寻找精通c02焊接波控技术的同行高手

最近本人正在研究co2焊接时的声音分析,有一些成果,下一步看能不能,进行一下频谱分析,不知到有什么好方法.在控制飞溅方面,正在努力,有什么控制方法以后在上传

你是在企业里搞还是学校里?

有个朋友十几年前做过这方面的试验,您查一下,应该是1991-92年的博士论文.当时是利用电弧的脉冲电弧压力,测试在母材中的超声频率来控制熔深.飞溅控制应该也可利用这种方法.
  他是王其隆的学生,当时是由张九海带的.

谢谢.回头找一下.我在公司上班,业余时间搞,用公司的设备,领导不知道,再者学历底,公司也不支持,纯粹个人爱好.昨天做了个试验,发现主控制板,谐振参数和主回路共振, 以后改参数还要注意,不过一个偶然的机会,我发现人为的减低控制板的响应速度,焊机的飞溅小了,过渡更平稳了,异常噪声也少了.

电弧超声的频率响应特性及其谐振机理*

吴敏生 张春雷 段向阳

  文 摘 为探讨并建立一种频率、功率等参数可以实时调节的新型超声发生机构,选择熔化极与非熔化极电弧回路,分别施加高频连续交变信号和脉冲敲击式信号,以不同的能量传输方式成功地实现了电弧超声激发.对受激电弧的声发射信号分析表明,从音频到超声频带,电弧声发射与激励频率之间存在着线性响应和非线性响应特征.利用熔池简化模型和振动方程,解释了电弧超声谐振波群的产生机理,预测了谐振频带的可能分布.这些特性对实现功率超声“柔性控制”具有潜在的应用价值.
  关键词 电弧超声;频率响应;谐振波列;振动方程
  分类号 TG 4

Frequent characteristic and resonant mechanism of arc-excited ultrasonic

WU Minsheng, ZHANG Chunlei, DUAN Xiangyang
Department of Mechanical Engineering,Tsinghua University, Beijing 100084, China

  Abstract For searching the principle of a new ultrasonic generating mechanism, the arc in the consumable and non-consumable electrode circuit was submitted to the excitation with high-frequent continuous alternative and chopping pulse current separately. The characteristic of linear and nonlinear responses between arc-excited ultrasonic emission and excited frequency was realized by the received signal from the acoustic to the ultrasonic spectrum. Both the resonance mechanism and the possible distribution of resonance frequency existing in the arc-excited ultrasonic were discussed by means of a simplified model of a welding pool and the vibration equation, which may be a potential advantage for realizing flexible control of power ultrasound.
  Key words arc-ultrasonic; frequent response; resonant wave train; vibration equation

  利用常规焊接电弧的负载特性,在维持正常燃弧工艺条件的基础上对电弧施加激励电流信号,人们已成功地激发出电弧超声,并记录了电弧超声信号的一些主要特征[1].这些特征在不同试验方案中的可再现性,证明了电弧超声是一种有别于其他超声发生机理的新方法.其主要特点在于,以电弧负载作为超声发射机构,不仅具有宽谱频率响应特性,而且具有频率等参数实时可控特性.
  本文主要讨论电弧超声激励试验中出现的线性和非线性频率响应特征,并借助简化熔池模型和振动方程,对电弧超声谐振波群的产生机理以及谐振频率区间的可能分布进行定性分析.

1 电弧超声频率调制和能量传输方式

  为使激励电弧超声的实验不失一般性,选择熔化极活性气体保护焊和非熔化极惰性气体保护焊两种典型的电弧形态,并采用了两种不同的频率调制激励方案.在第一种方案中,对电弧的频率调制采用了电磁耦合间接激励方式.超声激励源通过并联耦合的方式与常规CO2弧焊电源联机.在第二种方案中,采用了对弧焊电源主电路直接激励方式.激励信号直接加到一种晶体管弧焊电源外特性控制电路中,并进行功率放大,产生的连续输出高频电流或具有一定重复频率的脉冲电流直接叠加到电弧主电路中.声发射信号的接收和存储同文[2].
  采用电磁耦合间接激励方式,激励源自成回路,通过传输线把超声能量耦合到电弧回路中.激励源选取高频功率开关器件,频率调节范围宽,且可以十分灵活地和各种电弧回路联机试验;缺点是传输线耦合存在阻抗匹配问题,传输效率较低.在直接激励方式中,激励源成为电弧控制电路的组成部分,激励能量的传输效率很高,但由于电弧主回路的功率放大器件截止频率所限,超声激励的频率调节受到一定限制.这两种激励方式,都可以对电弧回路的输出电流产生调制作用.与电弧电流的基值相比,激励源对电弧电流幅度调制的深度很小,因此,对激发电弧超声起主要作用的是频率调制.

2 电弧超声的频率响应及其可控特性

  在施加激励信号前的稳定燃弧过程中,基本接收不到规则的声发射信号,即使在伴随熔滴过渡的CO2气体保护熔化焊过程中,声发射探头也仅接收到一些幅度很小的随机信号.
  在稳定燃弧过程中加入激励信号,在音频波段从低频开始向高频波段调节.图1是一组声发射探头和传声器所接收的电弧声发射信号波形.图中,F1、F2和F3对应的频率分别约为1kHz,1．9kHz和5．0kHz,Ua代表声发射信号幅值(下同).在音频范围内电弧对连续激励的频率响应基本上呈线性关系.采用敲击式脉冲激励的电流波形和电弧声发射波形如图2所示.激励脉冲的重复频率大致在100Hz上下.图中,上方曲线代表弧焊电源输出电流波形,从中可以看出所叠加的激励脉冲电流; 下方是受激电弧的声发射波形,与激励信号脉冲之间存在一定的相位差.改变重复频率,声发射接收系统都记录到相应频率的声发射信号.




