開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇自動焊接技術(shù)論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。

第1篇

論文關鍵詞：自動焊接,數(shù)學模型,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、適應先進制造技術(shù)的發(fā)展要求，實現(xiàn)焊接自動化生產(chǎn)已經(jīng)成為必然的趨勢。本研究課題針對目前在實際生產(chǎn)中復雜空間取消焊縫焊接任務所占比重較大、而且難以人工焊接實現(xiàn)，以及國內(nèi)相關技術(shù)研究較少的現(xiàn)狀，對多功能自動焊接伺服控制技術(shù)進行了研究。

1自動焊接開放式數(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)是一個結(jié)構(gòu)開放，功能模塊化、標準化性能強大的焊接數(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，從而建立一個統(tǒng)一的可重構(gòu)的系統(tǒng)平臺，增強系統(tǒng)的柔性。同時，自動焊接開放式數(shù)控系統(tǒng)具備以下有點：成本低，軟件開發(fā)環(huán)境完備，軟件資源豐富，可移植性可擴展性互補性均較好等。

本文所設計的自動焊接機床，可焊接多種類型的工件，實時控制系統(tǒng)各模塊之間保留了統(tǒng)一的接口，根據(jù)用戶的需要可隨時添加所需的模塊，既滿足了用戶的需要，又提高了該機床的實用性。

2 設計

2.1機床本體的設計

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

2.2構(gòu)建伺服控制硬件系統(tǒng)

該機床利用計算機和普通的I/O卡加步進電機和驅(qū)動器構(gòu)成伺服控制系統(tǒng)。采用“通用I/O卡+專用計算機軟件”來實現(xiàn)對步進電機的控制，不僅經(jīng)濟實惠，而且具有非常好的靈活性和友好的軟件用戶界面，必要的時候可以實現(xiàn)一臺電腦同時對幾十個步進電機的直接控制，或發(fā)揮它的網(wǎng)絡功能應用于復雜的工程系統(tǒng)控制。采用通用“I/O卡+專用計算機軟件”控制的步進電機的數(shù)量取決于I/O卡的位數(shù)和驅(qū)動器所需的控制信號數(shù)。通常情況下，步進電機驅(qū)動器的細分設置由硬件來完成，所以一般的驅(qū)動器只需要兩個信號：脈沖信號和正反轉(zhuǎn)信號，當需要實現(xiàn)軟件方式控制驅(qū)動器的細分數(shù)時，還需要細分控制信號。系統(tǒng)各部件原理如圖1所示。輸入設備包括鍵盤、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，因此最多可以同時控制五個步進電機，其中三個采用75BF001型號，分別控制X、Y、Z三個方向的位移，保持轉(zhuǎn)矩為0.39N*m，最大相電流3A，步距角1.5度，空載啟動頻率為1.75Hz。

3 關鍵技術(shù)及實現(xiàn)

3.1建立三維空間中的數(shù)學模型及插補算法

在機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動從而實現(xiàn)相貫線焊縫的焊接就成為需重點解決的問題。本文采取了首先建立數(shù)學模型，并在保證插補誤差和焊接精度的基礎上，將工件相交而成的連續(xù)焊縫采用等時間間隔的插補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算法轉(zhuǎn)換成可以通過開關量卡發(fā)送的脈沖數(shù)據(jù)，最終控制步進電機驅(qū)動執(zhí)行機構(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)學模型的建立：

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

其中，θ是支管上的旋轉(zhuǎn)角。

完成實時焊接的伺服控制的首要任務就是對焊接軌跡進行插補運算。插補就是按給定曲線生成相應逼近軌跡的方法，其實質(zhì)是對給定曲線進行數(shù)據(jù)點的密化。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，這種插補方法的計算簡單，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 自動焊接軟件系統(tǒng)平臺的開發(fā)

該系統(tǒng)的精插補過程由軟件和硬件共同實現(xiàn)，由軟件計算出控制信號的輸出時間間隔和應該向步進電機發(fā)送的高低電平數(shù)據(jù)，由硬件接口板實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸出。編制運動控制軟件實現(xiàn)精插補的過程有兩個關鍵環(huán)節(jié)：一是如何得到比較精確的延時時間間隔；二是如何將單個電機的控制脈沖序列進行合并，最終實現(xiàn)自動焊接機床五個軸的聯(lián)動。本研究利用Delphi軟件構(gòu)建操作軟件系統(tǒng)平臺，以界面友好為設計目標，按照功能進行模塊化設計，實現(xiàn)自動焊接數(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

