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    焊管機電弧長度自適應控制技術

    2019-03-27   來源:   點擊數:0次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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     中國鋼管信息港方面獲悉:在施工管理階段,由于設計內容不詳細,在招投標、施工過程中設計文件介紹不清楚,導致施工準備不足由于環境的變化難免造成設計、施工等的變化,在缺乏各類數據有效溝通的情況下,無法滿足施工進度、質量和工期的要求在竣工圖施測的過程中,數據的采集不盡合理,將對運營管理造成不便。
      
      在運營管理階段,由于設計過于簡單,施工過程變更大,竣工資料不夠詳盡,給建成管道的正常運行和日常維護、管理帶來很大困難,尤其是對施工重點部位不能有效地跟蹤和定期檢查、維護。緊急情況下的應變能力差,當險情發生時,難以及時提供最新的、準確的詳盡信息。
      
      通過對脈沖焊接電流期間的電弧電壓進行實時采樣,實現了全位置T IG焊管機的電弧長度自適應控制。控制系統動態響應速度快、調節精度高且工作性能穩定可靠。試驗結果表明,焊縫熔寬均勻,表面成形美觀。
      
      T IG焊全位置焊管機電弧長度自動控制在電力、冶金、石油以及化工等行業中,管道焊接是制造過程中的關鍵環節之一,對其焊縫的密封性能和力學性能要求均比較高。采用焊條電弧焊進行此類全位置焊接時,存在質量差、生產效率低以及勞動強度大等諸多問題。因此,研究優質高效的管道自動焊接工藝和設備,是我國焊接技術的一個重要發展方向在全位置管管焊接操作中,完成一道焊縫需要經過平焊、向下立焊、仰焊和向上立焊過程。而焊槍處在不同的焊接位置時,熔池中液態金屬所受的重力對焊縫成形所起的作用極不相同,而且是不斷變化的。因此,實現全位置管管焊接的主要技術關鍵在于如何控制好金屬熔池。鎢極惰性氣體保護焊( T IG)作為一種高質量的焊接方法在薄板構件焊接及厚板打底焊中得到了廣泛應用。T IG焊中采用脈沖技術,母材在脈沖電流作用下熔化,金屬熔池迅速擴展,并在自身重力、表面張力和電磁力等作用下形成一定的形狀。在隨后的基值電流期間,熔池迅速凝固,形成焊點,這樣周而復始就形成了焊縫。通過調節T IG焊的脈沖參數,可精確控制電弧能量及其分布,適于全位置焊接。在全位置管管焊接過程中,只要各規范參數匹配適當,并能依據管子圓周上各焊接空間位置對其規范參數進行自動控制,以調整電弧的熱輸入和作用力、熔池的體積和流動性,從而補償熔池中液態金屬重力變化所帶來的影響,就能夠獲得熔透均勻、表面成形良好的焊縫。
      
      石油化工設備在全位置脈沖T IG焊接過程中,影響焊接質量的主要規范參數包括電弧長度(以下簡稱弧長)、焊接電流和焊接速度,其中弧長是較為敏感的因素。
      
      中國鋼管信息港方面獲悉:當某種原因引起鎢棒(電極)與工件間的距離波動超過一定范圍時,就會使工件表面熱輸入及其分布發生顯著變化,導致工件出現未熔合或焊穿現象。弧長過短,則電極和工件容易短路而損壞電極,并使電極金屬落進熔池造成夾鎢。弧長過長,電弧的有效加熱面積增大,使熔深減小、熔寬增加而嚴重影響焊縫成形質量。然而,在全位置管管焊接過程中,由于工件表面高度的不確定性變化及焊接變形的存在,接頭裝配幾何尺寸難免出現一定程度的誤差,因此,實現全位置T IG焊管機中弧長的自動調節將成為提高焊接質量的重要措施之一。
      
