《窄間隙GMAW焊接過程高性能控制方法與套用研究》是依託山東大學，由張光先擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：窄間隙GMAW焊接過程高性能控制方法與套用研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張光先
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
伴隨現代製造業的高速發展，特別是超高速、超臨界等極端服役環境下的重大工程建設與日劇增，研發厚/超厚板材高效高性能焊接技術與裝備極為迫切。窄間隙熔化極氣保焊（NG-GMAW）以省時/電/力/料而著稱，極具套用前景。NG-GMAW焊接過程本質上是一類異常複雜的非線性、時變、不確定、多參數強耦合系統，現有方法難以實現焊縫的高質成形，亟需新的理論和方法予以突破。本項目將從探究焊接質量和工藝參數關係入手，由正交試驗獲得完備數據並灰關聯分析；基於數據驅動理論和相關向量機方法，建立焊接質量等的預測模型；研究高精度、快回響焊接電反饋參數容積積分卡爾曼濾波算法和MIMO自適應模糊控制策略，實現焊接質量的閉環控制；最後，基於混合多目標最佳化方法建立焊接質量、效率和成本綜合評價體系。本項目屬控制、材料、電工等多學科交叉前沿研究，有望突破NG-GMAW焊接技術及裝備產業化關鍵瓶頸，促進相關學科理論與套用的發展。
結題摘要
量大面廣的焊接過程普遍存在能/材耗巨大、污染嚴重、可靠性低等問題，是制約我國高端裝備製造業和經濟可持續發展的重要瓶頸。本項目擬針對高效節能的窄間隙GMAW 焊接過程展開研究，這不僅是焊接技術領域的時代主題和研究熱點，也是我國經濟發展國防建設以及高端裝備製造業崛起的重大需求。 （1）窄間隙焊接過程非線性建模與仿真分析。詳細分析了窄間隙焊接機理，建立了基於電弧擺動和電弧旋轉的窄間隙焊接過程動態仿真模型，從工藝參數對熱輸入影響的角度切入，研究了其對焊接質量的影響以及側壁熔合不良、焊縫超高、凸度過大、咬邊等缺陷產生的原因，為窄間隙焊接工藝參數最佳化提供了理論依據。 （2）功率變換系統及控制策略研究。分析了VIENNA整流器輸入電流過零點畸變機理及電位振盪與零序分量之間的數學關係，提出一種修正注入零序分量載波調製策略，解決了電流過零點畸變問題，同時實現VIENNA整流器中點電位的平衡和紋波振盪的抑制；為解決常規模糊控制器存在穩態誤差的缺點，設計了一種弧焊電壓自適應模糊控制器，動態回響快、穩態誤差小。 （3）焊接過程信號處理與焊接質量評價方法研究。焊接過程強烈的高頻干擾和隨機擾動，影響了反饋信息的真實性，為此提出一種適合於焊接電流的平滑視窗寬度可調的自適應卡爾曼濾波方法，魯棒性強；焊接性能的綜合評價是最佳化焊接工藝和指導焊接過程控制的重要保障，為此研究了電弧電壓和焊接電流機率密度分布與焊接穩定性的關係，提出了基於U-I二值圖像的弧焊穩定性判定方法，可定量分析焊接過程的穩定性。 （4）大功率電源高抗擾組網群控系統研究與實現。提出了基於三層網路結構的焊接電源群控系統方案，設計了基於B/S架構的群控管理系統；研究了基於多路Wi-Fi的動態組網方法，通過自組網算法，構建了多信道多路徑的Wi-Fi網路，保障了大功率逆變電源系統的集群可靠管理。
