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    焊管机电弧长度自适应控制技术

    2019-03-27   来源:   点击数:0次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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     中国钢管信息港方面获悉:在施工管理阶段,由于设计内容不详细,在招投标、施工过程中设计文件介绍不清楚,导致施工准备不足由于环境的变化难免造成设计、施工等的变化,在缺乏各类数据有效沟通的情况下,无法满足施工进度、质量和工期的要求在竣工图施测的过程中,数据的采集不尽合理,将对运营管理造成不便。
      
      在运营管理阶段,由于设计过于简单,施工过程变更大,竣工资料不够详尽,给建成管道的正常运行和日常维护、管理带来很大困难,尤其是对施工重点部位不能有效地跟踪和定期检查、维护。紧急情况下的应变能力差,当险情发生时,难以及时提供最新的、准确的详尽信息。
      
      通过对脉冲焊接电流期间的电弧电压进行实时采样,实现了全位置T IG焊管机的电弧长度自适应控制。控制系统动态响应速度快、调节精度高且工作性能稳定可靠。试验结果表明,焊缝熔宽均匀,表面成形美观。
      
      T IG焊全位置焊管机电弧长度自动控制在电力、冶金、石油以及化工等行业中,管道焊接是制造过程中的关键环节之一,对其焊缝的密封性能和力学性能要求均比较高。采用焊条电弧焊进行此类全位置焊接时,存在质量差、生产效率低以及劳动强度大等诸多问题。因此,研究优质高效的管道自动焊接工艺和设备,是我国焊接技术的一个重要发展方向在全位置管管焊接操作中,完成一道焊缝需要经过平焊、向下立焊、仰焊和向上立焊过程。而焊枪处在不同的焊接位置时,熔池中液态金属所受的重力对焊缝成形所起的作用极不相同,而且是不断变化的。因此,实现全位置管管焊接的主要技术关键在于如何控制好金属熔池。钨极惰性气体保护焊( T IG)作为一种高质量的焊接方法在薄板构件焊接及厚板打底焊中得到了广泛应用。T IG焊中采用脉冲技术,母材在脉冲电流作用下熔化,金属熔池迅速扩展,并在自身重力、表面张力和电磁力等作用下形成一定的形状。在随后的基值电流期间,熔池迅速凝固,形成焊点,这样周而复始就形成了焊缝。通过调节T IG焊的脉冲参数,可精确控制电弧能量及其分布,适于全位置焊接。在全位置管管焊接过程中,只要各规范参数匹配适当,并能依据管子圆周上各焊接空间位置对其规范参数进行自动控制,以调整电弧的热输入和作用力、熔池的体积和流动性,从而补偿熔池中液态金属重力变化所带来的影响,就能够获得熔透均匀、表面成形良好的焊缝。
      
      石油化工设备在全位置脉冲T IG焊接过程中,影响焊接质量的主要规范参数包括电弧长度(以下简称弧长)、焊接电流和焊接速度,其中弧长是较为敏感的因素。
      
      中国钢管信息港方面获悉:当某种原因引起钨棒(电极)与工件间的距离波动超过一定范围时,就会使工件表面热输入及其分布发生显著变化,导致工件出现未熔合或焊穿现象。弧长过短,则电极和工件容易短路而损坏电极,并使电极金属落进熔池造成夹钨。弧长过长,电弧的有效加热面积增大,使熔深减小、熔宽增加而严重影响焊缝成形质量。然而,在全位置管管焊接过程中,由于工件表面高度的不确定性变化及焊接变形的存在,接头装配几何尺寸难免出现一定程度的误差,因此,实现全位置T IG焊管机中弧长的自动调节将成为提高焊接质量的重要措施之一。
      
      1控制方案TIG焊弧长自动调节装置主要包括接触型和非接触型两大类。在接触型装置中,通常采用探针或滚轮探测出工件表面的变化并将其变换成相应的电信号,经放大后驱动执行电动机调整焊枪的升降,这种方法的误差较大,只能用于要求不高的场合。
      
      也有的在弧长直接跟踪技术中采用机械靠模跟踪方法,但其跟踪精度有限,而且增加了机头辅助装置的复杂程度。非接触型弧长自动调节装置又分为取光信号与取电信号两大类,取光信号的装置需要使用光学镜头来摄取信号,由光电转换装置进行信息转换,再控制焊枪调节弧长。这种控制方案比较复杂,而且在机头上必须装设光学镜头,使用不便。而取电信号的方法获取信号简单,使用比较方便,其基本原理是将电弧电压的偏差值放大后驱动极化继电器,利用继电器的触点来控制执行电动机的换向。
      
      由于焊完一条焊缝往往使继电器发生千百次通断,因而装置寿命较短,严重影响了系统的可靠性。虽然后来发展了磁放大器控制电路,但由于执行电动机的供电电路中采用了较大感抗的磁放大器,调节反应时间过长,因而其灵敏度不高。
      
      中国钢管信息港方面获悉:根据电弧的伏安特性曲线,电弧电压与弧长存在一定的关系。电弧传感器直接应用电弧本身作为弧长检测物理量,不需要附加任何装置,焊枪运动的灵活性好。因此,采用弧压传感控制弧长的技术是目前TIG焊弧长控制的主要研究方向,通过计算机控制和先进的控制算法可使焊枪平稳运动,其控制精度高,制造成本低,易于满足焊接生产过程的要求。但在全位置脉冲TIG焊接条件下,脉冲电流和基值电流处在交替工作状态,即使弧长相同,电弧电压u也在不断发生变化。如果将弧压信号作为弧长的调节依据,就必须解决弧压高低2个信号的同步问题。有关研究表明,当焊接工作电流较小时,由于钨极热电子发射能力薄弱而容易因斑点跳动而产生飘弧现象,电弧挺度差。当保持电极与工件距离不变时,其实际弧长及电弧电压也可能发生随机变动,即相同弧长下弧压本身的波动幅度也较大,因此弧压不适于表征弧长这一控制参数。为此,笔者所设计的控制系统中采用脉冲期间的电弧电压信号作为弧长表征信息。在每个脉冲周期的峰值阶段对弧压信号采样,并与相应位置的参数整定值进行比较得到误差电压值的大小。如果误差电压在控制误差范围之内,电弧调整机构不做任何动作,当误差电压超过整定范围时,控制调整机构进行相应的移动,使得工件焊缝与电极端部之间的轴向距离得到调整,以维持弧长基本趋于稳定。
      
      2弧长控制系统设计弧长控制系统的总体结构见图1.有源滤波器由运算放大器和RC网络组成,避免了因使用电感元件造成的非线性特性和磁场干扰等缺点。运算放大器具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗,在线路中具有隔离作用。数模转换器由计算机控制输出,输出的模拟电压用来调整不同位置电弧电压的基准值。为了实现全位置弧长的自适应控制,将整个圆周分为若干个区段,通过一定的控制算法形成圆周上电弧电压(弧长)控制参数曲线,达到整个圆周上相应位置电弧电压的控制基准值平滑调整的目的。检测电路包括两部分,其中检测电路①用来检测电弧电压u的上阈值,检测电路②用来检测电弧电压u的下阈值,通过整定误差值将电弧电压控制在一定的误差范围内。整个控制系统均在微机作用下协调工作。
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