本文所設計自動焊接數(shù)控機床是采用步進電機作為驅(qū)動源，與相應的驅(qū)動電路結(jié)合組成的開環(huán)控制系統(tǒng)。在步進電機驅(qū)動系統(tǒng)中，影響伺服精度的主要因素有以下幾個方面： 步進電機誤差、齒隙誤差、導軌誤差及熱變形影響等。

對于步進電機誤差可采取減小步距角的方法來改善。當傳動比一定時，隨著步距角的減小，脈沖當量也隨之減小，從而提高機床的精度。當電機選定之后，驅(qū)動器細分電路可進一步降低機床的脈沖當量，當步進電機運行在細分模式下時，步距角顯著減小，轉(zhuǎn)子達到新的穩(wěn)定點之后所具有的動量變小，振動變小，提高了步進電機低速段運行的平滑性；在軟件方面，通過對插補周期和插補步長的控制，使步進電機的運行頻率盡量避開其低頻振蕩區(qū)間，保證步進電機的運行平穩(wěn)性。

對于齒隙誤差，主要采取以下兩種改善措施：將中心距設計為可調(diào)機構(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。可通過提高導軌精度來改善導軌誤差。

參考文獻

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[2] 佟欣，焊接自動化技術(shù)的開發(fā)[J]，焊接技術(shù)，2000。

[3] 周驥平，林崗，機械制造自動化技術(shù)[M]，北京：機械工業(yè)出版社，2001。

第2篇

【關鍵詞】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)標準《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)，雖然其具有造價低、用鋼省等優(yōu)點，但其應用范圍和技術(shù)上還有待進一步研究和完善。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)達國家還有較大差距。在高層鋼框架結(jié)構(gòu)施工領域，技術(shù)水平高、管理能力強的建筑企業(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。

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、壓型鋼板的鋪設等工序，但在鋼結(jié)構(gòu)施工的同時往往要穿插土建、機電等部分的施工。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。其主要特點有：

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。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)件微小的偏移會造成上部很大的變位，極大地改變結(jié)構(gòu)的受力，影響設計效果，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，要采取人工措施給焊接創(chuàng)造條件，比如焊條的預熱、鋼板的預熱加溫等。

2.1.3 鋼結(jié)構(gòu)安裝對起重、運輸?shù)葯C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計承載力相吻合，鋼構(gòu)件在運輸、堆放、起吊、就位及安裝過程中，要按事先模擬設計的條件進行。

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

2.1.5 高層鋼框架結(jié)構(gòu)安裝工程量大，構(gòu)件多，現(xiàn)場往往必須設置臨時堆放場地及相應的中轉(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。二者可能單獨出現(xiàn)，但更多地是組合出現(xiàn)。它們都會影響結(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，但相關的論文分析也多以靜態(tài)、局部的分析為主，如針對于某個焊接面或焊接構(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、建設工期短、綠色、環(huán)保等優(yōu)點，所以在工業(yè)與民用建筑中廣泛應用。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)建設的高速度，但是鋼結(jié)構(gòu)在焊接時產(chǎn)生的變形問題，也會極大地影響鋼結(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，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；當焊縫布置不對稱時，則還會產(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，只要施焊程序合理，則只產(chǎn)生線性縮短；當焊縫截面重心偏離接頭截面重心時，則還會產(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，都會造成焊接變形大；自動焊接的變形較小，但焊接厚鋼板時，自動焊比手工焊的焊接變形稍大；多層焊時，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，應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，應先焊短，后焊長；先焊立，后焊平；先焊對接縫，再焊搭接縫，應從中間到兩邊，從里到外焊接。集中的焊縫應采用跳焊法，長焊縫采用分段退步焊和對稱焊接法。

3.3.2 機械矯正法

機械矯正法是利用機械力的作用，以矯正焊接變形，常采用撐直機、壓力機、千斤頂及各種小型機具頂壓矯正構(gòu)件變形。矯正時，將構(gòu)件變形部位放在兩支撐之間，對準構(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)件按照預定的方向發(fā)生變形，從而達到矯正的目的。

3.3.4 剛性固定法

焊接時在平臺上或在重疊的構(gòu)件上設置夾具固定構(gòu)件，增加剛性后，再進行焊接，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，但這種方法只適應塑性較好的低碳結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼，不適應中碳鋼和可焊性更差的鋼材，因為焊接應力常使焊件產(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的模糊性和不確定性，本論文重點對高層鋼框架結(jié)構(gòu)的焊接施工工藝進行了分析研究，詳細探討了焊接變形的原因及其矯正措施，對于進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時間。

參考文獻：

[1]日本.渡邊幫夫等著.鋼結(jié)構(gòu)設計與施工[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2000.