材料成型控制工程基础
材料成型控制工程基础第六章
材料成型控制工程根底第六章1. 引言在材料成型过程中，对材料的成型控制是非常重要的。
本章将介绍材料成型控制工程的根底知识。
首先介绍了成型控制的根本概念和目标，然后介绍了成型控制的主要方法与技术。
最后，对成型控制工程的挑战及未来开展方向进行了讨论。
2. 成型控制的根本概念与目标成型控制是指在材料成型过程中，通过合理的方法和技术，控制好材料的形状、尺寸、力学性能等相关参数。
成型控制的目标是实现成型工艺的稳定性、一致性和高效性，以提高产品的质量和生产效率。
在材料成型过程中，需要控制的参数包括：温度、压力、速度、材料的粘度等。
通过合理的控制这些参数，可以实现成型工艺的优化和产品的质量控制。
3. 成型控制的主要方法与技术3.1 温度控制在材料成型过程中，温度的控制非常重要。
温度对材料的流动性、粘度等性质有很大影响。
常用的温度控制方法包括：加热控制、冷却控制和保温控制。
加热控制可以提高材料的流动性，冷却控制可以减缓材料的流动速度，保温控制可以提高成型工艺的稳定性。
3.2 压力控制成型过程中的压力控制可以影响材料的形状和尺寸。
压力的大小和分布对成型件的密度、强度等性能也有很大影响。
常用的压力控制方法包括：预压、保压和释放等。
预压可以使材料充满模具的空腔并排除气泡，保压可以保证成型件的密度和形状的稳定，释放可以使成型件脱离模具。
3.3 速度控制在材料成型过程中，速度的控制可以影响材料的流动性和形状。
速度的大小对成型件的外表光洁度、尺寸一致性等性能有很大影响。
常用的速度控制方法包括：加速、减速、匀速等。
加速可以提高材料的流动性，减速可以减少材料的流动速度，匀速可以保证成型件的尺寸一致性。
3.4 粘度控制材料的粘度对成型过程的稳定性和成型件的质量都有影响。
粘度的大小和变化可以影响材料的流动性和成型件的形状。
常用的粘度控制方法包括：添加剂的控制、温度的控制和剪切控制等。
通过合理的控制粘度，可以提高成型过程的稳定性和成型件的质量。
材料成型及控制工程每学年课程
材料成型及控制工程每学年课程材料成型及控制工程每学年课程材料成型及控制工程是一门涵盖了材料成型工艺、原理和控制技术的学科，旨在培养学生对材料成型、加工、制造和控制等方面的综合能力。
这门课程通常分为多个学年，每个学年内容丰富、深入，涉及到材料成型的各个方面。
在本文中，我们将以从浅入深的方式来探讨材料成型及控制工程每学年课程的重点内容，以便读者能更全面、深入地了解这一学科。
1. 学年一：材料基础第一个学年的课程主要围绕材料基础展开，包括材料的种类、结构、性能和加工原理等。
在这个阶段，学生将学习金属材料、非金属材料和高分子材料等的基本知识，了解它们的内部结构和性能特点。
还会涉及到钢铁、铝合金、铜合金等常见材料的成型和控制工程技术，为后续学习奠定基础。
2. 学年二：材料成型工艺第二个学年的课程将深入探讨材料成型工艺，包括铸造、锻造、焊接、热处理等方面的知识。
学生将学习各种成型工艺的原理和特点，了解不同成型工艺的适用范围和工艺参数的选择。
同时还将学习材料工程中的数值模拟、实验设计和表征方法，为工程实践打下坚实的基础。
3. 学年三：材料控制技术第三个学年的课程将重点介绍材料控制技术，包括自动化控制系统、智能制造技术、质量控制等方面的知识。
学生将学习各种控制技术在材料成型工程中的应用，了解控制系统的原理和设计方法，掌握质量控制的关键技术，为未来的工程实践做好准备。
总结回顾通过上述内容的学习，学生将全面了解材料成型及控制工程的各个方面，包括材料基础、成型工艺和控制技术。
他们将掌握材料工程中的核心知识和技能，能够独立开展材料成型和控制工程的设计、制造和管理工作。
这门课程的学习将帮助他们更好地适应工程实践的需要，为材料科学和工程技术的发展做出贡献。