      1控制方案TIG焊弧長自動調節裝置主要包括接觸型和非接觸型兩大類。在接觸型裝置中,通常采用探針或滾輪探測出工件表面的變化并將其變換成相應的電信號,經放大后驅動執行電動機調整焊槍的升降,這種方法的誤差較大,只能用于要求不高的場合。
      
      也有的在弧長直接跟蹤技術中采用機械靠模跟蹤方法,但其跟蹤精度有限,而且增加了機頭輔助裝置的復雜程度。非接觸型弧長自動調節裝置又分為取光信號與取電信號兩大類,取光信號的裝置需要使用光學鏡頭來攝取信號,由光電轉換裝置進行信息轉換,再控制焊槍調節弧長。這種控制方案比較復雜,而且在機頭上必須裝設光學鏡頭,使用不便。而取電信號的方法獲取信號簡單,使用比較方便,其基本原理是將電弧電壓的偏差值放大后驅動極化繼電器,利用繼電器的觸點來控制執行電動機的換向。
      
      由于焊完一條焊縫往往使繼電器發生千百次通斷,因而裝置壽命較短,嚴重影響了系統的可靠性。雖然后來發展了磁放大器控制電路,但由于執行電動機的供電電路中采用了較大感抗的磁放大器,調節反應時間過長,因而其靈敏度不高。
      
      中國鋼管信息港方面獲悉:根據電弧的伏安特性曲線,電弧電壓與弧長存在一定的關系。電弧傳感器直接應用電弧本身作為弧長檢測物理量,不需要附加任何裝置,焊槍運動的靈活性好。因此,采用弧壓傳感控制弧長的技術是目前TIG焊弧長控制的主要研究方向,通過計算機控制和先進的控制算法可使焊槍平穩運動,其控制精度高,制造成本低,易于滿足焊接生產過程的要求。但在全位置脈沖TIG焊接條件下,脈沖電流和基值電流處在交替工作狀態,即使弧長相同,電弧電壓u也在不斷發生變化。如果將弧壓信號作為弧長的調節依據,就必須解決弧壓高低2個信號的同步問題。有關研究表明,當焊接工作電流較小時,由于鎢極熱電子發射能力薄弱而容易因斑點跳動而產生飄弧現象,電弧挺度差。當保持電極與工件距離不變時,其實際弧長及電弧電壓也可能發生隨機變動,即相同弧長下弧壓本身的波動幅度也較大,因此弧壓不適于表征弧長這一控制參數。為此,筆者所設計的控制系統中采用脈沖期間的電弧電壓信號作為弧長表征信息。在每個脈沖周期的峰值階段對弧壓信號采樣,并與相應位置的參數整定值進行比較得到誤差電壓值的大小。如果誤差電壓在控制誤差范圍之內,電弧調整機構不做任何動作,當誤差電壓超過整定范圍時,控制調整機構進行相應的移動,使得工件焊縫與電極端部之間的軸向距離得到調整,以維持弧長基本趨于穩定。
      
      2弧長控制系統設計弧長控制系統的總體結構見圖1.有源濾波器由運算放大器和RC網絡組成,避免了因使用電感元件造成的非線性特性和磁場干擾等缺點。運算放大器具有很高的輸入阻抗和很低的輸出阻抗,在線路中具有隔離作用。數模轉換器由計算機控制輸出,輸出的模擬電壓用來調整不同位置電弧電壓的基準值。為了實現全位置弧長的自適應控制,將整個圓周分為若干個區段,通過一定的控制算法形成圓周上電弧電壓(弧長)控制參數曲線,達到整個圓周上相應位置電弧電壓的控制基準值平滑調整的目的。檢測電路包括兩部分,其中檢測電路①用來檢測電弧電壓u的上閾值,檢測電路②用來檢測電弧電壓u的下閾值,通過整定誤差值將電弧電壓控制在一定的誤差范圍內。整個控制系統均在微機作用下協調工作。
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