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自動(dòng)焊接技術(shù)論文范文第1篇

論文關(guān)鍵詞：自動(dòng)焊接,數(shù)學(xué)模型,控制

為保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、提高生產(chǎn)效率、適應(yīng)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展要求，實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化生產(chǎn)已經(jīng)成為必然的趨勢。本研究課題針對目前在實(shí)際生產(chǎn)中復(fù)雜空間取消焊縫焊接任務(wù)所占比重較大、而且難以人工焊接實(shí)現(xiàn)，以及國內(nèi)相關(guān)技術(shù)研究較少的現(xiàn)狀，對多功能自動(dòng)焊接伺服控制技術(shù)進(jìn)行了研究。

1自動(dòng)焊接開放式數(shù)控系統(tǒng)

基于開放式數(shù)控系統(tǒng)的焊接數(shù)控系統(tǒng)是一個(gè)結(jié)構(gòu)開放，功能模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化性能強(qiáng)大的焊接數(shù)字化系統(tǒng)，將改變傳統(tǒng)的焊接數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)封閉的局面，解決變化頻繁的需求與封閉控制系統(tǒng)之間的矛盾，從而建立一個(gè)統(tǒng)一的可重構(gòu)的系統(tǒng)平臺，增強(qiáng)系統(tǒng)的柔性。同時(shí)，自動(dòng)焊接開放式數(shù)控系統(tǒng)具備以下有點(diǎn)：成本低，軟件開發(fā)環(huán)境完備，軟件資源豐富，可移植性可擴(kuò)展性互補(bǔ)性均較好等。

本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)焊接機(jī)床，可焊接多種類型的工件，實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)各模塊之間保留了統(tǒng)一的接口，根據(jù)用戶的需要可隨時(shí)添加所需的模塊，既滿足了用戶的需要，又提高了該機(jī)床的實(shí)用性。

2 設(shè)計(jì)

2.1機(jī)床本體的設(shè)計(jì)

自動(dòng)焊接機(jī)床主要包括機(jī)床本體和焊接設(shè)備兩部分。機(jī)床本體由機(jī)械部分和控制柜(硬件及軟件)組成。而焊接裝備，以弧焊及點(diǎn)焊為例，則由焊接電源(包括其控制系統(tǒng))、送絲機(jī)(弧焊)、焊槍(鉗)等部分組成。本研究以復(fù)雜空間曲線接縫(如管與管之間以任何角度連接接縫)自動(dòng)焊接實(shí)現(xiàn)為目標(biāo)，研制開發(fā)一臺可實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)的多功能自動(dòng)焊接床的機(jī)械及伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

2.2構(gòu)建伺服控制硬件系統(tǒng)

該機(jī)床利用計(jì)算機(jī)和普通的I/O卡加步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成伺服控制系統(tǒng)。采用“通用I/O卡+專用計(jì)算機(jī)軟件”來實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制，不僅經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，而且具有非常好的靈活性和友好的軟件用戶界面，必要的時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)一臺電腦同時(shí)對幾十個(gè)步進(jìn)電機(jī)的直接控制，或發(fā)揮它的網(wǎng)絡(luò)功能應(yīng)用于復(fù)雜的工程系統(tǒng)控制。采用通用“I/O卡+專用計(jì)算機(jī)軟件”控制的步進(jìn)電機(jī)的數(shù)量取決于I/O卡的位數(shù)和驅(qū)動(dòng)器所需的控制信號數(shù)。通常情況下，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分設(shè)置由硬件來完成，所以一般的驅(qū)動(dòng)器只需要兩個(gè)信號：脈沖信號和正反轉(zhuǎn)信號，當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)軟件方式控制驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)時(shí)，還需要細(xì)分控制信號。系統(tǒng)各部件原理如圖1所示。輸入設(shè)備包括鍵盤、控制桿等，通用數(shù)字輸入輸出卡采用AC4161型，有16路的輸入輸出通道，因此最多可以同時(shí)控制五個(gè)步進(jìn)電機(jī)，其中三個(gè)采用75BF001型號，分別控制X、Y、Z三個(gè)方向的位移，保持轉(zhuǎn)矩為0.39N*m，最大相電流3A，步距角1.5度，空載啟動(dòng)頻率為1.75Hz。

