| 单词 | 电弧焊接过程自动控制 |
| 释义 | 【电弧焊接过程自动控制】 拼译：automatic control for weld ing processes 在船机修造工程中，焊接技术的应用以电弧焊为主，因此主要考虑电弧焊过程的自动控制。由于影响电弧焊过程自动控制的因素多，其理论基础和试验研究尚在进行中，所以该技术还未成熟。 电弧焊过程自动控制包括对焊接过程的程序控制；焊接工艺参数的监测与控制；焊缝形状和焊接质量的监测与控制等内容。所以焊接过程自动控制是一种多因素的控制，故研究焊接过程自动控制就是研究采用什么物理量作为控制变量才能反映电弧焊过程的本质。在电弧焊过程中可作为检测控制变量来评定焊缝质量的直接变量和间接变量有：焊缝的熔深、熔宽、截面面积、形状、增强高、外观以及焊接缺陷状态等直接变量。熔池附近的温度和温度梯度、熔池周围凝固部分母材的形状、熔池的流动状态、电弧的形状、大小和辉度等间接变量，为使检测变量在焊接过程受到各种干扰而产生变化时能得到控制和调整，需选择适当的操纵量。在弧焊过程中可考虑作为控制和调整被控制变量的操纵量有：电弧电压、焊接电流、电弧形状、焊接速度、送丝速度、保护气体流量，焊剂供给量，焊矩的位置和倾角、工件的位置和倾斜度等。组成一个焊接过程自动控制系统必须从各种控制变量中选出具有决定意义的少数变量和与其相对应的操纵量，确定它们之间的静态和动态关系，分析研究干扰的影响，确定控制系统的模式，通过适当的控制元件和线路来实现控制。研究焊接过程自动控制的意义是为保证焊接质量，提高焊接生产效率，降低焊接工作的劳动强度和改善劳动条件。为实现焊接生产的自动流水线生产，组成计算机控制的无人焊接生产车间，将焊接工作者从繁重重复劳动中解放出来。弧焊过程长期靠人工操作控制。直到1935年发现埋弧焊，以及1940年在前苏联巴顿焊接研究所得到完善和发展后，才开始在工业生产中推广使用，使弧焊过程转换为机械化控制，形成了电弧电压自动调节系统和电弧自身调节系统的理论。这些理论现在仍是电弧焊自动控制的基础理论。20世纪40年代，气体保护电弧焊开始应用，特别是1953年以来CO2气体保护焊的发现和应用，使弧焊过程控制可在全位置焊缝条件下实现机械化和自动化操作，将焊接过程自动控制发展到一个新的水平。1946年电子计算机问世后，控制理论有了新的发展。特别是1972年以来微型计算机的问世，促进了焊接过程自动控制的发展。相继出现微机控制的弧焊电源，微机控制自动焊接装置，焊接机械手和焊弧机器人，并使焊接过程自动控制从单机自动控制向多机自动群控方向发展，形成自动焊接生产线和自动化焊接车间。电弧焊自动控制系统一般由检测传感器、信号处理系统和执行机构组成。机械传感器、电磁式传感器、光学传感器等是焊缝位置自动跟踪的传感器，可检测焊缝中心线的位置，焊接构件位置和坡口位置，是目前使用较多的传感器，约占使用总数的80%；光电数字传感器、CCD视觉传感器等在焊接过程主要检测焊接条件，实时自动控制和调整焊接工艺参数，以适应每一时刻焊接状况的变化，也可称为焊接条件实时跟踪传感器，它要通过微机来控制，价格较高，目前使用较少，约占10%；电弧传感器、熔透传感器等兼有前两类的功能，目前使用也不多，约占10%。当传感器的信息量较少时以及焊接过程控制发展的初期常用模拟电路来实现电弧焊过程自动控制系统的信息处理。自从1972年微机问世后，则多用微机来作信息处理系统，可以提高控制系统的精度和可靠性。弧焊过程自动控制系统的执行机构一般是小型电动伺服系统，常采用直流伺服电机，进步电机，中低惯量的力矩电机以及印刷电机，它们的驱动控制可以是模拟控制式或数字控制式。20世纪70年代日本小松制作所研制了具有光电传感器的计算机数控自动焊机，可实现CO2焊的完全自动化；焊缝轨迹由数控预调，当因焊接变形、安装误差等原因出现偏差时，可由光电元件检测反馈，由微机调整实现自动跟踪。由光电元件检测到的坡口形状变化，可依据预编程序即时调整，使焊接工艺参数保持最佳水平。日立制作所研制的微机控制多层焊装置，采用非接触式传感器的坡口边缘仿形装置来校正焊接机头位置，且用滚轮状焊道高度检出装置检测焊道高度，检测到的有关信息由微机处理，选择和控制焊接机头位置和摆动及其摆幅、焊接电流、电弧电压、焊速、焊接层数等焊接条件。焊接过程自动控制进一步发展即形成焊接机器人。在焊接生产过程中机器人首先在电阻点焊方面获得广泛应用。如1962年美国福特公司采用Uersatran型点焊机器人生产汽车，后来形成汽车生产的自动流水线，大大提高了生产效率和产品质量，到70年代在日本就已拥有10000台机器人用在焊接生产中。在点焊机器人发展的同时，弧焊机器人也在研制和开发，首先是CO2气体保护焊机器人在日本和美国获得运用，但弧焊条件较为复杂，因对工件形状和装配质量要求非常严格，先期出现的机器人还只能按仿形或示教方式进行重复工作，如ASEA型弧焊机器人是由刚性机械结构和微机自动控制系统相结合形成的，其动作误差≤±0．2mm，焊矩可沿空间曲线以不同的速度移动完成焊接工作。随着传感器的发展和微机性能的提高，弧焊机器人从示教式向智能化发展，正在研制中的这类机器人不但有记忆系统，还有视觉系统，它不用示教而通过视觉系统观察确定焊矩位置，跟踪焊缝位置变化和焊接条件变化自动调整焊接规范工艺参数，使它们始终保持在最佳状态，以实现焊接质量全面监控。在焊接过程自动控制方面今后应大力开展下列工作：(1)研究焊接过程的动态行为特征，摸清决定焊接接头或焊缝质量的各种边界条件，寻找更合理的控制变量，建立能确保焊接质量的控制模式和控制方法；(2)研究焊接过程参数的检测传感器，特别是那些直接或间接反映焊接过程动态质量状态变量的检测传感器，以提高焊接过程自动控制系统的可观测性；(3)研究和开发动态响应性能适应焊接过程自动控制要求的新型电子焊接电源；(4)研究焊接机器人的开发和应用，集成焊接自动化控制系统，形成柔性焊接工艺系统，形成焊接加工中心，或组成自动生产流水线，建立焊接数据库，计算机辅助管理体系，大力开发弧焊机器人并使之智能化；(5)研究计算机焊接工艺专家系统，辅助焊接生产工艺设计和焊接生产的结构制造过程。【参考文献】：1 美国焊接学会编．焊接手册．北京：机械工业出版社，19882 焊接自动化译文集编译组．焊接自动化译文集．北京：中国铁道出版社3 何德孚．焊接过程自动控制，焊管，1988，11：24 赵家瑞．电子计算机在焊接领域中的应用，焊接通讯，1985，25 于有生．焊接过程微机控制，武汉水运工程学院，1993(武汉水运工程学院蒋友寰副教授撰) |
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