開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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篇自動焊接技術論文，希望這些內容能成為您創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,數學模型,控制

為保證焊接產品質量的穩定性、提高生產效率、適應先進制造技術的發展要求，實現焊接自動化生產已經成為必然的趨勢。本研究課題針對目前在實際生產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，以及國內相關技術研究較少的現狀，對多功能自動焊接伺服控制技術進行了研究。

1自動焊接開放式數控系統

基于開放式數控系統的焊接數控系統是一個結構開放，功能模塊化、標準化性能強大的焊接數字化系統，將改變傳統的焊接數控系統結構封閉的局面，解決變化頻繁的需求與封閉控制系統之間的矛盾，從而建立一個統一的可重構的系統平臺，增強系統的柔性。同時，自動焊接開放式數控系統具備以下有點：成本低，軟件開發環境完備，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，實時控制系統各模塊之間保留了統一的接口，根據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)、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)自動焊接實現為目標，研制開發一臺可實現五軸聯動的多功能自動焊接床的機械及伺服執行機構。

2.2構建伺服控制硬件系統

該機床利用計算機和普通的I/O卡加步進電機和驅動器構成伺服控制系統。采用“通用I/O卡+專用計算機軟件”來實現對步進電機的控制，不僅經濟實惠，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一臺電腦同時對幾十個步進電機的直接控制，或發揮它的網絡功能應用于復雜的工程系統控制。采用通用“I/O卡+專用計算機軟件”控制的步進電機的數量取決于I/O卡的位數和驅動器所需的控制信號數。通常情況下，步進電機驅動器的細分設置由硬件來完成，所以一般的驅動器只需要兩個信號：脈沖信號和正反轉信號，當需要實現軟件方式控制驅動器的細分數時，還需要細分控制信號。系統各部件原理如圖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 關鍵技術及實現

3.1建立三維空間中的數學模型及插補算法

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換成可以通過開關量卡發送的脈沖數據，最終控制步進電機驅動執行機構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軸轉動，通過這五個軸向的運動控制，就可實現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，其實質是對給定曲線進行數據點的密化。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 自動焊接軟件系統平臺的開發

該系統的精插補過程由軟件和硬件共同實現，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送的高低電平數據，由硬件接口板實現數據的輸出。編制運動控制軟件實現精插補的過程有兩個關鍵環節：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，最終實現自動焊接機床五個軸的聯動。本研究利用Delphi軟件構建操作軟件系統平臺，以界面友好為設計目標，按照功能進行模塊化設計，實現自動焊接數據處理、制等需要的各種操作。

4 系統精度的分析與改善

本文所設計自動焊接數控機床是采用步進電機作為驅動源，與相應的驅動電路結合組成的開環控制系統。在步進電機驅動系統中，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，轉子達到新的穩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間，保證步進電機的運行平穩性。

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機構，調節中心距消除齒隙；雙片齒輪加載扭簧消除齒輪本身誤差引起的間隙?？赏ㄟ^提高導軌精度來改善導軌誤差。

參考文獻

[1] 鄒增人，焊接材料、工藝及設備手冊[M]，北京：化學工業出版社，2001。

[2] 佟欣，焊接自動化技術的開發[J]，焊接技術，2000。

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

第2篇

【關鍵詞】高層鋼框架結構；施工工藝；焊接變形

1引言

高層結構的行業標準《高層民用建筑鋼結構技術規程》雖然已經頒布，但在我國，真正意義上的純鋼結構高層建筑采用的仍較少，普遍采用的是鋼框架-混凝土核心筒結構，雖然其具有造價低、用鋼省等優點，但其應用范圍和技術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、規格和質量水平上和發達國家還有較大差距。在高層鋼框架結構施工領域，技術水平高、管理能力強的建筑企業很少，鋼框架結構施工成套技術尚處于完善階段。為此，有必要加強對高層框架結構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點。

2高層鋼框架結構施工工藝及其變形分析

2.1 鋼框架結構施工特點分析

鋼框架結構施工技術，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，但在鋼結構施工的同時往往要穿插土建、機電等部分的施工。鋼框架結構的施工必須要與土建等其它單位進行密切配合，做到統籌兼顧，才能高效、高質地完成施工任務。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。在高層鋼框架結構安裝中，由于體型大，誤差積累將非常顯著，柱子或其它構件微小的偏移會造成上部很大的變位，極大地改變結構的受力，影響設計效果，甚至產生工程事故。

2.1.2 鋼框架結構安裝中，由于鋼材熱脹冷縮現象突出，天氣、溫度等條件影響大，溫度變化會對安裝精度產生較大影響。特別是在鋼構件連接中，焊接和螺栓連接受天氣、溫度影響更大。在焊接技術規程中規定，自然條件不能滿足焊接環境要求時，要采取人工措施給焊接創造條件，比如焊條的預熱、鋼板的預熱加溫等。

2.1.3 鋼結構安裝對起重、運輸等機械的性能要求高。由于鋼構件重量大、體型大，高層鋼框架結構安裝中高空作業多，對吊裝過程中的技術要求高，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，決定了鋼框架結構要求防腐、防火嚴格。

2.1.5 高層鋼框架結構安裝工程量大，構件多，現場往往必須設置臨時堆放場地及相應的中轉堆場才能滿足安裝需要。

2.2 鋼框架焊接變形分析

2.2.1 鋼結構變形類型

鋼結構變形類型，可分為總體變形和局部變形兩類?？傮w變形是指整個結構的外形和尺寸發生變化，局部變形是指結構構件在局部區域出現變形。二者可能單獨出現，但更多地是組合出現。它們都會影響結構的諸多方面，如外觀、剛度和穩定性等，降低承載力，危及結構安全。

2.2.2 鋼結構變形原因

鋼材的初始變形；加工制作中的變形；運輸及安裝過程中產生的變形；使用過程中產生的變形等。

2.2.3 變形控制方法

傳統的經驗方法是制定合理的吊裝、焊接方案等，如采用先內而外的吊裝順序、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構框架變形的主要構成因素，但相關的論文分析也多以靜態、局部的分析為主，如針對于某個焊接面或焊接構件的分析，針對建筑鋼框架結構焊接變形的整體分析方法尚未出現。

3 高層鋼框架結構焊接施工工藝及其變形矯正探討

3.1 焊接變形原因分析

鋼結構具有結構性能良好、建設工期短、綠色、環保等優點，所以在工業與民用建筑中廣泛應用。焊接對鋼結構來說是一把雙刃劍，它成就了鋼結構建設的高速度，但是鋼結構在焊接時產生的變形問題，也會極大地影響鋼結構的施工質量。鋼結構在焊接過程中出現變形是不可避免的，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構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，從而在焊接接頭區產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 結構剛度

剛度就是結構抵抗拉伸和彎曲變形的能力，它主要取決于結構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 焊縫位置和數量

在鋼結構剛性不大時，焊縫在結構中對稱布置，施焊程序合理，則只產生線性縮短；當焊縫布置不對稱時，則還會產生彎曲變形；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%，層數越多焊接變形也越大；斷續焊縫比連續焊縫的收縮量小；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件，然后總拼裝焊接，都易產生較大的焊接變形。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件變形。矯正時，將構件變形部位放在兩支撐之間，對準構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，從而產生變形，構件被局部加熱后，依靠加熱區的膨脹與收縮差，使構件按照預定的方向發生變形，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件上設置夾具固定構件，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構鋼和低合金結構鋼，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生裂紋。

4 結語

高層鋼框架結構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構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構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.鋼結構設計與施工[M].北京:中國建筑工業出版社,2000.