个人观点和理解作为材料成型及控制工程的学习者，我深深地意识到这门课程的重要性。
通过对材料基础、成型工艺和控制技术的系统学习，我逐渐领悟到材料工程对于现代工业的重要性，以及材料工程带来的经济效益和社会效益。
材料成型及控制工程导论课件
产品质量。同时，智能化控制系统还可以实现生产过程的自动化和智能
化，大大降低劳动成本。
绿色制造与可持续发展
01
环保材料
随着环保意识的不断提高，使用环保材料已经成为制造业 的必然趋势。环保材料需要具备可循环利用、可降解等特 性，如生物降解塑料、再生能源等。
02 03
节能减排
节能减排是实现可持续发展的必要手段。通过采用先进的 制造技术和设备，可以大大降低生产过程中的能源消耗和 环境污染。如采用高效节能电机、优化生产线布局等措施。
案例四：建筑钢结构焊接变形控制技术研究
总结词
建筑钢结构焊接变形控制技术研究是材料成型及控制 工程领域中的一项重要应用，对于提高建筑钢结构的 质量和安全性具有重要意义。
详细描述
建筑钢结构是现代建筑中的重要结构形式，其质量和 安全性直接影响到建筑的整体性能和安全。为了提高 建筑钢结构的质量和安全性，需要对其焊接变形进行 控制。具体包括对焊接参数的选择、焊接顺序的安排、 焊接后的处理等环节进行精细的控制，以及采用先进 的检测和校正技术，如激光扫描、三维重构等，实现 建筑钢结构的高精度、高质量制造。
汽车制造业的发展趋势
随着科技的不断进步，汽车制造业也在不断发展，如智能化制造、数字化工艺、 绿色制造等技术的应用都将对汽车制造业的发展产生重要的影响。
航空航天领域
航空航天领域中材料成型及控制工程的应用
航空航天领域对于材料的要求非常高，需要具备轻质、高强度、高耐温等特性，而材料成型及控制工程技术的应 用可以满足这些要求。如钛合金、复合材料、高温合金等材料的制备都需要借助材料成型及控制工程技术。
03
工艺的研究，实现对材料性能的精确控制和优化。
材料成型及控制工程的发展历程与重要性
材料成型及控制工程专业人才培养目标与知识结构
材料成型及控制工程专业人才培养目标与知识结构材料成型及控制工程专业是指以材料成型和加工过程及控制技术为主要研究方向的一门工程技术学科。
其主要目标是培养具备工程实践能力的专业人才，他们能够在材料成型和控制工程领域内进行材料的加工、成型、设计和控制等工作，具备较强的综合分析与解决问题的能力。
为了实现这一目标，材料成型及控制工程专业需要有一定的知识结构和培养目标。
本文将从培养目标和知识结构两个方面进行分析。
一、专业人才培养目标1.掌握材料成型及控制工程的基础理论与专业知识材料成型及控制工程专业要求学生掌握材料成型和控制工程领域的基础理论与专业知识，包括材料结构、性能与加工工艺、传热传质、控制理论及相关的数学、物理等基础知识。
学生应该具备较扎实的基础理论知识，这是其成为合格材料成型及控制工程专业人才的基础。
2.具备工程实践能力材料成型及控制工程专业要求学生具备工程实践能力，能够独立进行材料成型与控制工程的设计、制造、检测、分析和改进。
学生需要通过实习、实践和课程设计等环节，培养自己的实践能力，提高工程实践能力。
3.展现较强的研发创新能力材料成型及控制工程专业要求学生具备较强的研发创新能力，能够进行前沿技术与科学问题的研究与解决，能够在新材料、新加工技术、智能制造等领域展现自己的创新能力。
学生需要通过论文、项目、竞赛等形式培养自己的创新意识与创新能力。
4.具备较强的综合分析与解决问题的能力二、知识结构1.基础科学与工程技术知识材料成型及控制工程专业的基础科学与工程技术知识包括数学、物理、化学和工程力学等方面的知识，其中数学是所有工程技术的基础，物理和化学则是材料科学的基础，工程力学则是材料成型及控制工程的基础。
