脉冲MIG焊工艺与设备

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。电流（A）电压（U）射流短路颗粒脉冲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节的重要性熔化极电弧焊接的稳定性核心问题就是弧长的稳定。良好的脉冲焊控制系统应该能够在焊丝干伸长较大幅度变化的条件下实现有效的弧长调节作用。焊丝干伸长变化的实况I/I控制模式基于改变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当弧长波动时，脉冲频率将随之波动由于是基于平均算法控制，所以对导电嘴到工件之间的距离控制的响应速度较低I/I控制模式典型波形设定量：Ip，Ib，Tp，Vset调节量：Tb控制方式：V/F焊丝干伸长较长焊丝干伸长较短U/I控制模式典型代表产品U/I控制模式的设置菜单典型代表产品ACUU控制方式Miller’sAccu-Pulse™PulsedMIGTechnologyTacklesExoticMetals,Provide15to20PercentImprovement,1YearPayback典型脉冲参数参考-11.2mm4043铝合金焊丝典型脉冲参数参考-21.2mm5356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定的：(常数),也就是脉冲峰值电流与脉冲宽度的乘积为常数。ctIpnpn/11/11/n脉冲参数与弧长的关系ItIcritImean1144223332143214脉冲MIG焊的熔滴过渡（铝合金）脉冲MIG焊铝——双丝焊I1I2熔滴过渡电流波形脉冲MIG过程的深入分析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系统描述WeldingPowerSourceVAWireFeederWeldingArcWireFeederMIG电弧模型从实际到抽象Lt-wLa+-ContactTipLeWorkPieceMIG焊系统的模型化从实际到抽象LcLa+-ContactTipLeWorkPieceWFSVAUoLoRo电弧电压的分布CathodeArcColumnAnodeU－＋Uarc=Ucathode+Uarccolumn+Uanode电弧伏安特性的数学描述12aaUkkLUi0RaLa+-ContactTipLeLdWorkPieceLt-wVoltAmpLinearizationpiecewiselinearityfaaUURI34/aaewRkLkLA1234(/)faaewUkkLkLkLAI电弧与电源的关系模型ISRLRUUoooof)1(VoltAmpUps=UaUoIV-ACharacteristicoftheArcinGMAWIntersectionUf=k1+k2La+(k3La+k4Le)IILKLKLKKISRLRUeaaoooo)()1(4321)1()()(4321SRLRLKLKLKKUIoooeaao焊丝熔化速度模型Le=Lt-w–LaWMR=m1UdaI+m2Lek4I2母材电弧电阻RLLe干伸长接触点导电嘴焊丝焊接电流I电源电弧弧长模型dtWFSWMRLa)(WMR——焊丝熔化速率；WFS——焊丝送丝速度。MIG焊中个参数之间的基本关系weaafALKLKLKKUI/)(4321awteLLL)(1WFSWMRSLa21241(/)/1daewwmWMRmUImKLAIATSISRLRUUoooof)1(电弧电压电弧电流焊丝干伸长电弧长度焊丝熔化速率脉冲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弧长控制的基本要求——保持弧长动态稳定，即弧长La满足：0LaLt-w在焊接过程中动态调节焊接电流，动态地满足：WMR=WFS弧长的控制调节方式I/I脉冲MIG电压反馈积分电压设定积分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：LAbVIEWU/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基础。弧长控制算法简单，利用了恒压电源的自身调节作用双丝脉冲MIG视频资料U/I及ACCU脉冲控制的关键技术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解决电源的CC/CV特性转换了解电源外特性控制的基本原理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采用电流反馈所谓电流反馈的实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R1R2V1V2IVI1I2CV特性的实现电流内环+电压外环是焊机中常用的CV方式采用电压反馈控制电流反馈的给定电流内环条件下所谓电压反馈的实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R1R2V1V2IVI1I2+HC-II系列电源外特性控制电路分析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系列电源外特性曲线HM系列电源外特性控制电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系列电源外特性曲线电流内环+电压外环控制电路U1R1100k¦¸U2R5100k¦¸U3U4R6100k¦¸R7100k¦¸R8100k¦¸R9100k¦¸R10100k¦¸R11100k¦¸R1210k¦¸R310k¦¸D2R41k¦¸D1R141k¦¸D3R13100k¦¸R15100k¦¸R16100k¦¸R17100k¦¸X1POWERIO1IO2IO3IO4[+][-]Out1V12VGND132123223750%10k¦¸Key=AW4VGND10SH500150u¦¸198U5R181k¦¸R2268k¦¸2017R219k¦¸1850%10k¦¸Key=VW32810VVCCVCC50%10k¦¸Key=IW129VGND10VVCCVCC112625R231k¦¸32U650%10k¦¸Key=BW210VVCCVCCVGND24424VGNDVGNDX2SLIO1IO2IO3IO43Ib-Setting100A/VIp-Setting100A/VSlopeVolt-setting10V/V16D44R1910k¦¸7VGNDU859VGND27VGNDCurrentFeedback1V/100ACurrent-Reference100A/VVoltageFeedback1V/10VPICurrentLoopVoltageLoopU3U2U410k¦¸10k¦¸D3100k¦¸100k¦¸50M¦¸100k¦¸Load1[+][-]1V50%100k¦¸Key=A91k¦¸25%1k¦¸Key=V10V21%1k¦¸Key=B10VU150%1k¦¸Key=P10VIO1IO2IO3IO410k¦¸10k¦¸CT1V/100A0V10V/V10k¦¸100nF100nF300k¦¸10k¦¸D1Key=SpaceCVCC+AF50k¦¸IpIbCurrentFeedbackCurrentSettingVoltageFeedbackVoltageSetting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KuTuS+KuTuSA-1LS+R0UmnUgUfΔIgIfIgKiTiS+KiTiS电流+电压双闭环控制系统传递函m——电压反馈系数n——电流反馈系数CCPOWERV-ACharacteristic恒流电源外特性曲线CVPOWERV-ACharacteristic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U1R1100k¦¸U2R5100k¦¸U3U4R6100k¦¸R7100k¦¸R8100k¦¸R9100k¦¸R10100k¦¸R11100k¦¸R1210k¦¸R310k¦¸D2R41k¦¸D1R141k¦¸D3R13100k¦¸R15100k¦¸R16100k¦¸R17100k¦¸X1POWERIO1IO2IO3IO4[+][-]12VGND1321232237100%10k¦¸Key=AW4VGND10SH500150u¦¸198U5R181k¦¸R2268k¦¸2017R219k¦¸185%10k¦¸Key=IW129VGND10VVCCVCC112625R231k¦¸32U635%10k¦¸Key=BW210VVCCVCC24424VGNDVGNDIb-Setting100A/VIp-Setting100A/VSlopeVolt-setting10V/V16D44R1910k¦¸7VGNDU859VGNDCurrentFeedback1V/100ACurrent-Reference100A/VVoltageFeedback1V/10VPICurrentLoopVoltageLoopV11.5V4V2msec5msecVGND14D5BZV55-B15R2050mΩ3XSC1ABExtTrig++__+_XCP11527V24Vpk1.7kHz15°J1Key=SpaceVGND1628改变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/电流复合作用-△I+△LIp=350AIb=50AVp=40VVb=15VLo脉冲基值时的电压/电流复合作用+△I-△LIp=350AIb=50AVp=40VVb=15VLo电压/电流复合脉冲工作原理+△I-△I-△L+△LIp=350AIb=