论数字化焊接
http://www.weld21.com 2005-05-08 08:45 来源:现代金属加工

  郑思潜先生:成都电焊机研究所高级工程师
  胡建平先生:新松机器人自动化股份有限公司机器人及焊接装备事业部总经理
  李鹤岐先生:兰州理工大学教授
  魏 伦先生:哈尔滨华崴集团焊接电源分公司经理
  穆守仑先生:上海久盛焊接研究所所长
  黄石生先生:中国电焊机技术专委会副主任
 

                          
  高速和高效化焊接是现代焊接的发展方向,是实现现代化焊接的必由之路。数字化焊机是高效焊接和焊接自动化焊接的基础。数字化作为数字信号处理技术与弧焊工艺结合的产物,引起了业内人士的广泛关注。数字化焊接的概念及其特点、数字化焊机的实现方式及数字化焊机对整个焊接生产工艺起着一定的推动作用。

                           

数字化技术日益成熟


  MM:请您简要介绍一下数字化焊接技术发展的简要情况。
  郑思潜先生:数字化焊接技术是指用计算机技术来控制焊接设备的运行状态,使其满足和达到焊接工艺所提出的要求,以得到完全合格的焊缝。
数字化焊接技术起始于上世纪80年代的焊接机器人。它用工控机来控制焊枪或焊钳的运行轨迹、焊枪姿态及焊接规范。对于复杂的空间曲线焊缝(如马鞍型焊缝),通用的自动焊接设备是无法完成的,而焊接机器人却能胜任此项任务。另外在一些危险的作业环境中(如高温、辐射)只能由焊接机器人去完成某项焊接作业。示教方式是焊接机器人用得最多的编程方式。它在离线的状态下把焊枪沿着要预定完成的焊缝作业轨迹上走一遍,从而把运行轨迹及其他参数记录到工控机中。在线时即由工控机控制焊枪的运行轨迹、焊枪姿态及焊接规范,以完成焊接作业。
  胡建平先生:可以这样说,数字化焊接技术的核心就是焊机的数字化。和其它专业领域一样,焊接技术的发展同样得益于数字电子技术的发展。
自1982年瑞典ESAB公司率先推出晶闸管弧焊逆变器产品,美国的Lincoln Miller Powcon 、芬兰的Kemppi 、瑞士的ELTRON和日本的大坂变压器公司等国际著名的焊接设备公司都相继推出了各自的弧焊逆变器产品。
   这标志着焊接电源主电路从模拟到数字化的跨越。对于焊接专业领域来讲,这是一项革命性的技术跨越。主电路的数字化,使焊接电源的功率损耗大大减少,效率达90%以上。由于工作频率的提高,回路输出电流的纹波更小,响应速度更快,焊机可以获得更好的动态响应特性。
  1998年奥地利Fronius全数字化焊机进入市场,标志着控制电路数字化焊机的实用化,将传统逆变焊机的模拟控制发展为数字化控制,极大地提高了焊机对电弧的控制品质。
近些年,焊机数字化技术发展越来越快,不断的有更加先进、功能更加强大的数字化焊机推出,数字化的人机交互系统得到深入的开发,这是很值得重视的一个数字化焊机技术发展的最新的动向。
  李鹤岐先生:众所周知,随着数字化、智能化、网络化技术的发展,使数字化焊接技术,包括焊接电源数字化、焊接过程数字化和焊接制造数字化等方面得到了突飞猛进的发展。  
  焊接制造数字化是一种全新概念的先进焊接制造技术,它集先进焊接技术、先进数控和计算机技术、CAD/CAM技术、先进材料技术、先进检测技术为一体,可以制造预定形状的零件,也可以使损坏的零件复原到原有尺寸,而且性能达到或超过原基材料水平。因此焊接制造数字化技术,实际是一门新的光、机、电、计算机、数字化、材料综合交叉的先进焊接制造技术。 
  数字化控制使焊接电源具有很好的系统灵活性。由于模拟系统的配置和增益是由阻容网络硬件所决定的,一旦确定就很难改变,而在数字化控制系统中,只要改变软件,则很容易实现柔性控制。 在焊接过程数字化控制中,焊接电源的能量控制由电流、电压、时间的协同方式来完成,具体表现为输出波形的数字化。在CO2气体保护焊数字化控制中,实现了一种智能化自寻优控制方法。在脉冲MIG焊接Synegic控制法中,根据送丝速度自动匹配电流脉冲参数,使熔化速度和送丝速度相适应。为解决系统对弧长扰动的恢复,QH-ARC103控制法采用多折线外特性,实现了弧长的闭环控制。同时,还有在保持单元电流脉冲能量恒定的前提下,对弧长和送丝速度同时控制的综合控制法。
  魏伦先生:20世纪90年代末。奥地利Fronius公司推出了全数字化焊机。近几年德国EWM、芬兰Kemppi、日本松下和OTC等公司也陆续推出了相应的产品。其发展趋势必将引起一场焊接设备的数字化革命,必将推动整个焊接设备行业的技术进步。可以预见数字化技术将促使焊接设备向智能化、高可靠性、低成本方向快速发展。
高效、节能并能够自动调节焊接参数的智能型数字化逆变焊机将逐渐取代手弧焊机和普通可控硅焊机,而且以后焊机的操作趋向于简单化、智能化,以符合当今淡化操作技能的趋势,摆脱对焊接操作者技能的依赖。
  穆守仑先生:随着世界上科学技术的飞速发展,焊接技术也一定会紧密地与当代高科技(电子、微电子、信息技术)相结合。而在步入当今信息化微电子时代,博览会上的所有产品几乎都融入了信息技术、智能数字化技术的新成果,从而将焊接技术提高到一个前所未有的水准上。
  黄石生先生: 高速、高效、优质和自动、智能化是现代焊接技术的主要发展方向,研发和推广应用数字化焊机是它的基础, 也是实现现代化焊接工艺的重要标志。
近年来,随着大规模专用集成电路ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor)及复杂可编程逻辑器件CPLD(Complex Programmable Logic Device)、现场可编程门陈列FPGA(Field Programmable Gate Array)的发展,使焊接电源设备与工艺的控制电路, 已经由过去的分立元件、简单集成电路发展到以单片机、工控机,DSP、CPLD/FPGA为核心的数字化控制电路,即向数字化方向发展。现代焊接电源设备,特别是逆变式的, 具有控制周期短,动态响应快,能够进行精确控制等优势,与数字化信号处理和控制技术相结合,有如虎上添翼,可实现两个目的:一是使用数字化技术迅速解决焊接电源设备自身问题;二是用数字化技术提升它的功能和性能,满足先进制造技术的需求。
  DSP以其强大的指令系统及接口功能显示出功能强、速度快、编程和开发方便等特点而广泛应用于通用数字信号处理.近年来DSP在焊接自动控制领域也获得愈来愈多应用。
随着电子设计自动化(EDA)技术的进步和软件开发系统的日趋完善,应用CPLD和FPGA进行电子系统设计已经成为发展主流,并开始应用于焊接。
  FPGA是近年来迅速发展起来的集PLD器件现场可编程的设计灵活性和门陈列高密,度于一体的新型ASIC器件,它的出现引起数字系统设计方式的突破性变革,成为当今ASIC电路发展中一个异军突起的新型电路.推动了数字化控制技术的发展, 数字化焊接技术的发展,它从应用于弧焊电源,.到气保焊整机;到电阻焊,等离子弧焊;从小功率到大功率埋弧焊;从单丝焊到多丝焊,到机器人焊接. 它以极快的速度向焊接领域纵深发展.

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