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1、电弧焊,主讲教师：高 飞,start,2020/7/26,2 第六章 电弧焊自动控制基础,6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,一、自动调节的必要性及基本要求,1.自动调节系统的类型,2020/7/26,2.自动调节的必要性,开环调节系统,闭环调节系统反馈控制,控制系统,焊接自控调节特点：,开环控制方式一般是不稳定的，但对于一些特定情况，在系统内反馈作用下也是一种稳定系统,在焊接中反映焊接熔池形状的热源（Ia，Ua）、填充材料速度Vf和焊接速度Vw，总是受到一些外界的干扰，发生扰动，因此必须加以识别并调节，否则易使焊接过程受阻，或焊接质量不能保证。,3 第六章 电弧焊自动控制基础,2020/
2、7/26,4 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,3.对调节系统的基本要求,一、自动调节的必要性及基本要求,静态误差小 新稳定工作点被调量稳定值与初始稳定值之差,稳定性 是指系统受干扰或给定控制信号U阶跃突变离开稳定平衡状态，而在干扰停止后能恢复到新稳定状态的能力,I,静,外,U,工件,介质,VF,0,2020/7/26,5 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,3.基本要求,动态品质好 动态调节过程短。 P91图4-2，4-3。Y(t)被调量y(t)-y0偏差量。,超调量:,衰减度:,2020/7/26,6 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,2020/7/26,7 6-1 熔化极
3、自动电弧焊的自动调节系统,2020/7/26,8 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,二、熔化极等速送丝电弧自身调节系统,u=KI+b,2020/7/26,9 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,（一）等速送丝自身调节系统静特性,讨论：,长弧条件下：,短弧条件下：,Vf曲线右移,Lf曲线左移,2020/7/26,10 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,（二）等速送丝自身调节系统的精度,1.弧长波动时的自身调节精度,2020/7/26,11 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,见图4-4（b） 当焊枪与工件相对高度不变时，送丝速度变化，弧长L能稳定，无静态误差。 缓降外特性电源
4、，调节能力强。,2020/7/26,12 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,2020/7/26,13 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,（二）等速送丝自身调节系统的精度,2.网路电压波动时的自身调节误差,2020/7/26,14 6-1 熔化极自动电弧焊的自动 调节系统,（三）等速送丝自身调节的灵敏度,动态品质反映：敏感性,等速送丝的熔化极电弧焊过程中，弧长干扰能依靠焊丝熔化速度变化所产生的自身调节作用得以补偿,影响因素,焊丝直径和电流密度,电源外特性,电弧长度,焊丝成分和气体介质,2020/7/26,15 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,（四）等速送丝熔化极电弧焊的电流、
5、电压调节方法,1.调节范围,2020/7/26,16 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,长弧时,0,U,I,vfmin,vfmax,1,Uomax,Uomin,B,2020/7/26,17 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,短弧时,0,U,I,vfmin,vfmax,2,1,2020/7/26,18 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,双旋钮法,单旋钮法 调送丝速度（I），U按适当比例给定,2.调节方法,2020/7/26,19 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,三、电弧电压反馈变速送丝调节系统,（一）电弧电压反馈变速送丝调节的工作原理,1. G-M驱动方式,优点：短路回
6、抽引弧，无触点换向,2020/7/26,20 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,2020/7/26,21 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,2.弧压反馈晶闸管整流式驱动,特点：,不可能实现送丝电机无触点换向和回抽引弧,2020/7/26,22 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,+,-,+,-,2020/7/26,23 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,（二）电弧电压反馈变速送丝调节器的静特性,假定K，Ki，Ku为常数，则,Ia,Ua,Ua0,2020/7/26,24 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,（三）电弧电压反馈变速送丝调节过程、精度和灵敏度,1.电弧电压反
7、馈调节过程,2020/7/26,25 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,U0,O1,O0,I,I1,I0,0,U1,U,l0,l1,2020/7/26,26 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,（三）电弧电压反馈变速送丝调节过程、精度和灵敏度,2.电弧电压反馈调节精度,弧长波动时的调节精度,电网电压波动时的系统误差,2020/7/26,27 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,焊枪高度变化,l0,l1,O1,O0,U,I,0,影响不大,2020/7/26,28 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,网压波动,O0,O1,O0,U,I,O,陡降特性电源静态误差小,2020/7/2
