【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 斷發(fā)展，等離子焊接技術(shù)得到了相當(dāng)大的發(fā)展，在自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上，整個(gè)焊接過程的監(jiān)控正朝著智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。 TIG焊（惰性氣體鎢極保護(hù)焊）氣體保護(hù)焊是利用外加氣體作為保護(hù)介質(zhì)的一種電弧焊方法，其優(yōu)點(diǎn)是電弧和熔池可見度好，操作簡(jiǎn)便，很少或幾乎不產(chǎn)生熔渣，也不需要在焊后清理熔渣。但在室外作業(yè)時(shí)需采取專門的防風(fēng)措施。 氣體保護(hù)焊可分為不熔化極（鎢極）氣體保護(hù)焊和熔化極氣體保護(hù)焊。不熔化極（鎢極）氣體保護(hù)焊包括等離子弧焊、鎢極惰性氣體保護(hù)焊和原子氫焊。目前生產(chǎn)中已經(jīng)很少采用原子氫焊；等離子弧焊將在下一節(jié)介紹；本節(jié)內(nèi)容僅限于鎢極惰性氣體保護(hù)焊。 鎢極惰性氣體保護(hù)焊英文簡(jiǎn)稱TIG（Tungsten Inert Gas Weiding）焊。它是在惰性氣體的保護(hù)下，利用鎢電極與工件間產(chǎn)生的電弧熱熔化母材和填充焊絲的一種焊接方法。在焊接的時(shí)候，焊槍的噴嘴中噴出保護(hù)氣體，并在電弧外形成氣體保護(hù)層從而隔絕空氣，從而可獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫。氬氣、氦氣或氬氦混合氣體都可作為氣體保護(hù)層的氣體。用氬氣作為保護(hù)氣體的稱為鎢極氬弧焊，用氦氣的稱鎢極氦弧焊，由于氦氣價(jià)格比較昂貴，在焊接上鎢極氬弧焊的應(yīng)用要比氦弧焊廣泛得多。 等離子焊接的原理等離子焊接是TIG焊的升級(jí)。等離子焊接又稱等離子弧焊焊接，等離子弧焊是借助水冷噴嘴對(duì)電弧的拘束作用，獲得較高能量密度的等離子弧進(jìn)行焊接的方法。等離子弧焊的作用方式是電極和焊件之間的壓縮電弧(轉(zhuǎn)移電弧)來進(jìn)行焊接的，它是一種不熔化、極電弧焊。鎢極是最常用的電極，氬氣、氦氣、氮?dú)饣蛘哌@幾種氣體的混合氣都可作為產(chǎn)生等離子弧的等離子氣，同時(shí)噴嘴噴出惰性氣體用來保護(hù)等離子氣。焊接時(shí)可以外加填充金屬，也可以不加填充金屬。等離子弧焊焊接的特點(diǎn)是電弧穿透力強(qiáng)，因?yàn)槠潆娀∧芰棵芏却蟛⑶彝χ?。等離子弧焊焊接時(shí)能產(chǎn)生的小孔效應(yīng)，對(duì)于一定厚度范圍內(nèi)的大多數(shù)金屬可以進(jìn)行I形坡口對(duì)接，并能保證熔透和焊縫均勻一致。因此，等離子弧焊的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率高、焊接質(zhì)量好。但等離子弧焊設(shè)備比較復(fù)雜，對(duì)焊接參數(shù)的控制要求高。 TIG焊可焊接的大多數(shù)金屬，都可用等離子弧焊進(jìn)行焊接。與之相比，對(duì)于1mm以下的極薄金屬的焊接，用等離子弧焊較易進(jìn)行。 等離子焊接：PIG焊的升級(jí) 等離子焊接的特點(diǎn)等離子焊接與TIG焊十分相似，它們的電弧都是在尖頭的鎢電極和工件之間形成的。但是，通過在焊炬中安置電極，能將等離子弧從保護(hù)氣體的氣囊中分離出來，隨后推動(dòng)等離子通過孔型良好的銅噴管將弧壓縮。通過改變孔的直徑和等離子氣流速度，可以實(shí)現(xiàn)三種操作方式：微束等離子：～15A 在很低的焊接電流下，也能使用微束等離子弧。即使在弧長(zhǎng)變化不超過20mm時(shí)，柱狀弧仍能保持穩(wěn)定。中等電流：15A～200A 在較大的15A～200A電流下，等離子弧的過程特點(diǎn)與TIG弧相似，但由于等離子被壓縮過，弧更加挺直。