学生需要通过这些基础科学与工程技术知识的学习，打下扎实的学科基础。
2.材料成型与加工技术知识材料成型及控制工程专业的核心知识是材料成型与加工技术知识，包括材料成型理论、材料加工工艺、成型设备、工艺设计及模具设计等方面的知识。
材料成型自动控制基础雷毅版1
有静差系统和无静差系统 集中参数系统和分布参数系统 现代高精度控制系统
1.3 对自动控制系统的基本要 求
在控制过程中，一个理想的控制系统始终应使其被控制量（输出） 等于给定值（输入）。但是由于机械部分质量、惯性的存在，电 路中储能元件的存在以及能源功率的限制，使得运动部件的加速 度受到限制，其速度和位置难以实现瞬时变化，而需要经过一个 过渡过程。 控制系统的暂态性能可以通过在输入信号作用下系统的过渡过程 （即暂态过程）来评价。 系统的暂态过程不仅与系统的结构和参数有关，还与外加输入信 号的形式有关
给定量 控制装置 操作量 控制对象 被控制量
图1.1-1 自动控制系统示意图
1.1.2 开环控制系统和闭环控制系统 开环控制系统：系统的输出量对系统无控制作用，或者说
系统中没有一个环节的输入受到系统输出的反馈作用
干扰 给定量 控制装置 操作量 控制对象 被控制量
图1.1-1 自动控制系统示意图
闭环控制系统
直流电动机M通过减速器驱动送丝导轮输送焊丝。电动机M的转 速取决于直流发电机G的输出电压。发电机G有两个激磁绕组W1、 W2，通过电位器Rw1供给一个给定电压Ug，在W1产生一个磁 通 1 ；W2由电弧电压Ua在W2中产生磁通 2 ， 1 单独存在时，发电机G输出电压的极性使 两个磁通方向相反： 2 单独存在时，电动机M向送丝方 电动机M向退丝方向转动；当 向转动。 2 1电动机M驱动送丝机构有一个稳定的送丝速度 正常焊接时，
闭环控制系统：动态系统、振荡
复合控制系统：前馈控制、反馈控制
1.2 自动控制系统的组成和类型
v 指令值
材料成型与控制工程专业培训
发展阶段
未来趋势
随着新材料、新工艺、新技术的不断 涌现，材料成型与控制工程将进一步 向智能化、绿色化、精密化方向发展 。
经过多年的发展，该专业逐渐形成了 以材料加工为核心，涉及材料科学、 热学、力学等多个学科的体系。
专业应用领域
汽车制造
涉及车身、发动机、底 盘等部件的成型与控制
。
航空航天
涉及飞机机身、发动机 叶片、火箭箭体等高性 能材料的加工与控制。
学习如何根据产品需求进行塑性成型工艺设 计，包括模具设计、工艺参数选择等。
塑性成型质量控制
了解塑性成型产品的质量控制方法，如尺寸 检测、金相分析等。
复合材料成型工艺实践
复合材料成型工艺理论
掌握复合材料的基本原理，包括材料 的组成和各组分的作用等。
复合材料成型工艺设计
学习如何根据产品需求进行复合材料 成型工艺设计，包括材料选择、工艺 参数确定等。
焊接设备操作
熟悉各种焊接设备的操作和维 护，如焊机、焊枪、焊接夹具 等。
焊接质量检测
了解焊接质量的检测方法，如 外观检查、无损检测等。
塑性成型工艺实践
塑性成型工艺理论
掌握塑性成型的基本原理，包括金属的塑性 和变形规律等。
塑性成型设备操作
熟悉塑性成型设备的操作和维护，如锻造机 、轧机、挤压机等。
塑性成型工艺设计
应用领域
3D打印技术在航空航天、汽车、医疗、教育等领域得到广泛应用，为产品开发、设计、 制造和生产带来了革命性的变革。
技术优势
3D打印技术具有个性化定制、高精度制造、降低成本等优势，为制造业的创新发展提供 了有力支持。
智能制造技术
01 02
智能制造技术
智能制造技术是一种将先进的信息技术与制造技术深度融合的制造模式 。通过智能化设备、自动化生产线和工业互联网等技术手段，实现生产 过程的智能化、柔性化和高效化。
材料成型控制工程基础 第二章
图2.14 单片机I/O口控制多路转换器
第二种方法采用锁存器实现对多路转换器进行控制，图2.15为实现原理图。
