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    焊管機電弧長度自適應控制技術

    2019-05-20   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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     中國鋼管信息港內部報道:在激光拼焊管生產中,彎管成形是一道非常重要的工序,直接影響后道工序激光焊接的質量。
      
      應用激光拼焊管具有焊接缺陷少、熱影響區小、二次加工能力及抗腐蝕性能優越、焊后毛刺缺陷小從而不需要內部進行毛刺處理。但同時目前影響激光拼焊管大量使用的瓶頸在于其焊接速度與高頻焊管相比較低、其生產效率要遠低于高頻焊管。故激光拼焊管主要運用于對零部件質量要求較高的部位以及高強鋼等領域。
      
      目前在工業大生產領域,使用激光拼焊管制成液壓成形件的比較少,較多的集中于副車架、排氣管等零部件。
      
      UO成形示意圖結論激光拼焊管具有很強的靈活性,能夠根據用戶使用的特點在不同部位使用不同的材料,具有焊接質量高等優點,在不久的將來,必將在轎車結構件上得到大量運用,將成為液壓成形技術所使用原材料的一種重要補充形式。
      
      焊接系統,并對鋁合金激光MIG復合焊接進行了實驗研究。與單純激光或M IG焊相比,激光電弧復合焊可以明顯提高熔深,改善焊縫成形質量。
      
      中國鋼管信息港內部報道: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。
      
      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。
      
      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。
      
      雷毅:全位置TIG焊管機電弧長度自適應控制技術硬件控制系統的硬件包括TIG弧焊電源、焊接小車伺服系統、微機系統以及各種輔助設備的控制接口電路。T IG弧焊電源配用晶閘管式直流電弧焊機確檢測焊接空間位置,在焊接小車旋轉伺服驅動電機軸上安裝了1個光電脈沖發生器,通過檢測脈沖數來獲取焊槍所在圓周的空間位置信息。焊槍上下調整機構裝在焊接小車機頭上,配用了小型快速響應的直流伺服電機,以實現快速動作和高精度隨動。微機控制系統采用STD總線標準和模塊化結構,實現開放式設計制器,并配有30個編程按鍵、6個控制按鍵和16位數碼顯示器。操作人員通過鍵盤可進行系統的初始化狀態調整、焊接過程中的控制和標準參數的設置。
      
      由于焊接操作環境往往十分惡劣,特別是T IG焊接技術采用高頻引弧將產生強烈的高頻干擾信號,故對控制系統威脅極大。為了提高整體控制系統的可靠性,必須采取一定的抗干擾措施,防止各種強烈的干擾源從不同渠道影響微機控制系統從抗干擾原理來看,要使干擾信號完全不出現是很難做到的,關鍵是不讓干擾信號進入微機系統,同時要考慮解決抗干擾問題的經濟性。為此,在本控制系統中采用抗干擾能力強的ST D優質穩壓電源供電,電源輸入端接有EM I濾波器。為了改善濾波效果,在各控制模板上適當配置去耦電容,對一些重要的半導體芯片電源采用單獨的電容濾波。對各執行機構采用CR方法抑制動作回饋干擾。在STD總線中配有干擾抑制板。
      
      為了避免外部的靜電感應和電磁感應干擾,將微機應用系統和所有STD電路控制模板裝在1個屏蔽控制箱內,對各控制連線均采用帶屏蔽層的電纜,并且將信號地和功率地分開。為了提高微機控制系統過程通道的抗干擾能力,采用光電隔離技術實現信號的傳遞和電氣隔離,通過隔離級的作用切斷微機系統與輸入、輸出通道電氣的直接聯系,將微機系統與外設電路在電氣上隔離開。采用固態繼電器驅動輔助設備控制,從而避免強電和弱電信號的直接聯系,實現了抗干擾隔離。
      
      軟件控制系統軟件采用模塊化程序設計技術,根據系統的功能要求,將軟件劃分為相對獨立的功能模塊。軟件功能主要包括兩大類:一類是完成各種實質性工作的應用軟件,包括參數預置、焊接操作、參數插值擬合處理以及顯示等。另一類是監控程序,專門用于協調各執行模塊,完成系統自檢、初始化、處理命令和實時規范控制等。為了實現全位置弧長的自適應控制,采用逐次線性擬合算法形成管管環縫全位置連續的電弧電壓規范參數控制曲線個圓周總共設計有13個曲線擬合節點( 12區段) ,為便于在微機上操作,每3個節點進行1組逐次線性插值運算,整個圓周總共分為6組進行逐次線性插值。
      
      假設已知3個節點A ( x)以及) ,新插入點為x (i),則u(i)為插入點函數計算值。電弧電壓逐次線性插值程序框圖見圖2.
      
      分別求出m和n,并將其送至相應內存單元。
      
      其中x(i)表示圓周上各空間點的位置, u( i)為電弧電壓的控制基準參數。為了提高插值精度,采用三字節浮點數運算,參與插值運算的數據首先轉換成規格化浮點數。
      
      中國鋼管信息港內部報道:在焊接過程中,通過實時采樣圓周上脈沖電流期間的電弧電壓,依據相應位置的插值擬合曲線規范控制參數,精確調整機頭的電弧長度伺服機構,以實現整個圓周上弧長的自適應控制。弧長自動控制程序見圖3.
      
      石油化工設備為了進一步提高系統的可靠性,在微機控制系統中應用了WDT技術。軟件設計上采用了指令冗長、軟件陷阱、抖動干擾抑制和指令復執等設計技術,對重要的RAM區采用數據冗余保護,使系統控制軟件具有較好的容錯性。
      
      3焊接試驗選用Q235B鋼管,其外徑為⑸159 mm,經過車床加工以后壁厚最薄處約2 mm.通過控制系統操作鍵盤分別設置圓周上相應點的規范參數擬合點,由微機采用逐次線性擬合算法形成管管環縫全位置平滑的規范控制參數曲線。在焊接過程中根據焊接位置信息實時調整焊接規范參數,通過實時采樣脈沖電流期間的電弧電壓,實現全位置T IG焊管機弧長的自適應控制。大量的試驗結果表明,只要合理選擇相應位置的規范參數,并且保證高精度的弧長實時跟蹤,就可以在整個圓周上獲得光滑美觀的魚鱗紋狀焊縫。
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