current starts to decrease with a dropping slope K1. Because of
thermal inertia, the keyhole volume remains to expand slowly
even though both heat input and arc force associated with the
welding current start to drop during this stage. At instant t3, when
the keyhole size reaches the pre-set value to meet the desired
practical requirements of weld quality, the current decreases at a
steeper slope K2 (|K2|
>
|K1|), so that the keyhole stops expanding
but starts to close. At instant t4, the keyhole is completely closed,
and the efflux plasma voltage is zero. The current is switched to
base level IB at instant t5. After IB is applied for a pre-selected
period TB = t6 −
t5, the current is switched to the peak level IP
again to begin a new cycle. In this way, it can ensure the keyhole
establishing and full penetration but avoid burn-through defects.
To characterize the keyhole size and weld bead width at backside
of the workpiece, the average value (VEP) of efflux plasma
voltage (VE) from t2 to t3 in each cycle is used as the feedback signal
because it has been validated that the measured VEP is well
correlated with the weld bead width at backside of the workpiece
[28]. Take the average value of efflux plasma voltage (VEP) as the
controlled variable. Take the pulse current value (IP) and its two
dropping slopes (K1 and K2) as the controlling variables. Through
adjusting IP and K1 & K2, keep VEP within the preselected range so
that the weld penetration and weld bead width is controlled. The
PI (proportional and integral) controller is used to adjust IP and K1
& K2 according to the difference between the measured VEP and
setpoint ¯VEP .
To test the control effectiveness of the developed control system
further, a test plate with varied thickness is used, as shown in
Fig. 25. Because the plate thickness is gradually varied from 8 mm
to 4 mm, the welding process cannot maintain consistence if no
appropriate control action is applied. By employing the developed
system, the peak current and both its duration and dropping slopes
are able to make suitable adjustment based on the measured efflux
plasma voltage signal as the thickness varies along the welding
direction. Fig. 26 is the photograph of the weld appearance at both
topside and backside. It looks that the weld formation and penetration
are controlled very well, even if the plate thickness changes
so much.
To optimize this process variant-controlled pulse keyholing
PAW, theoretical and experimental work has been conducted to
Fig. 25. The test plate with varied thickness [29].
Fig. 26. The weld appearance at topside (a) and backside (b) of varied-thickness
workpiece [29].
understand its underlying physical mechanisms [54–56]. However,
further investigations are still needed to quantitatively analyze the
interactions between the weld pool and the dynamic keyhole as
well as the fluid flow and heat transfer inside the weld pool.
7. Summary and future work
In this review article, the state-of-the-art development in
sensing, monitoring, modeling and control of plasma arc welding
(PAW) processes is introduced. The technical characteristics and
advantages of PAW process are discussed. The main process parameters,
two modes of operation in PAW (melt-in and keyhole), and
the classification are given out. The keyhole mechanism and keyholing
process are described. Then, various sensing, measuring and
control methods of the keyhole status are reviewed. To seek deep
insight into the process mechanism, mathematical modeling of the
PAW process is essential. The modeling and simulation progress
on the keyhole evolution and its interaction with the weld pool is
surveyed, and some examples of the predicted heat transfer and
fluid flow in PAW are demonstrated. Finally, the controlled pulse
keyholing PAW process is introduced.
Because PAW process is non-linear, dynamic and complex systems
which has multiple inputs, multiple outputs, and multiple
disturbances, an output is typically affected by more than one input
or may even be affected by another output [57]. This coupling characteristic
and the involved large number of process parameters
require that multiple sensors be integrated to monitor multiple
variables during the welding processes. Vision-based imaging of
keyhole and weld pool should be combined with the sensing of the
electrical signals (such as the efflux plasma voltage). The information
from multi-sensors should be integrated and fused to describe
the dynamics of both weld pool and keyhole so that weld quality
is effectively controlled. Furthermore, modeling and simulation
of the coupled fluid flow and heat transfer in both the plasma arc
and the weld pool should be conducted to deal with the interaction
between the plasma arc and keyhole wall inside the weld pool.
Acknowledgment
The authors are grateful to the financial support for this research
from the National Natural Science Foundation of China (Grant No.
50936003).
current starts to decrease with a dropping slope K1. Because of
thermal inertia, the keyhole volume remains to expand slowly
even though both heat input and arc force associated with the
welding current start to drop during this stage. At instant t3, when
the keyhole size reaches the pre-set value to meet the desired
practical requirements of weld quality, the current decreases at a
steeper slope K2 (|K2|
>
|K1|), so that the keyhole stops expanding
but starts to close. At instant t4, the keyhole is completely closed,
and the efflux plasma voltage is zero. The current is switched to
base level IB at instant t5. After IB is applied for a pre-selected
period TB = t6 −
t5, the current is switched to the peak level IP
again to begin a new cycle. In this way, it can ensure the keyhole
establishing and full penetration but avoid burn-through defects.
To characterize the keyhole size and weld bead width at backside
of the workpiece, the average value (VEP) of efflux plasma
voltage (VE) from t2 to t3 in each cycle is used as the feedback signal
because it has been validated that the measured VEP is well
ความสัมพันธ์กับเชื่อมลูกปัดความกว้างที่ด้านหลังของชิ้นงาน
[ 28 ] มีค่าเฉลี่ยการใช้พลาสมาแรงดัน ( vep )
ควบคุมตัวแปร จับชีพจรค่าปัจจุบัน ( IP ) และสองวางลาด ( K1 และ K2
) เมื่อควบคุมตัวแปร โดย
ปรับ IP และ& K1 K2 ให้ vep ภายในช่วงไว้ล่วงหน้าแล้วว่า การเจาะและความกว้าง
เชื่อมเชื่อมลูกปัดที่ควบคุมอยู่
PI (proportional and integral) controller is used to adjust IP and K1
& K2 according to the difference between the measured VEP and
setpoint ¯VEP .