图1 在音频范围连续激励方式下电弧声发射波形




图2 电弧对敲击式脉冲激励响应波形

  继续提高激励频率进入超声频段(约高于15kHz)之后,所接收的信号表现出明显的不连续特征.仅在某些特定的激励频带记录到了与激励源同频的超声信号.根据这种现象,还不能断定电弧对激励频率的响应存在某种“选择性”.可以理解,随着激励频率的提高,由于波前扩展的扩散损失和组织界面散射等原因,加剧了受激电弧声发射信号的衰减,都有可能使声发射探头接收到的信号幅度减弱.
  然而,当激励源频率继续提高到某些频带时,声发射探头接收到的信号幅度出现明显的增大,如图3所示.声发射波形保持与激励源相同的频率,仅是出现约1/4周期的滞后相位差.在实验所用的声发射探头上限频率(100多kHz)内,记录到若干段类似“谐振波列”的现象.在CO2气体保护焊过程中记录到的几个“谐振波”中心频率分别位于30kHz,50kHz和80kHz区间,“波列”带宽约1kHz.采用直接激励式的钨极氩气保护电弧试验,也记录到特征相同的电弧超声谐振波,仅仅是中心频率所在区间有所变化.置于电弧附近的高灵敏度驻极式传声器通过空气介质同样接收到这些谐振波.这种现象在不同试验工艺条件所产生的不同电弧形态下,具有可再现性,说明电弧对激励频率存在非线性响应特点.




图3 一组电弧超声“谐振波群”

3 电弧超声谐振机理探讨

  在焊接过程中,电弧不仅是个热源而且也是一个力源.在交变激励电流作用下,电磁力、等离子流力、极性斑点压力等电弧力的周期性波动在传输介质中激发超声波.比较受激电弧声发射在音频和超声频带的频率响应特点,初步可以认定电弧超声的谐振现象主要是连续变化的受激电弧作用力与熔池“受迫”振动之间产生的谐振.
  为了便于分析,对熔池形状进行简化,如图4所示.图中,R1(R2)、S1(S2)分别为熔池下(上)底面半径、面积,F1(F2)、分别为作用在熔池下(上)底面的力和振动速度,l为熔池简化模型中等效熔深.




图4 简化的熔池模型

  假定焊接电弧稳定燃烧时电弧力为F0,当对电弧施加某一频率的激励信号时,通过焊接电弧的电流值发生变化,作用到熔池上表面的电弧力为

               F2(t)=F0(1+Ω cosωt)              (1)

式中,Ω为调制指数,ω为调制角频率.
  根据牛顿定律,熔池振动方程可表示为

                            (2)

式中,ρ为密度,ξ为位移,T为应力,Y为杨氏模量,.方程(2)的边界条件为




根据连续位移条件,可以得到其解

                              (3)

在传输矩阵中,元素分别为






式中,k为角波数,k=ω/v, v为声速.
  式(3)即为熔池中介质振动的传输公式,从中可了解熔池中力和振速的传播情况.
  在实验中,当施加的激励信号频率达到某一波段时,熔池端部有可能处于自由态,即满足F1＝F2＝0,这是熔池产生共振的必要条件之一.
  由式(3)可知,对于某一“谐振频率”,使得F1＝F2＝0,必须有B＝0.
  如令m=R1/R2, φ=kl=2πfl/v, η=m/(1-m)2,φ与激励频率成正比,η是与焊缝形状有关的正的常系数.B＝0相当于

                 cotφ=φ-1+ηφ              (4)

式(4)为超越方程.其解示意图见图5.




图5 超越方程解示意图

  从图5中可以看出,确实存在着许多离散分布的使熔池产生共振的谐振频带.此外,还可预测在大于100kHz的频段中尚有多个“谐振频带”存在.显然,随着激励频率的提高,声发射信号的接收也会愈来愈困难,必须通过其他手段来验证.但受激电弧超声发射原理的发现,以及对电弧超声非线性频率响应特点的探讨,将为进一步发展一种功率调节灵活、频率实时可控的“柔性功率超声”方法及其工程奠定基础.

4 结 论

  受激电弧超声发射对于不同形态的电弧(熔化极和非熔化极电弧)以及不同的激励源能量传输方式,都具有可以再现的若干共同规律; 对音频到超声频带的频率响应,既存在线性响应区间,也存在非线性响应的若干谐振区间.对连续激励电弧超声过程中发现的谐振现象,借助熔池简化模型和相应的振动方程解释了可能的产生机理,并预测了谐振频率的分布.

*基金项目:国家自然科学基金项目 (59775061)
第一作者:男, 1946年生, 教授
作者单位:清华大学 机械工程系, 北京 100084

谢谢指导,现在做co2波控的人不多了,都在等抄别人的,或翻别人的板子,这对焊机发展很不利.

最近看到刚测的焊接波形,有很多非正常短路,短路电流很小,时间很短,而且还连续短路好几次,不知道是怎么原因,是不是熔池异常抖动造成的,原因是什么

真的是高人!!!

很难说清.
1:能把您的测试方法说一下吗?如用的是那种议器,最高测试频率,测试的位置在哪?[焊枪与接线端子不同].
2:一般来说要多种测试仪器一起用,如高速摄像[加红色过滤片]与电子测试同步.
3:远离有电磁干侥点.
4:测试源的准确性.....

你是调整了电子电抗器吧.

co2焊接时怎么才能把短路时刻精确测量到,以便实现可控波形控制

电弧电压低于5V