伺服控制系统在钛焊接中的应用

中图分类号：TP 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）01-0088-01

摘要：钛已成为继铁、铝之后崛起的“第三金属”。但一段时间内，我国钛及钛合金的生产过程中，焊接技术大多是手工操作，劳动强度大、危险性高而且效果不是很理想，还经常造成钨极夹杂。结合焊接工艺和数字交流伺服系统的控制知识，实现了伺服系统对真空等离子焊接的控制。其焊接质量良好而且保证了焊接过程的连续性。

关键词：钛 伺服系统 焊接 控制

钛与其他金属比较，具有密度小、强度大、不倒磁、无毒、耐高温、腐蚀的特点。比如，钛的密度接近普通不锈钢的一半，但强度却优于普通不锈钢，钛合金强度非常高；在600度的高温下，钛合金可以依然保持刚性；氧化后的纯钛，会产生致密的氧化膜，它具有耐腐蚀的特点，特别是在在海水中，效果明显；钛不倒磁，在军事上可以防止磁性水雷。钛无毒、且密度接近与人骨。在医学上，已被植入人体，与人体内不发生排斥反映。也可用于制造人造关节、烤瓷牙等。

钛的优点使得人们越来越重视它的应用。但对于钛材的焊接，由于易受氧、氢、氮等杂质的污染，目前生产上，主要采用氩弧焊、埋弧焊、电子束焊等焊接方法。这些焊接工艺往往大多采用手工操作，劳动强度大、且具有危险性。焊接质量与焊工的技能息息相关，往往人工成本很高。而通过对于焊接工艺和数字交流伺服系统的结合，就在降低人工成本的同时，提高附加值并保证焊接质量。

在焊接工艺中，一旦焊接工艺参数、焊接方法确定后，焊接质量就主要取决于焊工的个人技能，对于焊接火候的把握。在焊接技术中，焊枪的位置精度尤为重要。所以，选用可靠、精准的控制系统对于控制焊枪定位的准确起着关键的作用。

我们知道，开环控制与闭环控制比较，由于没有反馈，精确性远逊于闭环控制。所以，对于控制系统必须采用闭环控制。而焊接是连续过程，要实现对其连续、精确、自动的控制，结合目前较成熟的控制技术。我们认为数字化伺服系统具备以上要求，且应用广泛。

数字化伺服系统具有以下优点：

（1）调试方便 易于升级 由于使用了CPU，可编程能力强，系统的控制策略及有关功能均可由软件编程实现，改变系统的控制功能只需要更换程序存储器即可，就能升级换代。

（2）稳定性好 由于采用以CPU为核心的数字器件，与以运算放大器、阻容电路为主的模拟伺服系统相比，数字交流伺服系统可有效控制元件温漂等因素，保证了参数性能的稳定性。

（3）可操作性强 键盘、鼠标输入设备及数码管（或液晶显示器）人机界面的配备，使数字交流伺服系统指令输入及参数调整方便，系统运行状况实时显示，利于操作。

（4）系统性能提高 控制性能由软件来实现，许多先进的控制策略及算法（如自适应控制、自动增益调整等）能够得以实现，提高了性能。

（5）维护方便 用户可根据数字系统自诊断结果，快速判断和排除出现的故障。

数字化伺服系统主要由伺服驱动器、伺服电机、触摸屏（或PC）等构成。

伺服驱动器是整个系统的大脑，控制中心，负责收集反馈信号，并发出调整位移信号。伺服驱动器比较来自PID 控制模块的响应输出信号和PLC 中的模拟信号的差值。按照位移传感器及电压变送器反馈的信号实际变化，驱动伺服电机对焊枪位置进行调整。

伺服电机是整个系统的执行者，负责对焊枪位置及时、准确的定位。

触摸屏（或PC）则是人机界面，是整个系统的输入和输出接口，是我们控制、调整工艺参数的接口。

伺服系统配上通讯接口还可以实现信息的远传。

伺服控制系统在钛焊接中的应用，不仅克服了手工焊接质量的波动、降低了焊接成本、提高了生产效率，而且可以实现实时监控、数字信号远传、远程控制的目的。在现实生产中，有着广阔的应用空间。

参考文献：

[1]施仁.自动化仪表与过程控制[M].电子工业出版社.2003.3.

[2]刘胜等.现代伺服系统设计[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社.2001.