3 關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)

3.1建立三維空間中的數(shù)學(xué)模型及插補(bǔ)算法

在機(jī)床的硬件平臺搭建后之后，如何控制焊槍及工作臺的精確運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)相貫線焊縫的焊接就成為需重點(diǎn)解決的問題。本文采取了首先建立數(shù)學(xué)模型，并在保證插補(bǔ)誤差和焊接精度的基礎(chǔ)上，將工件相交而成的連續(xù)焊縫采用等時(shí)間間隔的插補(bǔ)方法離散成一系列的微小直線段，然后將所獲得的位移量通過精插補(bǔ)算法轉(zhuǎn)換成可以通過開關(guān)量卡發(fā)送的脈沖數(shù)據(jù)，最終控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成對相貫線焊縫的焊接。

以相交圓柱管相貫線接縫焊接為例，數(shù)學(xué)模型的建立：

設(shè)相交兩圓柱管(主管和支管)的半徑分別為R和r，且R>r，如圖2所示，坐標(biāo)原點(diǎn)O是兩圓柱管軸線的交點(diǎn)，兩圓柱管軸線OV和OW的交角為α。焊接時(shí)，工件固定在工作臺上，工作臺沿x、y軸移動(dòng)，焊槍沿z軸上下移動(dòng)，同時(shí)還可以O(shè)′為定點(diǎn)繞X軸和Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過這五個(gè)軸向的運(yùn)動(dòng)控制，就可實(shí)現(xiàn)相貫線焊縫的自動(dòng)焊接。由此可得半徑分別為R和r的兩個(gè)圓柱管相交所形成的相貫線接縫φ(θ)在O′XYZ坐標(biāo)系中的方程：

其中，θ是支管上的旋轉(zhuǎn)角。

完成實(shí)時(shí)焊接的伺服控制的首要任務(wù)就是對焊接軌跡進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算。插補(bǔ)就是按給定曲線生成相應(yīng)逼近軌跡的方法，其實(shí)質(zhì)是對給定曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化。本文采用等長直線段逼近相貫線焊縫，即在保證給定逼近誤差的前提下，用等長直線段代替圓弧段，這種插補(bǔ)方法的計(jì)算簡單，雖然加工精度不如采用圓弧段逼近的方式，但卻完全能夠滿足焊接加工的精度要求。

3.2 自動(dòng)焊接軟件系統(tǒng)平臺的開發(fā)

該系統(tǒng)的精插補(bǔ)過程由軟件和硬件共同實(shí)現(xiàn)，由軟件計(jì)算出控制信號的輸出時(shí)間間隔和應(yīng)該向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送的高低電平數(shù)據(jù)，由硬件接口板實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸出。編制運(yùn)動(dòng)控制軟件實(shí)現(xiàn)精插補(bǔ)的過程有兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：一是如何得到比較精確的延時(shí)時(shí)間間隔；二是如何將單個(gè)電機(jī)的控制脈沖序列進(jìn)行合并，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接機(jī)床五個(gè)軸的聯(lián)動(dòng)。本研究利用Delphi軟件構(gòu)建操作軟件系統(tǒng)平臺，以界面友好為設(shè)計(jì)目標(biāo)，按照功能進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接數(shù)據(jù)處理、制等需要的各種操作。

4 系統(tǒng)精度的分析與改善

本文所設(shè)計(jì)自動(dòng)焊接數(shù)控機(jī)床是采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)合組成的開環(huán)控制系統(tǒng)。在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，影響伺服精度的主要因素有以下幾個(gè)方面： 步進(jìn)電機(jī)誤差、齒隙誤差、導(dǎo)軌誤差及熱變形影響等。

