钢结构焊接工艺中电气参数优化与控制策略研究

钢结构焊接工艺中电气参数优化与控制策略研究

李玉慧 衣海飞 许海波 田兴华 宋文博

山东陆海重工有限公司，山东 烟台  264000

摘要：本文探讨了电气参数对焊接质量的影响、基于优化算法的电气参数调节方法以及设计的控制策略及实验验证。首先介绍了电流、电压和焊接速度对焊接质量的影响，然后阐述了基于遗传算法、模拟退火算法和人工神经网络的优化算法，以及闭环控制系统的设计。通过实验验证，证明了设计的控制策略在提高焊接自动化程度和质量稳定性方面的有效性。文章强调了进一步优化控制算法和系统结构的重要性，并呼吁不断创新以推动焊接技术的发展和应用。

关键词：钢结构焊接，电气参数优化，控制策略，焊接质量，生产效率

引言

焊接作为一种重要的连接工艺，在钢结构制造中扮演着关键的角色。然而，在焊接过程中，电气参数的设置直接影响着焊接质量和生产效率。因此，针对钢结构焊接工艺中电气参数优化与控制策略的研究显得尤为重要。本文旨在通过深入分析不同电气参数对焊接质量的影响，提出一种基于优化算法的电气参数调节方法，并设计相应的控制策略。通过该研究，期望能够为提高钢结构焊接工艺的质量和效率提供理论支持和实际指导。

一、电气参数对焊接质量的影响分析

电气参数对焊接质量的影响是焊接过程中至关重要的因素之一。电气参数的选择和控制直接影响着焊接过程中的热量输入、电弧稳定性以及熔池形成和凝固过程，从而对最终焊缝的质量产生深远影响。以下将从焊接电流、电压和焊接速度等方面进行分析。焊接电流是决定焊接热量输入的主要参数之一。在直流焊接中，电流的大小直接影响着焊缝的熔深和熔透性。通常情况下，增加焊接电流可以提高热量输入，促进熔池的形成和融合，从而增加焊缝的强度和密实性。然而，若电流过大，可能导致焊接速度过快，使得熔池不稳定，造成焊缝的质量下降。对于不同的焊接材料和焊接位置，需要根据实际情况精确控制焊接电流，以确保焊接质量。

焊接电压是另一个影响焊接质量的重要参数。电压的变化直接影响着焊接电弧的长度和稳定性。较低的焊接电压可能导致电弧熄灭或者电弧不稳定，使得焊接过程中出现飞溅和气孔等缺陷，从而影响焊缝的质量。相反，较高的焊接电压则可能导致焊接热量集中度不足，使得焊缝熔深不足，影响焊缝的强度和密实性。合理选择和控制焊接电压对于确保焊接质量至关重要。

焊接速度是焊接过程中最直接影响焊缝形成的参数之一。焊接速度的快慢决定了焊接热量的输入时间和焊接熔池的凝固时间。较快的焊接速度可能导致焊接热量输入不足，使得焊缝的熔深和熔透性不够，从而影响焊缝的质量。而过慢的焊接速度则可能导致焊接热量过多，造成焊缝过热和变形，同样会影响焊接质量。因此，在实际焊接过程中，需要根据焊接材料和焊接位置的不同，合理调整焊接速度，以确保焊接质量的稳定。

二、基于优化算法的电气参数调节方法

基于优化算法的电气参数调节方法是一种高效的手段，可用于优化焊接过程中的电气参数以提高焊接质量和效率。通过对焊接过程中的电流、电压和焊接速度等参数进行智能调节，可以实现焊接过程的自动优化，从而达到最佳的焊接效果。以下将介绍几种常见的基于优化算法的电气参数调节方法。一种常用的方法是基于遗传算法的电气参数优化。遗传算法是一种模拟自然进化过程的优化算法，通过模拟自然选择、交叉和变异等操作，寻找最优解。在焊接过程中，可以将焊接电流、电压和焊接速度等参数作为优化变量，将焊接质量作为优化目标，利用遗传算法搜索最佳的电气参数组合。通过多次迭代优化，可以找到最优的电气参数组合，从而实现焊接过程的优化和控制。

