最近本人正在研究co2焊接時的聲音分析,有一些成果,下一步看能不能,進行一下頻譜分析,不知到有什么好方法.在控制飛濺方面,正在努力,有什么控制方法以后在上傳

你是在企業里搞還是學校里?

有個朋友十幾年前做過這方面的試驗,您查一下,應該是1991-92年的博士論文.當時是利用電弧的脈沖電弧壓力,測試在母材中的超聲頻率來控制熔深.飛濺控制應該也可利用這種方法.
  他是王其隆的學生,當時是由張九海帶的.

謝謝.回頭找一下.我在公司上班,業余時間搞,用公司的設備,領導不知道,再者學歷底,公司也不支持,純粹個人愛好.昨天做了個試驗,發現主控制板,諧振參數和主回路共振, 以后改參數還要注意,不過一個偶然的機會,我發現人為的減低控制板的響應速度,焊機的飛濺小了,過渡更平穩了,異常噪聲也少了.

電弧超聲的頻率響應特性及其諧振機理*

吳敏生 張春雷 段向陽

  文 摘 為探討并建立一種頻率、功率等參數可以實時調節的新型超聲發生機構,選擇熔化極與非熔化極電弧回路,分別施加高頻連續交變信號和脈沖敲擊式信號,以不同的能量傳輸方式成功地實現了電弧超聲激發.對受激電弧的聲發射信號分析表明,從音頻到超聲頻帶,電弧聲發射與激勵頻率之間存在著線性響應和非線性響應特征.利用熔池簡化模型和振動方程,解釋了電弧超聲諧振波群的產生機理,預測了諧振頻帶的可能分布.這些特性對實現功率超聲“柔性控制”具有潛在的應用價值.
  關鍵詞 電弧超聲;頻率響應;諧振波列;振動方程
  分類號 TG 4

Frequent characteristic and resonant mechanism of arc-excited ultrasonic

WU Minsheng, ZHANG Chunlei, DUAN Xiangyang
Department of Mechanical Engineering,Tsinghua University, Beijing 100084, China

  Abstract For searching the principle of a new ultrasonic generating mechanism, the arc in the consumable and non-consumable electrode circuit was submitted to the excitation with high-frequent continuous alternative and chopping pulse current separately. The characteristic of linear and nonlinear responses between arc-excited ultrasonic emission and excited frequency was realized by the received signal from the acoustic to the ultrasonic spectrum. Both the resonance mechanism and the possible distribution of resonance frequency existing in the arc-excited ultrasonic were discussed by means of a simplified model of a welding pool and the vibration equation, which may be a potential advantage for realizing flexible control of power ultrasound.
  Key words arc-ultrasonic; frequent response; resonant wave train; vibration equation

  利用常規焊接電弧的負載特性,在維持正常燃弧工藝條件的基礎上對電弧施加激勵電流信號,人們已成功地激發出電弧超聲,并記錄了電弧超聲信號的一些主要特征[1].這些特征在不同試驗方案中的可再現性,證明了電弧超聲是一種有別于其他超聲發生機理的新方法.其主要特點在于,以電弧負載作為超聲發射機構,不僅具有寬譜頻率響應特性,而且具有頻率等參數實時可控特性.
  本文主要討論電弧超聲激勵試驗中出現的線性和非線性頻率響應特征,并借助簡化熔池模型和振動方程,對電弧超聲諧振波群的產生機理以及諧振頻率區間的可能分布進行定性分析.