對于步進(jìn)電機(jī)誤差可采取減小步距角的方法來改善。當(dāng)傳動(dòng)比一定時(shí)，隨著步距角的減小，脈沖當(dāng)量也隨之減小，從而提高機(jī)床的精度。當(dāng)電機(jī)選定之后，驅(qū)動(dòng)器細(xì)分電路可進(jìn)一步降低機(jī)床的脈沖當(dāng)量，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行在細(xì)分模式下時(shí)，步距角顯著減小，轉(zhuǎn)子達(dá)到新的穩(wěn)定點(diǎn)之后所具有的動(dòng)量變小，振動(dòng)變小，提高了步進(jìn)電機(jī)低速段運(yùn)行的平滑性；在軟件方面，通過對插補(bǔ)周期和插補(bǔ)步長的控制，使步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行頻率盡量避開其低頻振蕩區(qū)間，保證步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行平穩(wěn)性。

對于齒隙誤差，主要采取以下兩種改善措施：將中心距設(shè)計(jì)為可調(diào)機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)中心距消除齒隙；雙片齒輪加載扭簧消除齒輪本身誤差引起的間隙?？赏ㄟ^提高導(dǎo)軌精度來改善導(dǎo)軌誤差。

參考文獻(xiàn)

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自動(dòng)焊接技術(shù)論文范文第2篇

【關(guān)鍵詞】高層鋼框架結(jié)構(gòu)；施工工藝；焊接變形

1引言

高層結(jié)構(gòu)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》雖然已經(jīng)頒布，但在我國，真正意義上的純鋼結(jié)構(gòu)高層建筑采用的仍較少，普遍采用的是鋼框架-混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，雖然其具有造價(jià)低、用鋼省等優(yōu)點(diǎn)，但其應(yīng)用范圍和技術(shù)上還有待進(jìn)一步研究和完善。而且我國的建筑鋼材存在很大不足，在品種、規(guī)格和質(zhì)量水平上和發(fā)達(dá)國家還有較大差距。在高層鋼框架結(jié)構(gòu)施工領(lǐng)域，技術(shù)水平高、管理能力強(qiáng)的建筑企業(yè)很少，鋼框架結(jié)構(gòu)施工成套技術(shù)尚處于完善階段。為此，有必要加強(qiáng)對高層框架結(jié)構(gòu)的施工工藝及其焊接變形方面的探討，這也是本論文的研究出發(fā)點(diǎn)。

2高層鋼框架結(jié)構(gòu)施工工藝及其變形分析

2.1 鋼框架結(jié)構(gòu)施工特點(diǎn)分析

鋼框架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，主要包括鋼柱、鋼梁、樓梯的吊裝、測量校正、連接、壓型鋼板的鋪設(shè)等工序，但在鋼結(jié)構(gòu)施工的同時(shí)往往要穿插土建、機(jī)電等部分的施工。鋼框架結(jié)構(gòu)的施工必須要與土建等其它單位進(jìn)行密切配合，做到統(tǒng)籌兼顧，才能高效、高質(zhì)地完成施工任務(wù)。其主要特點(diǎn)有：

2.1.1 測量、定位、放線精度要求高。測量、定位、放線是貫穿制作和安裝階段的控制重點(diǎn)。在高層鋼框架結(jié)構(gòu)安裝中，由于體型大，誤差積累將非常顯著，柱子或其它構(gòu)件微小的偏移會(huì)造成上部很大的變位，極大地改變結(jié)構(gòu)的受力，影響設(shè)計(jì)效果，甚至產(chǎn)生工程事故。

2.1.2 鋼框架結(jié)構(gòu)安裝中，由于鋼材熱脹冷縮現(xiàn)象突出，天氣、溫度等條件影響大，溫度變化會(huì)對安裝精度產(chǎn)生較大影響。特別是在鋼構(gòu)件連接中，焊接和螺栓連接受天氣、溫度影響更大。在焊接技術(shù)規(guī)程中規(guī)定，自然條件不能滿足焊接環(huán)境要求時(shí)，要采取人工措施給焊接創(chuàng)造條件，比如焊條的預(yù)熱、鋼板的預(yù)熱加溫等。