图2.15 利用锁存器控制多路转换器
采用多片集成多路转换器可实现更多通道的选择控制， 采用单端集成多路转换器也可实现差分输人方式。 图2.16为4片AD7501实现16通道差动输入的原理电路。
VDD AIN VREF GND
1 2 3 4
8 7 6 5
VSS CNVT CLK DATA
图2.26 MAX176管脚图
MAX176的操作时序如图2.27所示。
图2.27 MAXl76操作时序图
单片机8031的串行口与MAX176接线方式如图2.28所示
图2.28 接口电路
操作时序如图2.29所示，开始转换前，P3.5输出低电平， 清除REN(接收控制标志)和BI(接受中断标志)。 P3.5由低变高启动A/D转换，转换结束后，P3.5由高变低， MAXl76输出结果程序将REN置位，8031便可连续接收两个字节， 接收到的数据格式与MAXl76的关系如图2.30所示：
表2.4选择模拟输入通路
地址码 C 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 A 0 1 0 1 0 1 0 1
选通模拟通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7
图2.22为ADC0809与MCS-51单片机8031的接口电路。
图2.22 ADC0809与803l的接口
传感器 过 程 参 数 检 传感器 测 传感器 多 路 转 换 开 关 放大电路 采样保持 A/D C P 程 参 数 检 传感器 测 传感器 放大电路 放大电路 放大电路 多 路 转 换 开 关 采样保持 A/D C P U 总 线
材料成型控制工程基础
材料成型控制工程基础1. 材料成型的魅力嘿，大家好！今天咱们来聊聊材料成型控制工程这个话题。
听起来是不是有点拗口？其实，材料成型就是把一些原材料，比如金属、塑料等，通过各种神奇的手段，变成咱们日常生活中需要的形状。
这就好比你在厨房里，把面团揉成一个可爱的包子，成型的过程其实就是一场创意的盛宴。
想象一下，一个刚从熔炉里出来的金属块，满身都是烫人的热气，像个刚出锅的热腾腾的包子。
然后，它就被送入各种机器，经过冲压、铸造、挤压等工艺，瞬间变成了一个光滑的汽车零件。
这可不是简单的工作，每一步都需要严格控制温度、压力和时间。
你想啊，要是温度稍微高一点，金属就可能融化得一团糟；要是低一点，成型就不完全，结果就是“出师未捷身先死”的惨剧。
所以，控制这些参数，就像是指挥一场交响乐，稍有不慎，整个乐章就会跑调。
1.1 成型工艺在材料成型的大家族中，有很多种不同的工艺。
比如，铸造就像是把金属放进一个模具里，让它冷却后就能得到想要的形状；而冲压则是用刀模和冲头对金属板材施加压力，像切蛋糕一样，把多余的部分剪掉。
还有挤压，这可是一个大块头的工艺，能把金属“挤”成各种长条形、管状的物品。
当然，现代科技的发展给这些工艺也带来了不少新花样。
激光成型、3D打印……这些听起来都像是科幻电影里的情节，但如今都成了现实。
咱们现在能做的，不仅仅是把材料成型，而是用更高效、更环保的方法，来创造出更复杂的结构。
这就好比你把包子馅换成了海鲜，不仅味道不同，形状也更丰富，让人眼前一亮。
2. 材料的选择说到材料，那可是成型工程中至关重要的一步。
选择什么材料，就像选菜做饭一样，不能随便。
比如，要做个坚固耐用的东西，当然得选用金属；如果你想要轻便的工具，塑料无疑是个好选择。
每种材料都有自己的性格，有的硬得像石头，有的软得像棉花。
想要做出好东西，就得了解这些材料的特点，才能灵活运用。
而且，材料的选择不仅仅是看它的外观，还要考虑到它的性能、成本和环境影响。
材料成型控制工程基础考试重点