雖然可提高等離子氣流速度來增加焊接熔池的度深，但會(huì)造成在紊亂的保護(hù)氣流中，混入空氣和保護(hù)氣體的風(fēng)險(xiǎn)。小孔型等離子：大于200A 通過增加焊接電流和等離子氣流速度，可產(chǎn)生強(qiáng)有力的等離子束，與激光或電子束焊接一樣，它能夠在材料上形成充分的熔深。焊接時(shí)，隨著焊接熔池的流動(dòng)，金屬穿過小孔被切割后在表面張力作用下形成焊道。單道焊時(shí)，該過程可用于焊接較厚的材料（厚度不超過10mm的不銹鋼）。 真空等離子焊接的功率由于等離子電弧的能量密度非常高，溫度及剛直性（能量密度可達(dá)10000w/平方厘米到100000w/平方厘米，弧柱中心溫度可達(dá)18000K到24000K以上，焰流速度可達(dá)250m/s以上），等離子電弧具有以下優(yōu)點(diǎn)： 　?。?）能量密度很大，穿透能力強(qiáng)，電弧方向性強(qiáng)，在相同的情況下，等離子焊接速度要比鎢極氬弧焊快的多?！　。?）焊縫質(zhì)量對(duì)弧長(zhǎng)的變化不敏感。這是由于等離子弧的發(fā)散角很小，形態(tài)接近圓柱形，加熱斑點(diǎn)的面積因?yàn)榛￠L(zhǎng)的變化對(duì)其產(chǎn)生的影響很小，很容易獲得很好焊縫形狀和焊接質(zhì)量。電弧的斷面變化在20%時(shí),鎢極氬弧焊的焊炬高度在177。,而等離子焊接在177。，這對(duì)保證焊縫的成形和均勻質(zhì)量都十分有利?！　。?）焊縫金屬產(chǎn)生夾鎢的現(xiàn)象可以很好的解決，這是由于鎢極在噴嘴內(nèi)部，不與工件接觸。此外，電弧的攪動(dòng)性和熔池溫度也對(duì)釋放熔池內(nèi)氣體很有利。　?。?）等離子電弧在電流很小時(shí)仍能保持穩(wěn)定，這是由于熱電離度較高和壓縮效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)所致?！　。?）焊縫的深寬比大,熱影響區(qū)小,適合焊接某些可焊性差的材料和雙金屬等。　?。?）焊接成本低，與一般氬弧焊相比，可省電1/3～1/2,省氣1/2～2/3，且在焊接厚度較小的情況下，無需填絲。根部焊道手工電弧焊接手式TIG焊接等離子焊接(PAW)板材焊前準(zhǔn)備坡口+鈍邊坡口+鈍邊無需坡口+鈍邊裝配相對(duì)困難（間隙）困難（小間隙）容易焊工技術(shù)要求熟練熟練一般焊接速度非常慢非常慢相當(dāng)快操作難度困難非常困難較容易焊后質(zhì)量好/但外觀不美好極好特別問題焊條過熱，質(zhì)量難以控制，工件變形焊工易疲勞，質(zhì)量難以控制，工件變形無 幾種焊接方式的比較 真空等離子焊接的工藝流程與工作原理真空等離子焊接系統(tǒng)的主要構(gòu)件是真空焊箱。真空焊箱包括爐室、真空系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、觀察系統(tǒng)、焊接電源和焊槍系統(tǒng)、爐內(nèi)移動(dòng)臺(tái)車和夾具、氬氣流量控制系統(tǒng)等。爐室為兩端設(shè)有爐門的不銹鋼結(jié)構(gòu),。前后爐門均用氣動(dòng)夾具鎖緊進(jìn)行打開和閉合,從而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行連鎖式控制,也方便對(duì)爐室的清掃和裝出爐,為了保證爐內(nèi)的真空，在關(guān)閉前爐門的時(shí)候，爐體上有四個(gè)氣缸將爐門拉緊。中間有兩個(gè)等離子槍接口和抽真空設(shè)備的接口,。爐體上設(shè)有焊接觀察窗。工作原理:首先按照工藝要求把電極放到夾具上進(jìn)行組合,然后鎖緊夾具。把裝好組合電極的夾具放到爐內(nèi)臺(tái)車上,關(guān)上爐室抽成真空。