2.1.3 鋼結(jié)構(gòu)安裝對起重、運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械的性能要求高。由于鋼構(gòu)件重量大、體型大，高層鋼框架結(jié)構(gòu)安裝中高空作業(yè)多，對吊裝過程中的技術(shù)要求高，吊裝中不同工況條件下的施工荷載必須同其自身設(shè)計(jì)承載力相吻合，鋼構(gòu)件在運(yùn)輸、堆放、起吊、就位及安裝過程中，要按事先模擬設(shè)計(jì)的條件進(jìn)行。

2.1.4 由于鋼材的特點(diǎn)，決定了鋼框架結(jié)構(gòu)要求防腐、防火嚴(yán)格。

2.1.5 高層鋼框架結(jié)構(gòu)安裝工程量大，構(gòu)件多，現(xiàn)場往往必須設(shè)置臨時(shí)堆放場地及相應(yīng)的中轉(zhuǎn)堆場才能滿足安裝需要。

2.2 鋼框架焊接變形分析

2.2.1 鋼結(jié)構(gòu)變形類型

鋼結(jié)構(gòu)變形類型，可分為總體變形和局部變形兩類。總體變形是指整個(gè)結(jié)構(gòu)的外形和尺寸發(fā)生變化，局部變形是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件在局部區(qū)域出現(xiàn)變形。二者可能單獨(dú)出現(xiàn)，但更多地是組合出現(xiàn)。它們都會(huì)影響結(jié)構(gòu)的諸多方面，如外觀、剛度和穩(wěn)定性等，降低承載力，危及結(jié)構(gòu)安全。

2.2.2 鋼結(jié)構(gòu)變形原因

鋼材的初始變形；加工制作中的變形；運(yùn)輸及安裝過程中產(chǎn)生的變形；使用過程中產(chǎn)生的變形等。

2.2.3 變形控制方法

傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)方法是制定合理的吊裝、焊接方案等，如采用先內(nèi)而外的吊裝順序、對稱焊接等，在測量控制上預(yù)留變形等，這種籠統(tǒng)地控制方法在一定條件下可以取得較好的效果，但遇到復(fù)雜、多變的條件，效果有限。

焊接變形是高層鋼結(jié)構(gòu)框架變形的主要構(gòu)成因素，但相關(guān)的論文分析也多以靜態(tài)、局部的分析為主，如針對于某個(gè)焊接面或焊接構(gòu)件的分析，針對建筑鋼框架結(jié)構(gòu)焊接變形的整體分析方法尚未出現(xiàn)。

3 高層鋼框架結(jié)構(gòu)焊接施工工藝及其變形矯正探討

3.1 焊接變形原因分析

鋼結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)性能良好、建設(shè)工期短、綠色、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，所以在工業(yè)與民用建筑中廣泛應(yīng)用。焊接對鋼結(jié)構(gòu)來說是一把雙刃劍，它成就了鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)的高速度，但是鋼結(jié)構(gòu)在焊接時(shí)產(chǎn)生的變形問題，也會(huì)極大地影響鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。鋼結(jié)構(gòu)在焊接過程中出現(xiàn)變形是不可避免的，但可以通過合理的施工措施來予以控制。

焊接變形產(chǎn)生的主要原因是由于焊接過程中對焊件進(jìn)行了局部的不均勻加熱，以及隨后的不均勻冷卻作用和結(jié)構(gòu)本身或外加的剛性拘束作用，通過力、溫度和組織等因素的變化，從而在焊接接頭區(qū)產(chǎn)生不均勻的收縮變形，焊縫的縱向和橫向縮短是引起各種復(fù)雜變形的根本原因。

3.1.1 結(jié)構(gòu)剛度

剛度就是結(jié)構(gòu)抵抗拉伸和彎曲變形的能力，它主要取決于結(jié)構(gòu)的截面形狀及其尺寸大小。如桁架的縱向變形，主要取決于橫截面面積和弦桿截面的尺寸；再如工字型、丁字型或其它形狀截面的彎曲變形，主要取決于截面的抗彎剛度。