1 電弧超聲頻率調制和能量傳輸方式

  為使激勵電弧超聲的實驗不失一般性,選擇熔化極活性氣體保護焊和非熔化極惰性氣體保護焊兩種典型的電弧形態,并采用了兩種不同的頻率調制激勵方案.在第一種方案中,對電弧的頻率調制采用了電磁耦合間接激勵方式.超聲激勵源通過并聯耦合的方式與常規CO2弧焊電源聯機.在第二種方案中,采用了對弧焊電源主電路直接激勵方式.激勵信號直接加到一種晶體管弧焊電源外特性控制電路中,并進行功率放大,產生的連續輸出高頻電流或具有一定重復頻率的脈沖電流直接疊加到電弧主電路中.聲發射信號的接收和存儲同文[2].
  采用電磁耦合間接激勵方式,激勵源自成回路,通過傳輸線把超聲能量耦合到電弧回路中.激勵源選取高頻功率開關器件,頻率調節范圍寬,且可以十分靈活地和各種電弧回路聯機試驗;缺點是傳輸線耦合存在阻抗匹配問題,傳輸效率較低.在直接激勵方式中,激勵源成為電弧控制電路的組成部分,激勵能量的傳輸效率很高,但由于電弧主回路的功率放大器件截止頻率所限,超聲激勵的頻率調節受到一定限制.這兩種激勵方式,都可以對電弧回路的輸出電流產生調制作用.與電弧電流的基值相比,激勵源對電弧電流幅度調制的深度很小,因此,對激發電弧超聲起主要作用的是頻率調制.

2 電弧超聲的頻率響應及其可控特性

  在施加激勵信號前的穩定燃弧過程中,基本接收不到規則的聲發射信號,即使在伴隨熔滴過渡的CO2氣體保護熔化焊過程中,聲發射探頭也僅接收到一些幅度很小的隨機信號.
  在穩定燃弧過程中加入激勵信號,在音頻波段從低頻開始向高頻波段調節.圖1是一組聲發射探頭和傳聲器所接收的電弧聲發射信號波形.圖中,F1、F2和F3對應的頻率分別約為1kHz,1．9kHz和5．0kHz,Ua代表聲發射信號幅值(下同).在音頻范圍內電弧對連續激勵的頻率響應基本上呈線性關系.采用敲擊式脈沖激勵的電流波形和電弧聲發射波形如圖2所示.激勵脈沖的重復頻率大致在100Hz上下.圖中,上方曲線代表弧焊電源輸出電流波形,從中可以看出所疊加的激勵脈沖電流; 下方是受激電弧的聲發射波形,與激勵信號脈沖之間存在一定的相位差.改變重復頻率,聲發射接收系統都記錄到相應頻率的聲發射信號.




圖1 在音頻范圍連續激勵方式下電弧聲發射波形




圖2 電弧對敲擊式脈沖激勵響應波形

  繼續提高激勵頻率進入超聲頻段(約高于15kHz)之后,所接收的信號表現出明顯的不連續特征.僅在某些特定的激勵頻帶記錄到了與激勵源同頻的超聲信號.根據這種現象,還不能斷定電弧對激勵頻率的響應存在某種“選擇性”.可以理解,隨著激勵頻率的提高,由于波前擴展的擴散損失和組織界面散射等原因,加劇了受激電弧聲發射信號的衰減,都有可能使聲發射探頭接收到的信號幅度減弱.
  然而,當激勵源頻率繼續提高到某些頻帶時,聲發射探頭接收到的信號幅度出現明顯的增大,如圖3所示.聲發射波形保持與激勵源相同的頻率,僅是出現約1/4周期的滯后相位差.在實驗所用的聲發射探頭上限頻率(100多kHz)內,記錄到若干段類似“諧振波列”的現象.在CO2氣體保護焊過程中記錄到的幾個“諧振波”中心頻率分別位于30kHz,50kHz和80kHz區間,“波列”帶寬約1kHz.采用直接激勵式的鎢極氬氣保護電弧試驗,也記錄到特征相同的電弧超聲諧振波,僅僅是中心頻率所在區間有所變化.置于電弧附近的高靈敏度駐極式傳聲器通過空氣介質同樣接收到這些諧振波.這種現象在不同試驗工藝條件所產生的不同電弧形態下,具有可再現性,說明電弧對激勵頻率存在非線性響應特點.




