堆焊总结篇

堆焊的发展概述

随着自动化制造的大力发展，堆焊作为表面工程中的重要分支，其自动化智能化受到了国内外很多学者的重视。近年来研究者在堆焊技术上取得了很多新的进展与突破。

国内方面，2006年河南科技大学[1]提出了将可编程控制器（PLC）运用到自动堆焊焊中，以PLC和气保焊为主控单元，以2台步进电机驱动器带动步进电机执行单元，在x-y平面通过滚丝杠带动滑台和焊枪移动，实现了对火车车钩进行的自动堆焊。徐立权[2]在机器人熔丝堆焊成形机及其路径规划研究一文中，将UG NX4.0 CAM 铣削轨迹的获得方法用运到了堆焊的轨迹上，并分析了它们的异同，利用 UG CAM 的仿真功能对堆焊轨迹进行了仿真，并在汽车翼子板的自动堆焊上实现了应用。王新辉[3]在基于Pro/E的相贯曲面堆焊运动仿真分析一文中，针对石油钻采专用阀门内壁复杂曲面的自动堆焊,在堆焊设备的研发过程中,建立了阀门内壁相贯曲线的数学模型,规划了堆焊焊枪的运动轨迹.在Pro/E软件工作环境下,建立了堆焊设备的三维实体模型,定义了运动连接,设定了伺服电机参数,进行了堆焊设备虚拟样机的计算机运动仿真试验,通过仿真分析,生成了运动轨迹曲线并进行了仿真误差分析,验证了该数学模型建立的正确性,为堆焊设备的研制提供了相应的虚拟样机仿真技术支撑。南昌航空大学王龙杰[4]综合目前计算机辅助工艺技术CAPP的优缺点，针对堆焊焊接工艺特点以及参照相关标准的基础上，以Oracle10g为数据库平台，在Windows XP环境下，开发出了一款集工艺数据的存储、查询和管理为一体的

计算机辅助堆焊工艺设计系统。用户通过本系统完成堆焊工艺设计后，将自动生成堆焊焊接工艺卡，工艺卡可以通过系统中的Office、AutoCAD、PDF等接口输出，大大提高了堆焊的自动化程度。周方明[5]将气缸盖的机器人堆焊中，应用KUKA SIM Pro软件，在 Pro/E中建立所需的三维模型，模型导入KUKA SIM Pro对所建立的模型添加约束，使模型能够按照所要求的方式运动，进行了焊接机器人工作系统仿真实验，优化了焊接路径和焊枪姿态，使得系统可有效地防止机器人与障碍物发生碰撞并保证其手臂具有良好的可达性。潘玉山[6]为了提高轴辊质量和自动化程度，提出了基于堆焊技术和PLC技术人字齿轴辊自动堆焊机的设计思路,阐述了人字轴辊自动堆焊机的整体设计介绍了自动堆焊机焊接系统、送丝装置、焊剂输送系统和工件回转机构等设计与制作过程。并验证了该焊机的优异性能。李汉红等人[7]针对核电站核岛主设备压力容器出口、入口法兰内壁及端面(马鞍形)不锈钢堆一直以来采用手工焊接,焊接强度大,焊缝效率低,焊缝质量不易控制的问题，开发了马鞍形端面、立面热丝TIG堆焊机,通过多轴控制系统与变位机等周边装置配合,实现了工件参数化输入,自动生成焊接程序,实施自动焊接的转变,解决了生产中的实际问题。兰强等人[8]将轮心自动堆焊机的工件旋转和焊枪位移信号的采集方式从行程开关升级为非接触式的光耦,并升级单片机控制系统,有效地提高了轮心自动堆焊机控制系统的可靠性,显著地延长了维修周期,整机的稳定性明显提高。潘厚宏等人[9]介绍阀门密封面等离子弧粉末自动堆焊控制系统的组成及控制过程，该控制系统基于三菱的FX3U系

列可编程控制器(PLC)和光洋的触摸屏设计而成。采用三菱的J2S系列伺服放大器和伺服电机组成绝对位置系统,用以控制焊炬摆动和焊炬沿转台的径向移动。转台则由变频器控制。通过触摸屏输入相关参数,控制系统即可对堆焊道数和摆动宽度进行优化以满足堆焊尺寸要求,并自动移动焊炬到起始位置,完成堆焊从开始到结束的全过程。该控制系统操作简单,控制精度高,可靠性高。李振英等人[10]为实现磨煤机磨辊明弧堆焊设备的自动化,研究了堆焊机主要运动部分的控制方法。依据磨辊堆焊系统机械结构,建立了运动系统的坐标公式。根据堆焊过程的特征,将堆焊过程分为同弧段堆焊和过渡弧段堆焊。根据磨辊的磨损状况,将磨辊表面拟合成球面,提出了一种焊头轨迹控制方法,推导出实现该方法的同弧段运动控制公式与过渡弧段的运动控制公式。根据该方法的原理,建立了控制轨迹的误差公式,并借助MATLAB进行了误差分析，满足堆焊控制要求。