3.1.2 焊縫位置和數(shù)量

在鋼結(jié)構(gòu)剛性不大時(shí)，焊縫在結(jié)構(gòu)中對稱布置，施焊程序合理，則只產(chǎn)生線性縮短；當(dāng)焊縫布置不對稱時(shí)，則還會(huì)產(chǎn)生彎曲變形；焊縫截面重心與接頭截面重心在同一位置上時(shí)，只要施焊程序合理，則只產(chǎn)生線性縮短；當(dāng)焊縫截面重心偏離接頭截面重心時(shí)，則還會(huì)產(chǎn)生角變形。

3.1.3 焊接工藝

焊接電流大，焊條直徑粗，焊接速度慢，都會(huì)造成焊接變形大；自動(dòng)焊接的變形較小，但焊接厚鋼板時(shí)，自動(dòng)焊比手工焊的焊接變形稍大；多層焊時(shí)，第一層焊縫收縮量最大，第二、三層焊縫的收縮量則分別為第一層的20%和5%～10%，層數(shù)越多焊接變形也越大；斷續(xù)焊縫比連續(xù)焊縫的收縮量小；對接焊縫的橫向收縮比縱向收縮大2倍～4倍；焊接次序不當(dāng)或未先焊好分部構(gòu)件，然后總拼裝焊接，都易產(chǎn)生較大的焊接變形。所以在施工時(shí)要制定合理的焊接工藝措施。

3.2 焊接變形矯正措施探討

3.2.1 焊接工藝措施

焊接施工時(shí)，應(yīng)選擇合適的焊接電流、速度、方向、順序，以減少變形。焊接金屬構(gòu)件時(shí)，應(yīng)先焊短，后焊長；先焊立，后焊平；先焊對接縫，再焊搭接縫，應(yīng)從中間到兩邊，從里到外焊接。集中的焊縫應(yīng)采用跳焊法，長焊縫采用分段退步焊和對稱焊接法。

3.3.2 機(jī)械矯正法

機(jī)械矯正法是利用機(jī)械力的作用，以矯正焊接變形，常采用撐直機(jī)、壓力機(jī)、千斤頂及各種小型機(jī)具頂壓矯正構(gòu)件變形。矯正時(shí)，將構(gòu)件變形部位放在兩支撐之間，對準(zhǔn)構(gòu)件凸出部位緩慢施力，即可矯正變形。

3.3.3 火焰矯正法

采用火焰矯正的原理與焊接變形的原理相同，只是反其道而用之，通過給金屬輸入熱量，使金屬達(dá)到塑性狀態(tài)，從而產(chǎn)生變形，構(gòu)件被局部加熱后，依靠加熱區(qū)的膨脹與收縮差，使構(gòu)件按照預(yù)定的方向發(fā)生變形，從而達(dá)到矯正的目的。

3.3.4 剛性固定法

焊接時(shí)在平臺上或在重疊的構(gòu)件上設(shè)置夾具固定構(gòu)件，增加剛性后，再進(jìn)行焊接，這樣焊接中的加熱和冷卻的收縮變形，被固定夾具等外力所限制，但這種方法只適應(yīng)塑性較好的低碳結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼，不適應(yīng)中碳鋼和可焊性更差的鋼材，因?yàn)楹附討?yīng)力常使焊件產(chǎn)生裂紋。

4 結(jié)語

高層鋼框架結(jié)構(gòu)施工工藝與焊接變形分析的影響因素多而且具有較強(qiáng)的模糊性和不確定性，本論文重點(diǎn)對高層鋼框架結(jié)構(gòu)的焊接施工工藝進(jìn)行了分析研究，詳細(xì)探討了焊接變形的原因及其矯正措施，對于進(jìn)一步提高鋼材鋼框架結(jié)構(gòu)的施工工藝水平具有較好的理論指導(dǎo)時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

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