圖3 一組電弧超聲“諧振波群”

3 電弧超聲諧振機理探討

  在焊接過程中,電弧不僅是個熱源而且也是一個力源.在交變激勵電流作用下,電磁力、等離子流力、極性斑點壓力等電弧力的周期性波動在傳輸介質中激發超聲波.比較受激電弧聲發射在音頻和超聲頻帶的頻率響應特點,初步可以認定電弧超聲的諧振現象主要是連續變化的受激電弧作用力與熔池“受迫”振動之間產生的諧振.
  為了便于分析,對熔池形狀進行簡化,如圖4所示.圖中,R1(R2)、S1(S2)分別為熔池下(上)底面半徑、面積,F1(F2)、分別為作用在熔池下(上)底面的力和振動速度,l為熔池簡化模型中等效熔深.




圖4 簡化的熔池模型

  假定焊接電弧穩定燃燒時電弧力為F0,當對電弧施加某一頻率的激勵信號時,通過焊接電弧的電流值發生變化,作用到熔池上表面的電弧力為

               F2(t)=F0(1+Ω cosωt)              (1)

式中,Ω為調制指數,ω為調制角頻率.
  根據牛頓定律,熔池振動方程可表示為

                            (2)

式中,ρ為密度,ξ為位移,T為應力,Y為楊氏模量,.方程(2)的邊界條件為




根據連續位移條件,可以得到其解

                              (3)

在傳輸矩陣中,元素分別為






式中,k為角波數,k=ω/v, v為聲速.
  式(3)即為熔池中介質振動的傳輸公式,從中可了解熔池中力和振速的傳播情況.
  在實驗中,當施加的激勵信號頻率達到某一波段時,熔池端部有可能處于自由態,即滿足F1＝F2＝0,這是熔池產生共振的必要條件之一.
  由式(3)可知,對于某一“諧振頻率”,使得F1＝F2＝0,必須有B＝0.
  如令m=R1/R2, φ=kl=2πfl/v, η=m/(1-m)2,φ與激勵頻率成正比,η是與焊縫形狀有關的正的常系數.B＝0相當于

                 cotφ=φ-1+ηφ              (4)

式(4)為超越方程.其解示意圖見圖5.




圖5 超越方程解示意圖

  從圖5中可以看出,確實存在著許多離散分布的使熔池產生共振的諧振頻帶.此外,還可預測在大于100kHz的頻段中尚有多個“諧振頻帶”存在.顯然,隨著激勵頻率的提高,聲發射信號的接收也會愈來愈困難,必須通過其他手段來驗證.但受激電弧超聲發射原理的發現,以及對電弧超聲非線性頻率響應特點的探討,將為進一步發展一種功率調節靈活、頻率實時可控的“柔性功率超聲”方法及其工程奠定基礎.

4 結 論

  受激電弧超聲發射對于不同形態的電弧(熔化極和非熔化極電弧)以及不同的激勵源能量傳輸方式,都具有可以再現的若干共同規律; 對音頻到超聲頻帶的頻率響應,既存在線性響應區間,也存在非線性響應的若干諧振區間.對連續激勵電弧超聲過程中發現的諧振現象,借助熔池簡化模型和相應的振動方程解釋了可能的產生機理,并預測了諧振頻率的分布.

*基金項目:國家自然科學基金項目 (59775061)
第一作者:男, 1946年生, 教授
作者單位:清華大學 機械工程系, 北京 100084

謝謝指導,現在做co2波控的人不多了,都在等抄別人的,或翻別人的板子,這對焊機發展很不利.

最近看到剛測的焊接波形,有很多非正常短路,短路電流很小,時間很短,而且還連續短路好幾次,不知道是怎么原因,是不是熔池異常抖動造成的,原因是什么

真的是高人!!!

很難說清.
1:能把您的測試方法說一下嗎?如用的是那種議器,最高測試頻率,測試的位置在哪?[焊槍與接線端子不同].
2:一般來說要多種測試儀器一起用,如高速攝像[加紅色過濾片]與電子測試同步.
3:遠離有電磁干僥點.
4:測試源的準確性.....

你是調整了電子電抗器吧.

co2焊接時怎么才能把短路時刻精確測量到,以便實現可控波形控制

電弧電壓低于5V