當(dāng)爐室內(nèi)壓力小于6Pa時(shí),停止抽真空,并充入氬氣,直到爐內(nèi)氬氣壓力達(dá)到大概600 Pa時(shí),在水冷、銅制焊槍中通入氬氣,然后控制焊槍自身的正極弧,起弧后焊槍周圍的氬氣會(huì)被電離并形成等離子體,此時(shí)焊接電源切換電流通路，焊槍為負(fù)極、夾具為正極的,夾在夾具上的電極塊在等離子弧的高溫加熱下被熔化。在整個(gè)焊接過程中,通過爐內(nèi)臺(tái)車的縱向運(yùn)動(dòng)、夾具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和焊槍的上下運(yùn)動(dòng)的配合來實(shí)現(xiàn)電極的焊接。 真空等離子焊接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 針對(duì)真空等離子焊接系統(tǒng)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)研究 真空等離子焊接系統(tǒng)的硬件連接分析。該系統(tǒng)采用西門子S7300PLC，上位硬件采用研華工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)各參量的記錄、監(jiān)控、設(shè)置等功能。通過現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)，將控制系統(tǒng)和焊接系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)組成PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備之間的聯(lián)絡(luò)，并將這些設(shè)備的故障監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸。 真空等離子焊接系統(tǒng)控制圖5 軟件設(shè)計(jì) 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) “組態(tài)王”是在PC機(jī)上建立工業(yè)控制對(duì)象人機(jī)接口的一種智能軟件包，它的操作系統(tǒng)平臺(tái)為Windows98/Windows2000/Windows ，它具有圖形功能完備，易學(xué)易用，界面友好的特點(diǎn)。該軟件包由工程瀏覽器、工程管理器、畫面運(yùn)行系統(tǒng)三部分組成。 本課題中采用的是MPI通訊卡通訊方式，一般適用于一臺(tái)PC和多個(gè)PLC進(jìn)行通訊的場(chǎng)合；或者多臺(tái)PC和PLC進(jìn)行連接。安裝STEP7Micro/WIN32和STEP7 +ServicePack5,運(yùn)行PG/PCinterface parameterisation，將用戶界面配置為CP5611（MPI）方式。在組態(tài)王中的具體設(shè)計(jì)如圖11所示： 組態(tài)王連接設(shè)置圖（a） 組態(tài)王連接設(shè)置圖（b）并設(shè)定如下通訊參數(shù)：波特率9600bps，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，偶校驗(yàn)。在設(shè)定PLC有效地址時(shí)小數(shù)點(diǎn)前面的數(shù)字為有效地址PLC的地址（即站號(hào)），小數(shù)點(diǎn)后為數(shù)字2，～，其中PLC的地址可通過編程軟件STEP7設(shè)置來實(shí)現(xiàn)[14]。 在組態(tài)王的數(shù)據(jù)字典中定義相關(guān)變量，選擇變量類型為I/O型，并選擇連接設(shè)備和所訪問的寄存器名及寄存器類型。將制作好的畫面進(jìn)行動(dòng)畫連接，即可建立實(shí)時(shí)通訊，得到一個(gè)反應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控畫面。 真空等離子