另一种常见的方法是基于模拟退火算法的电气参数优化。模拟退火算法是一种基于统计力学原理的全局优化算法，通过模拟材料在高温下退火过程中的结晶过程，寻找全局最优解。在焊接过程中，可以将焊接电流、电压和焊接速度等参数作为优化变量，将焊接质量作为优化目标，利用模拟退火算法搜索最佳的电气参数组合。

通过不断调整参数和降低温度，可以逐步接近最优解，从而实现焊接过程的优化和控制。还可以利用人工神经网络等机器学习方法进行电气参数优化。人工神经网络是一种模拟人脑神经元网络结构的计算模型，通过训练神经网络模型，可以实现对复杂系统的建模和优化。在焊接过程中，可以将焊接电流、电压和焊接速度等参数作为输入，将焊接质量作为输出，利用神经网络模型进行训练和优化，从而实现电气参数的智能调节和优化。

三、设计的电气参数控制策略及实验验证

设计了基于反馈控制的电流、电压和焊接速度的闭环控制系统。该系统通过感应器实时监测焊接过程中的电流、电压和焊接速度等参数，将监测到的数据反馈给控制系统。控制系统根据预设的焊接质量指标，自动调节焊接电流、电压和焊接速度等参数，以实现焊接过程的自动控制和优化。在设计控制算法时，考虑了焊接过程中的非线性和时变性等因素，采用了适应性控制和模糊控制等方法，提高了控制系统的鲁棒性和适应性。进行了实验验证，验证了设计的电气参数控制策略的有效性。在实验中，选取了一种常见的焊接材料和焊接位置，利用设计的闭环控制系统进行焊接，并对比了使用传统手动控制和设计的闭环控制系统的焊接质量。实验结果表明，使用设计的闭环控制系统进行焊接，焊接质量更加稳定，焊缝更加均匀，焊接缺陷率显著降低。设计的闭环控制系统能够在不同焊接条件下自动调节电气参数，适应不同焊接要求，提高了焊接效率和一致性。

设计的电气参数控制策略以及经过实验验证的有效性为焊接技术的进步提供了重要支持。然而，在这一领域的不断发展中，还存在着许多潜在的优化空间和改进方向，通过进一步的探索和创新，可以进一步提高焊接过程的效率、质量和自动化程度。一方面，针对不同焊接工艺和材料特性，可以进一步优化电气参数控制策略。例如，针对不同的焊接材料，可以设计特定的参数调节方法，以充分利用材料的特性并最大限度地提高焊接质量。针对不同的焊接位置和焊接要求，可以设计灵活的控制算法，实现焊接过程的精确控制和优化。

另一方面，可以进一步改进电气参数控制系统的结构和性能。例如，采用先进的传感器技术和数据处理技术，实现对焊接过程更加精细地监测和控制；引入智能化的算法和决策系统，实现对焊接参数的智能调节和优化。此外，结合人工智能和机器学习技术，可以建立更加复杂的模型和控制策略，进一步提高焊接系统的智能化程度和自适应能力。除了技术层面的优化和改进，还需要结合实际生产需求和市场需求，进一步完善焊接技术的应用体系和服务体系。例如，通过建立标准化的焊接工艺规范和质量标准，推动焊接技术的标准化和规范化；积极开展焊接技术培训和人才培养，提高从业人员的技术水平和专业素养。

综上所述，通过不断优化控制算法和系统结构，并结合实际生产需求和市场需求，可以进一步提高焊接技术的效率、质量和自动化程度，推动焊接技术的发展和应用，为工程领域的发展作出更大的贡献。

结语

通过精心设计的电气参数控制策略及实验验证，焊接技术得到了显著提升。优化算法的应用使焊接过程更加智能化和稳定，为工程应用提供了可靠的支持。然而，焊接技术的发展仍需不断创新，进一步提高效率和质量。我们将继续探索和改进，不断优化控制算法和系统结构，与时俱进地应用先进技术，为推动焊接技术的发展和应用做出更大的努力，助力工程领域的进步和发展。

参考文献

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[2] 李宁, 赵峰. 电气参数对焊接质量的影响分析[J]. 焊接学报, 2020, 29(2): 112-118.

[3] 刘涛, 孙林. 基于遗传算法的焊接工艺参数优化研究[J]. 机械设计与制造, 2021, 50(4): 78-83.