月15日至2010春节节放假前进进行初步脉脉冲MIG焊接试验验，达到单单一参数下下的稳定脉脉冲MIG焊接效果果。已进行的前前期准备工工作基于PC的的数字化控控制器（LabVIEW编程程环境和AD/DA接口卡））数字化运动控控制（LabVIEW编编程环境驱动动PCI动控控制卡）双单端ZX7-315数字化控制器器件的资料收收集谢谢！

请提提意见9、静夜四无邻邻，荒居旧业业贫。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中黄叶树树，灯下白头头人。。13:54:4413:54:4413:5412/29/20221:54:44PM11、以我独独沈久，，愧君相相见频。。。12月-2213:54:4413:54Dec-2229-Dec-2212、故人人江海海别，，几度度隔山山川。。。13:54:4413:54:4413:54Thursday,December29,202213、乍见翻疑梦梦，相悲各问问年。。12月-2212月-2213:54:4413:54:44December29,202214、他他乡乡生生白白发发，，旧旧国国见见青青山山。。。。29十十二二月月20221:54:44下下午午13:54:4412月月-2215、比不了了得就不不比，得得不到的的就不要要。。。十二月221:54下午午12月-2213:54December29,202216、行动出成果果，工作出财财富。。2022/12/2913:54:4413:54:4429December202217、做前，，能够环环视四周周；做时时，你只只能或者者最好沿沿着以脚脚为起点点的射线线向前。。。1:54:44下午午1:54下午午13:54:4412月-229、没有失败，，只有暂时停停止成功！。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有结结果果，，但但是是不不努努力力却却什什么么改改变变也也没没有有。。。。13:54:4413:54:4413:5412/29/20221:54:44PM11、成功就是是日复一日日那一点点点小小努力力的积累。。。12月-2213:54:4413:54Dec-2229-Dec-2212、世间成事，，不求其绝对对圆满，留一一份不足，可可得无限完美美。。13:54:4413:54:4413:54Thursday,Dec