焊接方法与设备-6电弧焊自动控制基础课件

电弧焊主讲教师：高飞start7/24/20232

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控制器控制对象K执行检测UoUiUi7/24/20232.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7/24/20234§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VF07/24/20235§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:7/24/20236

§6-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统7/24/20237§6-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统7/24/20238§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

7/24/2023

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7/24/202310§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

7/24/2023

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，调节能力强。7/24/202312§6-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统7/24/202313§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

7/24/202314

§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

7/24/202315§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、电压调节方法

1.调节范围

7/24/202316§6-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统长弧时0UIvfminvfmax1UomaxUominB7/24/202317§6-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统短弧时0UIvfminvfmax217/24/202318§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7/24/202319

§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：短路回抽引弧，无触点换向

7/24/202320

§6-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统7/24/202321§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

7/24/202322§6-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统+-+-7/24/202323§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

βIaUaUa07/24/202324§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.电弧电压反馈调节过程

7/24/202325§6-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统U0O1O0II1I00U1Ul0l17/24/202326§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

7/24/202327§6-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统焊枪高度变化l0l1O1’O0UI0影响不大7/24/202328§6-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统网压波动O0’O1O0UIO陡降特性电源静态误差小7/24/202329§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7/24/202330§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UcmaxUcminBAUI0DC7/24/202331§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U0I7/24/202332§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Vf→Ua稳定

7/24/202333

§6-2恒速调节系统

一、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

30~200W（<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）

7/24/202334

§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

7/24/202335

§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7/24/202336

§6-2恒速调节系统

M7/24/202337

§6-2恒速调节系统

M7/24/202338

§6-2恒速调节系统

1.电枢电压负反馈间接迭加式7/24/202339

§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

7/24/202340

§6-2恒速调节系统

7/24/202341

§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。7/24/202342

§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

7/24/202343

§6-2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7/24/202344

（一）、模拟式晶体管驱动电路

电压负反馈与电流正反馈7/24/202345

（二）、开关式晶体管驱动电路

图17/24/202346

§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

VwVf电源7/24/202347

§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燃电弧熄弧时保证填满弧坑7/24/202348

§6-3电弧焊的程序自动控制

I7/24/202349

§6-3电弧焊的程序自动控制

图17/24/202350

§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

7/24/202351

§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=A˙B（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

7/24/202352§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7/24/202353

§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。—智能焊机、弧焊机器人7/24/202354

§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7/24/202355

§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：7/24/202356

§6-3电弧焊的程序自动控制

并联电容延时电路7/24/202357

§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

7/24/202358

§6-3电弧焊的程序自动控制

7/24/202359

§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

7/24/202360

§6-3电弧焊的程序自动控制

P113图4—29B

脉冲计数式延时7/24/202361

§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7/24/202362

§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7/24/202363

§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

7/24/202364

§6-3电弧焊的程序自动控制

P114图4--32慢送丝爆裂引弧7/24/202365

§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7/24/202366

§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7/24/202367

§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7/24/202368

§6-3电弧焊的程序自动控制

3.回抽引弧

带有电压极性鉴别电路控制的继电器回抽引弧7/24/202369

§6-3电弧焊