国外方面。韩国科学与技术研究所的 Yong-Ak Song，Sehyung Park 等人提出了 3D 焊接与铣削的复合加工[11]，采用三轴机床来控制基板的移动速度及方向，通过两个送丝弧焊枪，实现了功能材料分梯度堆积，并将这一技术应用于模具制造，对于堆焊有重要借鉴意义。 奥地利Fronius公司研究开发了一款自动化堆焊系统采用创新的CMT工艺-冷金属过渡工艺[12]，将短路信号及时反馈给送丝机，可有效控制鳍片管水平位置堆焊的稀释率，实现了管子内壁的自动化堆焊，大大降低了劳动强度。Cheng-Yu Wu等人建立了一种基于熔化极焊接的自动控制方案[13]，用运了一种自适应滑模控制器，推导焊接控制系统

的数学模型和系统参数的确定，用以检测焊接电流及焊接速度，增强系统的自动调节性。英国的Ji-Sun Kim等人[14]在焊接试验中使用中心旋转组合设计（CCRD）方法不同的焊接参数。根据实验结果，建立模型分析焊接参数和焊缝高度，宽度和堆焊的偏心之间的相关性。最后，优化的实验模型，通过分析每个熔滴的几何形状和其上的交互影响因子产生的主要效果预测焊缝高度和宽度的发展。此外，数学模型的建立，它可用Matlab的曲线拟合工具确定形状的焊缝轮廓。此外，该数学模型被用于确定第二遍焊道距的距离，使上面的和下面的相互作用之间的两个叠加层的焊道的点有相同的面积。本研究确定相对于焊接参数，如焊炬位置和焊接速度的第二道堆焊焊道有重要意义。德国的J. Mirapeix等人[15]利用焊接产生的光谱与 PCA相结合来分析焊接缺陷，并建立了人工神经网路系统对于焊接缺陷的自动检测。 文献[16]介绍了一种表面快速沉积堆焊技术，采用实施建模与控制技术，可用于规划堆焊轨迹的研究。文献[17]快速成型技术采用了堆积成形的概念，轮廓线的位置关系界定了实体填充的区域，通过对射线法和坐标极值法的原理和存在的问题进行分析,对已有的轮廓线走向判定算法进行简化,结合射线法和坐标极值法的优点,提出一种改进的轮廓线位置关系判定算法，可以提高表面堆焊跟踪的精度。

参考文献

[1] 韩建,朱锦洪,李兴霞,石红信.PLC控制步进电机在自动堆焊中的应用[J].电焊机.2006(03)

[2]徐立权.机器人熔丝堆焊成形及其路径规划研究[D].华中科技大学，2009

[3]王新辉,于丹,杨克非,孟兆林.基于Pro/E的相贯曲面堆焊运动仿真分析[J].焊接学报.2011(02)

[4]王龙杰.堆焊CAPP系统研究与开发[D].南昌航空大学， 2013

[5] 周方明,郭安庆,周涌明,张军.机器人堆焊气缸盖仿真设计[J].江苏科技大学学报(自然科学版). 2010(03)

[6]潘玉山.人字齿轴辊自动堆焊机[J].机械，2010，（37）6：70-72 [7]李汉红.马鞍形端面立面热丝TIG堆焊机[J].电焊机,2010，40（8）：90-92

[8]兰强,铁玉鹏,李志辉,刘艳红.轮心自动堆焊机位移信号的采集与处理[J].电子测试. 2013(08)

[9] 潘厚宏,邓元江,阳海波,王克军.基于PLC与触摸屏的阀门密封面等离子弧粉末堆焊控制系统设计[J]. 机床与液压. 2012(08)

[10] 李振英,戴丽萍,侯明,何琼. 磨辊明弧堆焊系统自动控制方法[J]. 焊接学报. 2008(04)

[11]Yong-AkSonga,SehyungParka,Soo-Won Chaeb, 3D welding and milling:part II—optimization of the 3D welding process using an experimental design approach[J]，International Journalof Machine Tools&Manufacture,2005,45:1063–1069.

[12]焊接自动化会议组委会.中国焊接产业论坛2010焊接自动化技术总结[J]，2010 [13]Cheng-Yu Wu, Pi-Cheng Tung, Chyun-ChauFuh. Development of an automatic arc welding system using an adaptive sliding mode control[J]. Journal of Intelligent Manufacturing, 2010, 21(4).

[14]Ji-Sun Kim, In-Ju Kim, Young-Gon Kim。Optimization of weld pitch on overlay welding using mathematical method[J.International Journal of Precision Engineering and Manufacturing,2014, 15(6):1117-1124

[15]J. Mirapeix, P.B. García-Allende, A. Cobo, O.M. Conde, J.M. López-Higuera。Real-time arc-welding defect detection and classification with principal component analysis and artificial neural networks[J]。NDT & E International,2007,40(4):315–323

[16]Fourligkas,Nikolaos.A new thermal rapid prototyping process by fused material

deposition:Implementation,modeling and control. . 2000

[17] Y.Yang,,H.T.Loh,,F.YH Fuh,,YCxWang.Equidistant path generation for improving scanning

efficiency in layered manufacturing. Rapid ProtypingJumal . 2002