第4章自動控制系統(tǒng)

1、第4章 電弧焊自動控制基礎(chǔ) 4.1 4.1 電弧焊的程序自動控制電弧焊的程序自動控制 電弧焊程序自動控制電弧焊程序自動控制: : 是以合理的次序使自動電弧焊設(shè)備的各個部件進人特定的工作狀態(tài)，從而使電弧焊設(shè)備的各環(huán)節(jié)能夠協(xié)調(diào)的工作。 要做到這一點，必須明確明確程序自動控制的對象和基本要求，了解了解程序自動控制的轉(zhuǎn)換方法以及電弧焊各個基本環(huán)節(jié)的實現(xiàn)方法。1. 控制對象控制對象 電弧焊程序自動控制的對象就是自動電弧焊設(shè)備中即將投入工作的各個部件的執(zhí)行機構(gòu)， 主要有： 1)提供焊接能量的焊接電源。 2)焊車行走或焊件移動的拖動電動機。 3)送絲電動機。 4)控制保護氣或離子氣的電磁氣閥。 5)引弧用的

2、高頻發(fā)生器或高壓脈沖發(fā)生器。 6)焊件定位或夾緊用的控制閥，以及焊劑回收裝置等。2基本要求基本要求 不同的電弧焊方法和不同的工作條件對程序自動控制有不同的要求，基本要求基本要求： (1)(1)按照要求提前送氣或滯后停氣按照要求提前送氣或滯后停氣 。 (2)(2)可靠地一次引燃電弧可靠地一次引燃電弧 (3)(3)順利地熄弧收焊順利地熄弧收焊 (4)(4)對受控對象的特征參數(shù)進行程序自動控制對受控對象的特征參數(shù)進行程序自動控制 特征參數(shù)主要有電弧電壓、焊接電流、送絲速度、焊接速度、保護氣流、離子氣流、高頻引弧電壓等。要使這些特征參數(shù)按照預(yù)定的要求，以一定的次序進入工作狀態(tài)或退出工作狀態(tài)。 4.1.

3、2 電弧焊程序控制的轉(zhuǎn)換方式和方法電弧焊程序控制的轉(zhuǎn)換方式和方法 1 1程序自動控制的轉(zhuǎn)換方式程序自動控制的轉(zhuǎn)換方式 除了需人工操作指令(如啟動、停止、急停)以外，電弧焊的程序轉(zhuǎn)換都應(yīng)自動地實現(xiàn)。轉(zhuǎn)換方式有以下三種：轉(zhuǎn)換方式有以下三種：(1)(1)行程轉(zhuǎn)換行程轉(zhuǎn)換 即按預(yù)定的空間距離進行程序轉(zhuǎn)換。 環(huán)縫焊焊接參數(shù)的分段轉(zhuǎn)換、環(huán)縫焊到終點時自動停止、焊槍自動返回等。常用行程開關(guān)來實現(xiàn)。(2)(2)時間轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換 即按預(yù)定的時間間隔進行程序轉(zhuǎn)換。 保護氣提前給送和滯后停止、焊絲返燒熄弧等可以使用延時繼電器或延時電路來實現(xiàn)。(3)(3)條件轉(zhuǎn)換條件轉(zhuǎn)換 即以系統(tǒng)達到某種特定狀態(tài)(如電弧引燃、熄滅、

4、焊槍達到某個位置等)為條件所進行的程序轉(zhuǎn)換。 (1)(1)繼電器程序控制繼電器程序控制 其由按鈕、開關(guān)、繼電器、接觸器和電磁氣閥等器件按一定邏輯條件組合而成，是電弧焊設(shè)備常用的方法?；具壿嫿M合有“或”、“與”、“非”三種，復(fù)雜一些的程序控制系統(tǒng)可以由它們復(fù)合而成。其中，邏輯“或”組合實例如圖42a4.2 電弧焊自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)電弧焊自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) 焊接參數(shù)焊接參數(shù)是焊接時為保證焊接質(zhì)量而選定的各項參數(shù)的總稱。 最重要的參數(shù): 焊接電流、電弧電壓和焊接速度。 這些參數(shù)在焊接過程中能否始終保持恒定，不僅影響到焊絲熔化和熔滴過渡、母材熔化和焊縫形成等過程，而且影響到焊縫的最終質(zhì)量，包括焊縫成形、焊縫的組

5、織和性能，以及有無缺陷等。 保持電弧焊參數(shù)恒定是電弧焊自動控制的重要內(nèi)容一、電弧自動焊調(diào)節(jié)的概念一、電弧自動焊調(diào)節(jié)的概念 自動焊：電弧焊過程包括.引燃電弧、焊接、收尾、三個 階段.如果借助于機械和電氣的方法，使上述三個階段自動實現(xiàn)，則為埋弧自動焊。1. 自動調(diào)節(jié)的必要性自動調(diào)節(jié)的必要性 電弧焊工藝參數(shù) 、I、V、要獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫， 主要取決于此參數(shù)，在主要的焊接工藝參數(shù)中，I、U，在外界干擾下會發(fā)生大的變化。 、 要求波動不超過2550A。 、 要求波動不超過2v。 否則會影響成形和質(zhì)量 手工電弧焊手工電弧焊：手手電弧電弧眼眼腦腦手手 觀測觀測 比較比較 調(diào)整運條動作調(diào)整運條動作 埋弧焊：埋弧