一、传递函数：对于线性系统，设其输入量为Xr（t），输出量为X0（t），则它的传递函数G （s）是指初始条件为0时，输出量的拉氏变换X0（s）对输入量的拉氏变换Xr（s）之比，即Gs）=X0(s)/Xr(s)。
二、卷积定理：L[Xr(t)*g(t)]=Xr (s)*G（s）两个时间函数之卷积的拉氏变换就等于他们各自拉氏变换的乘积三、鲁棒性：在存在扰动和未建模动态条件下，也就是系统的实际动态与应用数学模型之间误差较大时，系统仍能保持稳定性，基本维持原有设计中控制性能的能力。
它的研究可以从“稳定鲁棒性”和“性能鲁棒性”两方面来区分。
四、极点配置：使闭环控制系统具有预先设定的特征值是控制系统设计方法之一，称为极点配置。
五、比例度Q：使调节器的输出变化达到全量程时输入偏差改变了满量程的百分比。
Q大则比例带宽，Q小则比例带窄。
六、衰减率：衡量振荡过程衰减程度的另一种指标是衰减率，它是指每经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分数，即￥=Y1—Y2/Y1。
￥<0则，Y2>Y1,调节过程是发散振荡的；=0，Y2=Y1,调节过程是等幅振荡的；1>￥>0,则Y2<Y1，调节过程是衰减振荡的；=1时，则Y2=0，调节过程是非周期过程。
七、超调量Q%：最大动态偏差Y1占被调量稳态变化幅值Y（无穷大）的百分数。
它反映系统的平稳性，超调量越大说明系统过度过程越平稳。
一般调速系统Q%可允许在10~35%之间。
对轧钢而言，初轧机要求Q%小于10%，连轧机小于2~5%，卷取机的张力控制不允许有超调量。
八、古典控制理论的控制策略包括：PID控制，smith控制，解耦控制；现代控制理论的策略主要包括：自适应控制，变结构控制；智能控制理论的策略主要包括：模糊控制，专家控制，神经网络控制。
九、古典控制理论研究对象是单输入单输出定常反馈系统，数学基础是拉氏变换，数学模型是传递函数设计分析方法基于频率法和图解法；现代控制理论适用于多输入多输出，时变参数，分布参数，随机参数非线性等复杂控制系统的分析设计，数学基础是矩阵理论，数学模型是状态空间法。
材料成型控制工程基础
材料成型主要金属材料的铸造、锻压、焊接和热处理等需要材料被加热才能够完成的材料成型工艺过程。
1.反馈：将被控对象输出的量经测量装置返回到输入端，经预给定量进行比较后，最终将影响过程控制系统的输出结果。
2.过程控制系统的动态特性:(1)稳定系统(2)非稳定系统(3) 临界系统3.过程控制系统的基本要求：(1)稳稳定性要求是过程控制系统正常工作的首要条件，必须指出，实际控制系统不仅首先要满足稳定性要求，而且还要考虑系统必须要由一定的富余量，以便照顾到系统工作时参数可能会发生变化或有更严重的干扰侵入等。
(2)准系统在调节过程结束后，系统的被调量与稳态量之间的偏差称为稳态误差或静态误差，它是衡量系统稳定精度的一项指标。
(3)快快表示动态性能指标要符合要求，它是衡量形态好坏的依据。
4.衰减比: 是衡量一个振荡过程的衰减程度的指标，等于两个相邻的同向波峰值之比即n=y1/y25.过程输入/输出通道：计算机经过计算、处理后，将结果以数字量的形式输出，同时将数字量转化为适合生产过程控制的量。
因此在计算机和生产过程之间，必须设置信息的传递和变换装置，这个装置就成为~6.计算机输入/输出通道与cpu交换信息的类型（1）数据信息(2)状态信息(3)控制信息7.模拟输入通道各部分电路的作用：（1）传感器：将过程量转换为电信号（2）放大电路：对微弱的电信号进行放大（3）多路转化开关：将多路模拟信号按要求分时输出（4）采样保持：对模拟信号进行采样，在模/数转换期间对采样信号进行保持（5）A/D转换：即模/数转换，将模拟信号转化为二进制数字量（6）接口电路：提供模拟量输入通道与计算机之间的控制信号和数据传送通道8.模拟量输入通道设计应考虑的问题：（1）信号的拾取方式（2）信号的调节（3）模/数转换方式的选择（4）电源配置（5）抗干扰测试9.放大器的类型（特点）（1）测量放大器：具有高输入阻抗，低失调电压、低温度漂移系数和稳定的放大倍数、低输出阻抗的特点。
