变极性焊接电弧动态行为之机理及控制策略研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51775301
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0508.成形制造
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

In view of the difficulty of arc reignition with small current, the limitation of variable polarity frequency with large current during variable polarity arc welding, the impact of welding loop inductance on the dynamic process of variable polarity arc welding, a new type of variable polarity circuit topology is put forward to allown the production of a stable and controllable arc reignition voltage. Based on the deeply investigating on the relationship between the reliability of arc reignition for variable polarity with the welding current value before the polarity reversal, the current change speed during polarity exchange, the change direction of welding current polarity, the types of electrode, arc voltage, the relational model of arc reignition voltage is constructed. Through collecting and processing to the output voltage of welding power supply, arc voltage and welding current, the detection and identification of the welding loop circuit inductance is implemented on-line. By means of the in-depth analysis on the high-speed photography images of welding arc and its corresponding relationship with welding current, the mechanism of dynamic behavior of welding arc and arc ignition during polarity reversal process is revealed. Based on the relational model of arc reignition voltage and the estimated value of welding loop circuit inductance, an effective control strategy is builded for the control of welding arc dynamic behavior, which broaden the scope of the application of the variable polarity welding current, improve the variable polarity welding frequency with large current, increase the arc stiffness and welding process stability, improve the microstructure and mechanical properties of welded joint, to further promote the development and application of variable polarity welding technology.
针对小电流变极性电弧焊接的再燃弧困难、大电流变极性焊接的变极性频率受限、焊接回路电感对变极性电弧焊接动态过程的影响等问题,提出能够产生稳定且可控的再燃弧电压的新型变极性电路拓扑。在深入探究变极性电弧再引燃可靠性与极性变换前焊接电流值、变极性电流变化速度、极性变换方向、电极类型、电弧电压等关系的基础上,构建再燃弧电压关系模型。通过对电源输出电压、电弧电压和焊接电流的采集与处理,实现对焊接回路电感的在线检测和辨识。通过对高速拍摄的焊接电弧图像及其与焊接电流对应关系的深入分析,揭示极性变换过程的焊接电弧动态行为机理及再引燃机理。基于再燃弧电压关系模型和焊接回路电感估计值,构建对焊接电弧动态行为进行有效控制的策略,拓宽变极性焊接的适用电流范围,提升大电流变极性焊接频率,提高电弧挺度和焊接过程稳定性,改善焊接接头的微观组织和力学性能,进一步促进变极性焊接技术的发展和应用。

结项摘要

变极性电弧焊接适用于多种焊接工艺,可广泛应用于铝合金等轻金属材料的优质焊接、薄壁或厚壁钢结构的高效焊接和堆焊,具有传统直流和普通正弦交流电弧焊接无法比拟的优势,具有广阔的应用价值和发展前景。.针对小电流变极性电弧焊接的再燃弧困难和电弧稳定性差、大电流变极性焊接的变极性频率受限、焊接回路电感对变极性焊接电弧动态过程有较大影响等问题,围绕申请书提出的关键科学问题,本项目主要开展了如下研究工作:.首先,构建了变极性焊接试验研究平台及电弧图像错时拍摄与电流采集同步系统;基于电流变极性过程的电弧图像与电流关联性,试验研究了变极性电弧焊接的电流换向过程稳定性及其影响因素,对电弧动态行为机理及小电流变极性电弧焊接的电流换向过程熄弧机理进行了深入探究,提出了小电流变极性电弧焊接的电弧再引燃可靠性和燃烧稳定性改善方向;.其次,提出了旨在提高变极性TIG焊电弧燃烧稳定性的多种控制方法和策略,包括:电源输出电流变极性期间的一次逆变恒脉冲占空比控制方法;针对小电流变极性TIG焊,提出了“一次逆变不关闭+二次逆变开环时间节点控制”的电流变极性换向协同控制策略,实现了变极性TIG焊在10 A小电流输出时焊接电弧的稳定燃烧,且小电流波形规则,无畸变;针对大电流变极性焊接,从有效保障电源二次逆变功率开关器件工作安全性的角度,提出了在二次逆功率开关器件共同导通一段时间的基础上,“一次逆变关闭+二次逆变电流反馈”的电流变极性换向控制策略。.第三,给出了新型变极性焊接电源全范围电流输出控制策略选择原则,构建了基于极点配置的逆变焊接电源最小拍控制系统,研究了其适用性、稳定性和鲁棒性;在对变极性焊接电源输出电流进行低频调制的基础上,初步研究了脉冲调制变极性焊接的焊缝成形及裂纹敏感性。.项目研究工作按年度计划顺利开展,完成了主要研究内容,发表学术论文22篇,培养博士研究生3人,硕士研究生5人,达到了预期研究和人才培养目标。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
基于视觉与重力融合传感的焊枪位姿反馈控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    焊接学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张天一;朱志明;朱传辉
  • 通讯作者:
    朱传辉
变极性电弧焊接的电流换向过程影响因素试验研究
  • DOI:
    10.13374/j.issn2095-9389.2019.04.011
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    工程科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱志明;符平坡;杨中宇;夏铸亮;程世佳
  • 通讯作者:
    程世佳
变极性TIG焊电弧燃烧稳定性与恒占空比控制
  • DOI:
    10.1214/11-aap778
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    焊接学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘博;朱志明;杨中宇;符平坡
  • 通讯作者:
    符平坡
Principle of an innovative visual sensor based on combined laser structured lights and its experimental verification
一种基于组合激光结构光的创新视觉传感器原理及实验验证
  • DOI:
    10.1016/j.optlastec.2018.09.010
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Optics and Laser Technology
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Guo Jichang;Zhu Zhiming;Sun Bowen;Yu Yingfei
  • 通讯作者:
    Yu Yingfei
基于电弧图像的脉冲TIG焊电弧形态及特征温度演变规律
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    清华大学学报 (自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    程世佳;朱志明;符平坡
  • 通讯作者:
    符平坡

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其他文献

岩体节理体积频率的计算方法及工程应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    章广成;李华章;林叶;向欣;朱志明;ZHANG Guangcheng①LI Huazhang①LIN Ye②XIANG Xin③ZHU
  • 通讯作者:
    ZHANG Guangcheng①LI Huazhang①LIN Ye②XIANG Xin③ZHU
移相控制全桥零压零流软开关功率变换器谐振过程分析和参数设计方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    夏铸亮;朱志明;陈俊杰
  • 通讯作者:
    陈俊杰
基于广义Hoek-Brown 准则的岩体等效强度
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    煤田地质与勘探
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱志明;章广成;朱娇燕;路辉
  • 通讯作者:
    路辉
碱性盐胁迫对宁夏枸杞生长、结构及光合参数的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    干旱地区农业研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    毛桂莲;梁文裕;王盛;许兴;郑蕊;朱志明
  • 通讯作者:
    朱志明
钢轨窄间隙全自动电弧焊电流稳定性分析及控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘正文;孟斌;季关钰;朱志明;潘际銮
  • 通讯作者:
    潘际銮

其他文献

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朱志明的其他基金

药芯焊丝窄间隙焊接侧壁熔深控制对策及其环境适应性
  • 批准号:
    51075231
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    38.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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