8、6,29 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,2.电弧电压反馈调节精度,电弧电压反馈调节灵敏度,K,电源外特性,电弧气氛介质,影响因素,2020/7/26,30 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,（四）电流与电压调节方法,粗丝情况,Ucmax,Ucmin,B,A,U,I,0,D,C,2020/7/26,31 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,细丝情况,焊丝变细,需要对应调节K值,U,0,I,2020/7/26,32 6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统,四、焊接电流反馈变速送丝调节系统,调节原理：采样Ia，执行VfUa稳定,2020/7/26,33 6-2 恒速调节系统,一、
9、应用场合及要求,1.利用场合,2.要求,送丝控制,移动电弧小车,变位器,功率输出要求 30200W（2KW）-伺服电机,变速范围1：10（1：20）,满足上述要求一般 常用晶闸管可控整流电路和晶体管（场效应管等到）脉宽调制电路（PWM）,2020/7/26,34 6-2恒速调节系统,二、晶闸管整流驱动电路,（一）主电路常用形式,2020/7/26,35 6-2恒速调节系统,二、晶闸管整流驱动电路,1.电枢电压负反馈,（二）常用反馈环节,直接迭加式,电枢电压负反馈,电枢电压负反馈和电枢电流正反馈,电势负反馈,测速发电机负反馈,2020/7/26,36 6-2恒速调节系统,M,2020/7/26,
10、37 6-2恒速调节系统,M,2020/7/26,38 6-2恒速调节系统,1.电枢电压负反馈,间接迭加式,2020/7/26,39 6-2恒速调节系统,二、晶闸管整流驱动电路,2.电枢电压负反馈和电枢电流正反馈,2020/7/26,40 6-2恒速调节系统,2020/7/26,41 6-2恒速调节系统,二、晶闸管整流驱动电路,3.电势负反馈,它可使电动机任何转速干扰都得以补偿，自动调节精度相当高。但因R5、Rim的发热，易使上式不匹配。因此只有采用测速发电机最为理想。,2020/7/26,42 6-2恒速调节系统,二、晶闸管整流驱动电路,4.测速发电机负反馈,2020/7/26,43 6-2
11、恒速调节系统,（二）动态特性的改善,1.防止振荡,2.限制起动冲击 电流大,三、晶体管驱动电路,（一）、模拟式晶体管驱动电路,模拟式晶体管驱动电路,开关式晶体管驱动电路,2020/7/26,44 （一）、模拟式晶体管驱动电路,电压负反馈与电流正反馈,2020/7/26,45 （二）、开关式晶体管驱动电路,图1,2020/7/26,46 6-3 电弧焊的程序自动控制,一、控制对象和要求,（一）、对象,弧焊电源、送丝，引弧，小车，摆动机构，送气阀,Vw,Vf,电源,2020/7/26,47 6-3电弧焊的程序自动控制,一、控制对象和要求,（二）、基本要求,提前送气和滞后关气-气保护焊,可靠地一次引
12、燃电弧,熄弧时保证填满弧坑,2020/7/26,48 6-3电弧焊的程序自动控制,I,2020/7/26,49 6-3电弧焊的程序自动控制,图1,2020/7/26,50 6-3电弧焊的程序自动控制,二、程序自动控制类型和实现方法,（一）、程序自动控制基本类型,时间转换。按时序（程序设定）计时执行,行程转换。焊缝长度到熄弧（起弧）,条件转换。以电弧引燃或熄灭，执行I，U等转换,（二）、程序自动控制的实现方法,继电器程控,无触点程控,可编程控制器程控,2020/7/26,51 6-3电弧焊的程序自动控制,1.继电器程控,是通用电弧焊机的常用方法。它由开关、按钮、继电器、接触器和电磁阀等电器元件按
13、一定的逻辑条件组合而成 。,逻辑 运算,或 C=A+B（并联关系）,与 C=AB（串联关系）,非 C=A （常开、常闭关系）,特点：,电路简单，制作方便，但使用寿命及可靠性低，灵敏度小,2020/7/26,52 6-3电弧焊的程序自动控制,继电器程控-气阀,继电器程控-继电器,2020/7/26,53 6-3电弧焊的程序自动控制,3.可编程控制器程控,2.无触点程控,利用分立元件，IC逻辑电路及晶体管、晶闸管功率开关器件等构成的无触点程控取代上述继电器系统 ，提高频度和使用寿命。天焊厂4万小时,以单片机为中心构筑的PLC系统，依靠梯形图编程器，软件编制实现上述程控功能，柔性好，适应性强。智能焊
14、机 、弧焊机器人,2020/7/26,54 6-3电弧焊的程序自动控制,电容充放电式,三、电弧焊程序控制电路的基本环节电路,（一）延时控制电路,脉冲计数式,1.电容充放电式,并联电容,晶体管延时电路,单结晶体管式,晶闸管式,晶体管式,555集成定时器式,延时控制电路,引弧控制电路,熄弧控制电路,2020/7/26,55 6-3电弧焊的程序自动控制,并联电容,用途：,滞后关气,特点：简单、控制精度不高，调节不方便,吸合延时：,释放延时：,2020/7/26,56 6-3电弧焊的程序自动控制,并联电容延时电路,2020/7/26,57 6-3电弧焊的程序自动控制,晶体管延时电路,单结晶体管式,20
15、20/7/26,58 6-3电弧焊的程序自动控制,2020/7/26,59 6-3电弧焊的程序自动控制,2.脉冲计数式,IC脉冲计数器为延时环节提供了精度更高、调节范围更宽广的途径,时间调节：,调振荡器频率,调分频器,2020/7/26,60 6-3电弧焊的程序自动控制,P113图429B,脉冲计数式延时,2020/7/26,61 6-3电弧焊的程序自动控制,三、电弧焊程序控制电路的基本环节电路,（二）引弧控制环节,爆裂引弧,慢送丝爆裂引弧,回抽引弧,1.爆裂引弧,高频引弧,2020/7/26,62 6-3电弧焊的程序自动控制,P114图4-31,爆裂引弧-切换外特性,2020/7/26,63 6-3电弧焊的程序自动控制,三、电弧焊程序控制电路的基本环节电路,（二）引弧控制环节,2.慢送丝爆裂引弧,2020/7/26,64 6-3电弧焊的程序自动控制,P114图4-32,慢送丝爆裂引弧,2020/7/26,65 6-3电弧焊的程序自动控制,3.回抽引弧,P115图4-33,按钮法,退丝,进丝,2020/7/26,66 6-3电弧焊的程序自动控制,3.回抽引弧,电弧电压继电器控制法,2020/7/26,67 6-3电弧焊的程序自动控制,电弧电压继电器控制回抽引弧电路,换向,需先接触,2020/7/26,68 6-3