6、焊： 機械代替手工機械代替手工 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)取代人工調(diào)節(jié)系統(tǒng)。自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)取代人工調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 (1) 使電弧靜特性曲線發(fā)生變化的因素使電弧靜特性曲線發(fā)生變化的因素 弧長LL1工作點OO1曲線由弧長、弧柱、氣體成分決定的。 弧長：工件表面不平，坡口不規(guī)則，表面質(zhì)量不好，送 不均勻等。 弧柱氣體成份：成份不同，弧柱電場強度不同，導(dǎo)致曲線變化。 (電離電位波動引起) (2) 電源外特性發(fā)生變化因素電源外特性發(fā)生變化因素. 曲線由12變化， 工作點O1O2 主要是:供電網(wǎng)絡(luò)中負載突變.使網(wǎng)壓突變. 3、電弧長度的自動調(diào)節(jié)方法：、電弧長度的自動調(diào)節(jié)方法： 正常狀態(tài)正常狀態(tài):送送 =熔熔 . 平衡平衡.L

7、弧弧不變不變. 當當送送 熔熔 . L減小焊絲插入熔池熄弧減小焊絲插入熔池熄弧 當當送送 使熔 送 .L不變.(L)與(H)穩(wěn)定 (2)自動調(diào)節(jié)送 二二. 等速送絲埋弧自動焊調(diào)節(jié)系統(tǒng)等速送絲埋弧自動焊調(diào)節(jié)系統(tǒng) 原理原理: 選定一個選定一個送送 ，當變化，依靠電弧自動調(diào)節(jié)作用，當變化，依靠電弧自動調(diào)節(jié)作用來改變來改變?nèi)廴?來保證來保證 熔 送 ，恢復(fù)穩(wěn)定性。. 當L增大熔 ，當L熔 ，保證L不變。 下面討論等速送絲式熔化極電弧焊過程的工作特性. 1.等熔化曲線等熔化曲線.(主要決定熔 ) 影響熔 的因素. (H)：(H)熔 (H)：(H)熔 (熔化焊劑量熔化焊絲量) 所以：KIKV 焊絲熔化速度

8、 ：熔 隨變化的系數(shù)，取決于電阻率D絲， 伸及大小（/s.A)：熔 隨變化的系數(shù),取決于電位梯度.弧大?。╟m/s.v）。 當送 一定時，弧長穩(wěn) 定燃燒時： 送送 熔熔 U 送送 .U 在一給定送 條件下，(H)和H之間關(guān)系，通過公式可做出曲線如圖： 等熔化曲線或自動調(diào)節(jié)靜特性曲線。 曲線上的各點，曲線上的各點， 送送 熔熔 曲線上的左面，曲線上的左面，送送 熔熔 曲線上的右面，曲線上的右面， V送送 U1。 所以所以V熔熔2 1,電機電機D有穩(wěn)定的送有穩(wěn)定的送 ： 送送 （）。（）。 送絲電機轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)速與送送絲電機轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)速與送 成正比成正比 所以所以，a，f，得到恢復(fù)。，得到恢復(fù)。 缺點：

9、缺點：電動機反轉(zhuǎn)需另外繼電器轉(zhuǎn)換電動機反轉(zhuǎn)需另外繼電器轉(zhuǎn)換.所以回抽所以回抽引不可靠。引不可靠。 2.2.電弧電壓反饋自動調(diào)節(jié)的靜態(tài)特性電弧電壓反饋自動調(diào)節(jié)的靜態(tài)特性： 電壓反饋系統(tǒng)曲線：電壓反饋系統(tǒng)曲線： 穩(wěn)定工作狀態(tài)：穩(wěn)定工作狀態(tài)：f=m f（UaUg），）， miaua f送絲速度，送絲速度，m熔化速度。熔化速度。 聯(lián)立后：聯(lián)立后： 可看成直線方程，可看成直線方程，I和控制量的關(guān)系。可求和控制量的關(guān)系?？汕蟪龀觯篿gauuKKUUIKKKKaOguKUUUKK給aiauUKtgIKKa=0時， （u 是截距） 1) 直線為截距直線為截距 UO其斜率為其斜率為tg的直線。的直線。 2) 當

10、當k足夠大時足夠大時.tgo 平行于橫坐標軸的直線。平行于橫坐標軸的直線。 3) 給定電壓給定電壓Ug增大，曲線平行上移增大，曲線平行上移,Ug減小曲線減小曲線平行下移。平行下移。 4) D絲絲 減小減小L伸伸時，時，Ki，tg，曲線斜率，曲線斜率。（D絲絲 ）。）。 5) 焊絲材質(zhì)不同，焊絲材質(zhì)不同， 其電阻率不同，其電阻率不同， 曲線斜率也不同。曲線斜率也不同。 3.電弧電壓反饋自動調(diào)節(jié)過程電弧電壓反饋自動調(diào)節(jié)過程： 如圖：電弧在O點燃燒VfVm。 若：L。到L1，此時V0減小到1， 燃燒點。1，由于Vl到L1，由于VL 使（VaVg）值，所以Vf（V送 ）。 還可看出：V熔 在兩種調(diào)節(jié)作