材料成型及控制工程专业基础设置
材料成型及控制工程专业基础设置引言材料成型及控制工程是一门基础课程，为学习和掌握材料工程的相关知识打下坚实的基础。
该课程主要介绍了材料成型工艺及相应的控制技术，包括材料的选择、加工、成型和加工控制等内容。
本文将详细介绍材料成型及控制工程专业基础设置。
一、课程目标材料成型及控制工程专业基础设置旨在培养学生的材料工程思维和实践能力，使其能够理解和应用材料成型工艺及相应的控制技术。
二、课程内容1.材料成型基础–塑性变形原理–金属材料的塑性加工–非金属材料的成型工艺–材料的破裂与断裂2.材料成型控制–压力控制技术–速度控制技术–流量控制技术3.材料成型工艺–铸造工艺–熔融挤压成形工艺–粉末冶金成形工艺–模压成形工艺4.材料成型设备–压力机–注塑机–挤出机–热压机5.材料成型工艺参数优化–成形速度–温度控制–压力控制三、教学方法1.理论授课：通过讲授基本概念、原理和理论知识，使学生了解材料成型及控制工程的基础知识；2.实验教学：通过实际操作材料成型设备，加深学生对材料成型工艺和控制技术的理解；3.课堂讨论：组织学生进行讨论，激发学生的学习兴趣，并培养学生的分析和解决问题的能力；4.课程设计：组织学生进行课程设计，培养学生的实际动手能力和综合应用能力。
四、考核方式1.平时成绩：包括课堂表现、作业质量等；2.实验成绩：包括实验操作技能、实验报告等；3.期末考试：主要考察学生对课程知识的掌握程度。
五、教材与参考书目•教材：《材料成型及控制工程基础》；•参考书目：–《工程材料学》；–《材料科学与工程导论》；–《材料成型原理与技术》。
六、结语通过学习材料成型及控制工程专业基础设置，学生能够掌握材料成型的基础知识和操作技能，为今后的专业学习奠定良好基础。
同时，该课程还能培养学生的创新意识和实践能力，提高学生解决实际问题的能力。
材科成型成型及控制工程 材料科学与基础
晶粒取向及晶界的影响。 不同时性和相互协调性、细晶强化 4、理解加工硬化、细晶强化、第二相强化、固溶强化产生的原 因和它的实用意义 。
第六章 塑性变形与再结晶
三、塑性变形对金属组织与性能的影响。
• 纤维组织、亚结构细化、形变织构； • 加工硬化、残余应力。 四、回复、再结晶、晶粒长大中金属组织与性能的变化特点。
第一章 原子结构和晶体结构
决定材料性能的两个根本性问题：原子间的结合键和晶体结构 。 1、结合键 原子结合成分子或固体时，原子间产生的相互作用力，称为结 合键。 结合键分为5类： 离子键、共价键、金属键、分子键及氢键。 2、晶体结构 （1）基本概念： 空间点阵、晶格、晶胞、晶体、非晶体、单晶体、多晶体、 晶格常数、配位数、致密度（堆垛密度）；晶面、晶向、 晶面指数、晶向指数、晶面族、晶向族；各向异性、各向 同性
（ 3）掌握金属中常见的 bcc， fcc， hcp三种典型的 晶格类型。
晶格常数 原子半径 原子个数
配位数
体心立方 a
3 a 4
面心立方 a
2 a 4
密排六方 c/a=1.633
1 a 2
2
8
4
12
6
12
致密度
八面体间隙 四面体间隙 原子堆垛方式
0.68
0.155r(6)
0.74
0.414r(4)
第四章 固态扩散
一、基本概念 扩散系数、扩散激活能 二、扩散定律 dc J D( ) • 菲克第一定律： dx 适用于稳定扩散： 扩散速率与浓度梯度成正比，且
扩散方向与浓度梯度方向相反。
2 c c • 菲克第二定律： D 2 x t
适用于非稳定扩散。