To test the control effectiveness of the developed control system
further, a test plate with varied thickness is used, as shown in
Fig. 25. Because the plate thickness is gradually varied from 8 mm
to 4 mm,งานเชื่อมกระบวนการรักษาความมั่นคงไม่ได้ ถ้าไม่ควบคุมการกระทำ
เหมาะสมใช้ . โดยใช้ระบบพัฒนา
, สูงสุดในปัจจุบัน และทั้งระยะเวลาและการลาด
สามารถปรับให้เหมาะสมตามวัดแรงดันสัญญาณ เช่น การ
พลาสมาความหนาแตกต่างกันไปตามแนวเชื่อม
ทิศทาง 26 รูปที่เป็นภาพถ่ายในลักษณะที่เชื่อมทั้ง
ด้านบน และด้านหลัง ดูที่เชื่อมการก่อตัวและการเจาะ
ถูกควบคุมอย่างดี ถ้าความหนาของแผ่น
การเปลี่ยนแปลงมาก เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการนี้ตัวแปรควบคุมชีพจร keyholing
อุ้งเชิงทฤษฎีและทดลองทำงานมีวัตถุประสงค์เพื่อ
25 มะเดื่อ . แผ่นทดสอบที่มีความหนาแตกต่างกัน [ 29 ] .
26 มะเดื่อ . ลักษณะที่เชื่อมประสานงาน ( ) และด้านหลัง ( B )
ความหนาแตกต่างกันชิ้นงาน [ 29 ] .
เข้าใจกลไกทางกายภาพ– 56 [ 54 ] อย่างไรก็ตาม การสอบสวนเพิ่มเติมยังเป็น
โดยวิเคราะห์ปฏิสัมพันธ์ระหว่างเชื่อมสระและรูกุญแจแบบไดนามิกที่
รวมทั้งการไหลของของไหลและการถ่ายเทความร้อนภายในเชื่อม Pool .
7 สรุปและ
งานในอนาคตในบทความนี้ตรวจสอบสถานะของการพัฒนาใน
การตรวจจับ , การตรวจสอบ ,การสร้างแบบจำลองและการควบคุมของอาร์คพลาสมา
( ตีน ) กระบวนการที่เป็นที่รู้จัก ลักษณะทางเทคนิคและ
ข้อดีของกระบวนการอุ้งเท้าจะกล่าวถึง กระบวนการหลักพารามิเตอร์
สองโหมดของการดำเนินการในอุ้งเท้า ( ละลายในรูกุญแจ ) และ
การจำแนกจะได้รับออก รูกุญแจและกลไก keyholing
กระบวนการที่อธิบายไว้ แล้วภาพต่าง ๆ , วัดและ
control methods of the keyhole status are reviewed. To seek deep
insight into the process mechanism, mathematical modeling of the
PAW process is essential. The modeling and simulation progress
on the keyhole evolution and its interaction with the weld pool is
surveyed, and some examples of the predicted heat transfer and
fluid flow in PAW are demonstrated. Finally, the controlled pulse
กระบวนการ keyholing อุ้งเท้าเป็นที่รู้จัก เพราะกระบวนการอุ้งเท้าเป็น
ไม่เชิงเส้นแบบไดนามิกและซับซ้อนระบบ
ซึ่งมีหลายปัจจัย หลายเอาท์พุท และหลาย
รบกวน , output โดยทั่วไปจะได้รับผลกระทบมากกว่าหนึ่งใส่
หรืออาจได้รับผลกระทบจากผลผลิตอีก [ 57 ] นี้การเชื่อมต่อลักษณะ
และที่เกี่ยวข้องจำนวนมากของพารามิเตอร์ของกระบวนการ
ต้องเซนเซอร์หลายตัวสามารถบูรณาการการตรวจสอบตัวแปรหลาย
ในระหว่างเชื่อมกระบวนการ วิสัยทัศน์ตามรูกุญแจ และสระด้วย
เชื่อมควรรวมกับสัมผัสของ
สัญญาณไฟฟ้า ( เช่น การพลาสมาแรงดัน ) ข้อมูล
จากหลายเซ็นเซอร์ควรจะบูรณาการและผสมเพื่ออธิบาย
พลวัตของทั้งสองเชื่อมสระและรูกุญแจเพื่อ
คุณภาพเชื่อมได้อย่างมีประสิทธิภาพการควบคุม นอกจากนี้ แบบจำลอง
ของคู่การไหลของของไหลและการถ่ายโอนความร้อนทั้งในพลาสมาอาร์ค
และเชื่อมกลางแจ้งควรจะดำเนินการเพื่อจัดการกับการปฏิสัมพันธ์ระหว่างพลาสมาอาร์ค
และผนังรูกุญแจภายในเชื่อมระ รับทราบ
ผู้เขียนซาบซึ้งถึงการสนับสนุนทางการเงินสำหรับการวิจัย
จากธรรมชาติ มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติจีน ( ให้เปล่า
50936003 )
การแปล กรุณารอสักครู่..
