表面张力作用下CO2气体保护焊短路过渡过程的仿真研讨.pdfVIP

翦三届计算机桎焊接中的应用技术交瓣会论史集 数值模拟与仿其 表面张力作用下C02气体保护焊短路过渡过程的仿真研究 天津大学 李桓邓黎丽李俊岳杨立军李国华 稿薹 表面张力过渡(sTr)是一种新型的短路过渡或短弧过渡方式。其焊接电源在每个焊接周期的各个阶 段里都被精确控制，使焊接电流满足一定的渡形，其响应时问以微妙计。本文根据sTT电源在整个焊接过程中分段 精确控制焊接电流的特点，采用目前窜际控制领域内广泛直用的MATLAB戟件．建立r“sTT电灏——非线性负载” 系统的数字仿真模型。该模型以组合图形的方式，直观、有效地袭征了各环节的特性。通过系统仿真定量地研究r 表面张力过渡的C02焊的动态过程，给出了负载电压、焊接电流随时闻变化的仿真波形。其结果与实验值基本相符。 从而为定盏分析表面张力作用下CO：焊短路过渡过程提供了一个强有力的工具并为研制相应的焊接设备提供了理论 依据。 关键词：co，焊接、衰面张力过渡(STT)、IIATLAB仿真、非线性负载 0前言 C02气体保护电弧焊具有高效节能、抗锈、低氢、成本低，焊接变形小，便于实现半自动和自 动化焊接等诸多优点，但焊接飞溅太、焊缝成形差的缺点限制了C02焊的进一步推广应用。提高CO： 短路过渡电弧焊工艺性能的有效途径目前有控制焊接回路电感量，优化电源参数、电源输出特性控 制方法，脉动送丝控制方法，各种电源输出波形控制方法及它们之间的各种组合等，但是这些方法 Tension 都没有达到最理想的效果。表面张力过渡(SurfaceTransfer)控制采用了实时检测电弧及熔 滴的瞬时状态。精确控制电源输出的方法，获得了柔和的电弧，极小的E溅和极佳的打底焊质量。 sTT技术的关键在于检测液体金属小桥是否产生了缩颈，并在短路初期和液体小桥产生缩颈后及时 提高回路阻抗，以降低电流，以便于熔滴的液态金属在低能量状态下在熔池的铺展和依靠熔池的表 面张力促使液体小桥发生断裂，促使熔滴脱离焊丝进入熔池，从而减少了飞溅并改善了焊缝成形。 为了对其进行定量分析，采用M鲥ab语言进行该系统的计算机仿真。 计算机仿真就是先以数学模型表征出实际系统的特性和规律，再用计算机对这些数学模型求解 并分析，处理其结果的过程。采用计算机仿真技术比在实际物理模型上进行的安装、调试、试验等 所需工作量要小得多．并且周期短．耗费少，具有许多优点。 MATLAB软件系统具有强大的数据处理、图象处理等功能，还提供了大量配套工具箱，使以往 复杂的仿真过程变得快捷、直观，大大提高了准确性和效率，其SIMULINK工具包是一套系统模型 图形输入与仿真工具．它使仿真程序编制过程变得更加简捷、直观、精确，因此是进行仿真研究的 理想工具。 1 仿真模型的建立 154 第三届计算机在焊接中的应用技术交流会论文集 数值模拟与仿真 sTT焊系统主要由逆变焊接电源、控制器、电弧负载三部分构成。要建立该系统的仿真模型t 则需分别对这三部分进行分析建模。C02焊短路过渡过程是周期性的重复运动。我们将整个短路过 渡过程分为两个阶段：一为短路阶段，二为燃弧阶段。并分别对这两阶段的行为进行研究·最终组 台成一个完整的过渡过程。利用模块化建模的方法，将整个系统分为三个模块：STT电源模块(逆 变焊接电源和控制器)、非线性负载模块和弧长变化系统模块，最后将它们通过一定的联系连接起来． 组成一个完整的C02焊短路过渡过程的仿真模型。 I．1弧长变化系统模型 我们选择这个模块作为第一步的原因是基于把短路和燃弧看作两个独立的过程研究而考虑的。 已知弧长是由燃弧期的由长到短然后到短路期的零这样周而复始的变化的，为了使计算机能识别这 两个过程，假定其弧长的变化形式是短路期为零．而在燃弧期开始对跳到一个极大值，然后再线性 变化到零。然后再这样循环下去，这样就近似模拟出了弧长的变化过程。由以上分析可得出模型的 变化规律。它的构造可以利用SIMULINK中的信号发生器中的锯齿波作为基础，消去其负波部分就 得到了需要的波形，仿真模型如图1所示。 图I弧长变化系统仿真模型 其中Signal 和Constantl为两个常量模块，Sum为求和环节。Switch为条件功能模块，它有三个输入端和一个 输出