扩散的真正驱动力是扩散物质的化学势梯度，
材料成型控制工程基础 第一章
第1章 绪论
1.1材料成型过程控制的特点 1.2材料成型过程控制的基本概念 1.3 材料成型过程控制系统分类
1.1材料成型过程控制的特 点
• • • • • • • • 多变量控制系统，建模困难 干扰因素相当多 加工过程复杂 被控对象多样化 传感方式多样化 执行机构的多样化 动态响应速度低 惯性大
2）控制系统
控制系统
开环系统： 不包含反馈的过程控 制系统，即输出量对 系统的控制作用没有 影响。
பைடு நூலகம்
闭环系统： 包含有反馈的过程控 制系统，即输出量对 系统的给定有直接的 影响。
复合控制系统： 将开环和闭环控制系 统适当地结合在一起， 能够实现复杂而准确 度较高控制任务的控 制系统。
1.3 材料成型过程控制系统 分类
• 按系统给定量的运动规律分 • 按系统中是否包含非线性元件划分
• 按系统的输入输出是否是时间的函数划分 • 按系统的稳态值是否存在误差划分
有差系统 无差系统 线性系统 非线性系统 恒值控制系统 程序控制系统 随动系统
连续系统 离散系统
1.4材料成型过程控制的基 本要求
1.过程控制系统的动态特性：
1.2材料成型过程控制的基 本概念
• 1. 材料成型过程控制系统的基本组成
• 1）反馈 2.基本概念 将被控对象输出的量经测量装置返回到输入端，经与给定量进行比较后， 最终将影响过程控制系统的输出结果。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（1）干扰中有的对控制对象有很大的影响 （2）与被控制量的检测相比，容易检测的干扰居多 （3）多为事先能预想得到的干扰。
3.控制方式的特点
出于电弧焊过程中干扰因素多和被控制量的检测又较困难 (检测性不好 )。 迄今为止，电弧焊工艺所采用的自动控制方式属于完全的反馈系统的例子较少， 而多数是属于干扰控制或前馈控制。 一般说来，它多用在反馈系统中，这时的框图如图 6.1所示。
6.1.4 其它熔焊工艺控制特点
1. 电子束焊接特点 电子束焊接是利用空间定向高速运动的电子束，在撞击工件后将动能转化为热能， 从而使被焊工件熔化，形成焊缝。电子束焊接具有焊接质量好、焊缝深宽比大、 焊接速度高等优点。但是，电子束焊接设备具有成本高、接头准备和加工要求精确、 工件受真空室尺寸限制等缺点。
第6章 焊接过程控制
6.1焊接过程控制特点 6.2焊接质量自动控制必要性 6.3焊接过程传感与控制 6.4焊接过程智能控制
6.1焊接过程控制特点
6.1.1 焊接过程控制一般特点
1. 被控制量选择的特点
（1）由于电弧发出的光、热、声波、飞溅等的干扰， 在其它领域可使用的测量技术在近弧区无法使用。 另外，埋弧焊时因为熔渣的存在也妨碍了有效的测量 （2）电弧焊多半是工件固定电弧移动，要在有电弧的一面检测， 必须使检测器与焊炬连接在一起同时移动。 这样就必须使用能沿焊缝移动的长探测头，这是相当麻烦的。 另外，使用垫板也会使焊缝背面的检测性能变坏。 （3）因为近缝区金属处于不稳定的过程与不平衡状态， 所以对它的检测要测得很准确也是困难的。 因此，在考虑电弧焊的自动控制时，就产生了被控制量检测的困难问题。
6.1.3 电阻焊过程控制特点
1. 电阻焊工艺
电阻焊方法主要有四种，即点焊、缝焊、凸焊及对焊 电阻焊特点在于焊接电流大，通电时间短，设备比较复杂，一次投资大，生产率高， 适于大批量生产。
2. 电阻焊工艺控制特点
点焊影响因素主要来自以下几个方面： （1）焊机通电回路。包括网压波动、焊接回路感抗及阻抗变化。 （2）焊机加压系统。主要是电极压力波动。 （3）电极材料及形状。包括电极磨损、电极表面玷污、电极材料与所焊材料不匹配等问题。 （4）工件。包括被焊材料的表面质量、厚度及其它焊点分流的影响。 （5）冷却条件。包括冷却水冷却状况及电极、工件的散热等因素。
