脉冲旁路耦合电弧MIG焊的动态数学建模及过程控制.pdf

学兔兔 第 51卷第20期 机 械 工 程 学 报 V0l1．51 NO．20 2015年 10月 JOURNALOFMECHANICALENGINEERING Oct． 2015 DoI：10．3901／JM E．2015．20．086 脉冲旁路耦合 电弧MIG焊的动态数学建模 及过程控制冰 朱 明 石 圩 樊 丁 卢立晖 周 海 (兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室 兰州 730050) 摘要：脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护(Metalinert．gas，MIG)焊是一种新型的低热输入焊接方法，它通过特定的接法 引入旁路电弧与主路电弧实现热、力的耦合，利用旁路电弧的分流作用，实现熔化母材热量与熔化焊丝热量的独立控制，从 而在精确控制母材热输入的同时保证熔滴的 自由过渡形式，可 以实现铝一钢等异种金属的连接。为了理论分析不同焊接参数 对焊接过程的影响，通过等效、线性化处理与迭代数值求解算法，建立可以正确描述焊接物理过程的动态数学解析模型；针 对焊接过程中耦合电弧稳定性较差且直接影响焊接质量的问题，提出通过检测弧压波动的反馈信号、实时调节送丝速度、进 而控制耦合电弧稳定性的闭环控制方案，并基于快速原型系统进行焊接过程控制仿真与试验。仿真结果表明，当焊接过程受 到干扰后，采用闭环控制方案可以显著提高耦合电弧的稳定性；焊接试验证明了控制仿真的预测与分析，进行闭环控制后， 焊接过程更加稳定同时得到了成形 良好的铝一钢异种金属接头。 关键词：脉冲旁路耦合电弧；熔化极惰性气体保护焊；建模；控制 中图分类号：TG409 M odelingandControlofPulsedDouble-electrodeM IGW eldingProcess ZHU M ing SHIYu FAN Ding LU Lihui ZHOU Hai (StateKeyLaboratoryofAdvancedProcessingandRecyclingofNonferrousMetals， LanzhouUniversityofTechnology,Lanzhou730050) Abstract：Pulseddouble—electrodemetalinertgasweldingisanew kindoflow heatinputweldingmethod．Withdifferentconnection， partsofwelding currentbypassedanditcontrolledthebasemetalcurrentandmeltingcurrentseparately．W ith free—flightmetal rtans~rprocess，itcouldwelddissimilarmetals．Aimingattheunstabilityofcouplingarcinpulseddouble—electrodemetalinertgas weldingprocess，adynamicmathematicmodelhasbeenbuilttotrulydescribeandsimulatetheweldingprocesswithequivalent simplification，linearizationanditerativesolution．Thenaconrtolschemeisputforwardandsimulated，whichchangesthewirefeed speedtoadjustthemainarclength，and