11、用下電弧便逐漸拉長恢 復(fù)原長。所以，這種調(diào)節(jié)過程中，兩種調(diào)節(jié)系統(tǒng)都存在。 但反 饋調(diào)節(jié)為主，自身調(diào)節(jié)處于次要地位。 4. 電弧電壓自動調(diào)節(jié)的靈敏度電弧電壓自動調(diào)節(jié)的靈敏度 用于3mm以上粗焊絲，減小，調(diào)節(jié)靈敏度，取決于放大系數(shù)和電壓的變化量，fKVa，K，靈敏度，K過大電機慣性，系統(tǒng)會振蕩?？刹捎脵C械慣性 小的電動機，Va，靈敏度。 5. 反饋調(diào)節(jié)的精度反饋調(diào)節(jié)的精度： 1) 弧長波動影響，也會產(chǎn)生靜態(tài)誤差：主要是導(dǎo)電阻到焊件距離變化， 調(diào)節(jié)后也會產(chǎn)生靜 態(tài)誤差，但很小，可忽略。 2) 網(wǎng)絡(luò)電壓波動的影響如圖：網(wǎng)絡(luò)電壓波動的影響如圖： 誤差大小決定網(wǎng)絡(luò)電壓的變化大小， 還決定于值： tgKi/

12、（KKu)i/。 當值增大電流誤差小， 所以變速送絲埋弧焊宜采用陡降的外特性。 6. 變速送絲，變速送絲，U調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)方法： 采用陡降電源： 調(diào)節(jié)特性曲線接近水平軸的直線，調(diào)節(jié) 送絲V。給定電壓就是調(diào)U，外特性是調(diào)。所以圖為調(diào)節(jié) 范圍： 如果細焊絲mm，則斜率增大，曲線向上傾斜，調(diào)節(jié)范圍減小，減小，電弧不穩(wěn)，所以，變速送絲反饋調(diào)節(jié)不適于細絲焊。 自動調(diào)節(jié)與自動反饋調(diào)節(jié)作用特點的應(yīng)用場合見表86：小結(jié)：小結(jié)： 43弧焊機器人概述 弧焊機器人是從事焊接(包括切割與噴涂)的工業(yè)機器人。 根據(jù)國際標準化組織(ISO)下的定義，工業(yè)機器人是一種多用途的、可重復(fù)編程的自動控制操作機，它具有三個或更多可編

13、程的軸，用于工業(yè)自動化領(lǐng)域。 焊接機器人突破了傳統(tǒng)的焊接剛性自動化，開始了一種柔性自動化的新方式，因此被認為是具有焊接自動化革命性的進步。 弧焊機器人在生產(chǎn)中具有以下作用：弧焊機器人在生產(chǎn)中具有以下作用： 1)穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量，保證其均一性。 2)實現(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動化，并可縮短產(chǎn)品改型換代的周期。 3)改善勞動條件。 4)提高焊接生產(chǎn)率。 5)可用在核能設(shè)備、空問站建設(shè)、深水焊接等極限條件下，完成人工難以進行的焊接作業(yè)。 6)為建立柔性焊接生產(chǎn)線提供技術(shù)基礎(chǔ)。 2 2弧焊機器人的特點弧焊機器人的特點 1) 弧焊機器人受控運動方式是連續(xù)軌跡控制型，即機械手總成終端按預(yù)期的軌跡和速度運動。

14、 2)由于弧焊過程比點焊過程復(fù)雜得多，要求機器人終端的運動軌跡的重復(fù)精度、焊槍的姿態(tài)、焊接參數(shù)都要有更精確的控制。為了滿足填絲條件下角焊縫及多焊道的成形要求，弧焊機器人還應(yīng)具有終端橫向擺動的功能。 3)弧焊機器人經(jīng)常工作在焊縫短而多的情況，需要頻繁地引弧和收弧，因此要求機器人具有可靠的引弧和收弧功能。對于空間焊縫，為了確保焊接質(zhì)量，還需要機器人能實時調(diào)整焊接參數(shù)。 4)電弧焊時容易發(fā)生粘絲、斷絲等故障，如不及時采取措施，將會損壞機器人或報廢工件，因此要求機器人必須具有及時檢出故障并實時自動停車、報警等功能。 復(fù)習(xí)思考題復(fù)習(xí)思考題1.什么是電弧焊程序自動控制?試述其控制對象和應(yīng)達到的基本要求。2.電弧焊程序控制的轉(zhuǎn)換方式和轉(zhuǎn)換方法有哪些?3.舉例說明實現(xiàn)延時控制、引弧控