真空电子束焊机组成
2. 激光焊接控制特点 激光焊接是利用原子受激辐射的原理，使工作物质受激励而产生的一种单色性高、 方向性强、亮度高的光束。它是经过光学系统会聚成很小的、高能量的光点， 作为一高能量密度的热源进行焊接的一种方法。 激光焊接设备由激光器、光学系统、电气系统及高精度控制多坐标工作台等四个主要部分组成， 如图6.7 所示。
3. MIG/MAG焊控制特点
MIG 焊是以熔化材料作电极、采用氩气或氦气为保护气体的一种电弧焊方法。 MAG 焊是以熔化材料作电极、采用富氩混合气体作为保护气的一种电弧焊方法。
埋弧焊以连续送进的焊丝作为电极和填充金属。 埋弧焊可以采用较大的焊接电流。与手工焊相比，埋弧自动焊具有焊缝质量高、 生产率高、劳动条件好等优点，但不如手工焊灵活。 特别适合于焊接大型工件的直缝和环缝。
5）脉冲等离子弧焊接 穿孔型、熔入型及微束等离子弧焊接均可以采用脉冲电流法。 基值电流用来维弧，峰值电流用来熔化金属。 脉冲频率一般在 15HZ 以下。脉冲电流法可以提高焊接过程稳定性、 控制全位置焊接焊缝成形、减小热影响区宽度和焊接变形。
6）变极性等离子弧焊接 变极性等离子弧焊接是为了解决铝及其合金的等离子弧焊而提出来的焊接方法。 其电源的原理与交流方波电源相同。
图6.2 干扰控制系统框图
6.1.2 电弧焊过程控制特点 1. 钨极氩弧焊控制特点
钨极氩弧焊是以不熔化材料钨作电极、采用惰性气体氩气为保护气体的一种电弧焊方法。 适合于焊接薄板金属和打底焊。焊缝质量高 。其焊接速度较低 。
2. 二氧化碳气体保护焊控制特点
二氧化碳焊是以熔化材料作电极、采用二氧化碳或二氧化碳和氧气为保护气体 的一种电弧焊方法。电弧穿透力强，焊丝熔化率高，抗锈能力强，不可能实现射流过渡， 通常采用短路过渡方式。Байду номын сангаас主要优点是成本低，熔池容量很小不易流失，从而可以很方便地进行全位置焊接， 它的主要缺点是飞溅较大，焊缝成形不佳，熔深不大，有很大的堆高。
5. 等离子弧焊控制特点
1）穿孔型等离子弧焊接
穿孔型等离子弧焊接实质是等离子弧穿透工件形成小孔（见图 6.3）， 被熔化的金属依靠表面张力和电弧后推的力量形成熔池。 焊枪前进时，小孔在电弧后闭合，形成完全穿透的焊缝。 稳定的小孔焊接过程是不采用衬垫实现单面焊双面一次成形的好方法。
2）熔入型等离子弧焊接
激光焊机组成
熔入型等离子弧焊接方法基本上和钨极氩弧焊相似， 适用于薄板、多层焊缝的盖面及角焊缝的焊接。
图6.3 空孔型等离子弧焊接原理示意图
3）熔化极等离子弧焊接 熔化极等离子弧焊接是等离子弧焊和熔化极气体保护焊相结合的一种方法（见图 6.4）。 图6.4 （a）为钨极结构，等离子弧在钨极与工件之间燃烧，适用于厚板深熔焊接或薄板高速焊接。
图6.1 反馈控制系统附加的前馈控制框图
干扰检测出后容易直接控制的系统如图6.2a所示。 可以利用干扰检测元件和干扰调节元件，在干扰作用达到控制对象以前， 将干扰消除。这种控制方式适合于弧焊中焊缝变动时使用。 对于容易预见的干扰，检测元件也就不必要了。 可用图6.2b的方式使干扰调节元件按照事先编制程序曲给定值工作， 就能对干扰进行补偿。图6.2中的两种方式都属于干扰控制。
图6.4 （b）为水冷喷嘴结构，等离子弧在喷嘴与工件之间燃烧，适用于堆焊。
1—焊丝；2—导电嘴；3—等离子气；4—铜喷嘴；5—保护气； 6—保护罩；7—等离子弧；8—过渡金属；9—钨极 图6.4 熔化极等离子弧焊枪结构示意图
4）微束等离子弧焊接 与普通等离子弧焊接的主要区别是工作时转移弧和非转移弧同时存在， 使小电流的等离子弧十分稳定。目前成为焊接薄件、微型件的有效方法。