钢轨闪光焊质量在线诊断技术研究
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摘要
钢轨焊接是高速铁路铺设工程中的关键环节。目前，我国铁路轨道工程中应用的多种合金钢轨，强度高，耐磨性好，但可焊性较差，而现有焊轨装备质量监控手段尚不完善，使线路存在安全隐患。因此，系统开展钢轨闪光焊质量在线诊断技术研究十分重要。
本文针对K190JIK钢轨焊机控制系统存在参数修改困难、焊接过程不够稳定、无焊接质量在线诊断功能等问题，采用日本三菱公司FX2N-64MR可编程序控制器、研华工控PCL—1800数据采集卡等为核心控制部件，对焊机的整机控制系统进行了全面升级。运用软件LabVIEW和VB开发了数据采集系统，完善了焊接稳压、调压、电流恒值控制与智能调节功能，利用VB建立了焊接质量在线诊断系统，并完成了系统组装调试与工艺试验研究工作。
结果表明：新型控制系统参数设置修改方便，控制柔性好，动态响应速度快，焊接过程稳定；焊接参数采集系统抗干扰能力强、数据可靠；以闪光时间百分比等焊接过程特征量为判据诊断焊接质量效果好，实用性强；当动立柱的前进、后退速度相同且为低速时，钢轨接头中灰斑缺陷数量最少。
The welding of the steel rail is a key technology in express railway's laying process. The alloy steel rail, which is used widely in the railway engineering in our country, has poor weldability although it has high intensity and excellent wearing capacity, and the means of quality control in rail welding equipment is still not perfect, which leads to the hidden safety trouble in railway. Therefore, it is very important to research on-line quality diagnosis technique in rail flash butt welding process systematically.
Aiming at the problems of the K190JIK rail welding machine, that the parameter modification is difficult, the welding process is not enough stability and the welding machine has no on-line diagnosis function, In this paper, the control system of the welding machine was promoted completely adopting the FX2N-64MR programmable logic controller and the PCL-1800 data acquisition card, the DAS(Data Acquisition System) was set up by using LabVIEW and Visual Basic software, the functions of welding voltage stabilizing and adjusting, current controlling and intellectual modification was improved, welding quality diagnosis system was built up, and the assembling and debugging of the control system was completed, including the process experiments.
The result shows that the new control system has convenient parameter modification, perfect controlling flexibility, rapid dynamic response speed, stable welding procedure; The DAS of welding parameters has strong ability of anti-disturbance and the data is reliable. The control effect and practicability of the diagnosis system judging the welding quality are both good by using the characteristic values of welding process such as the percentage of the flashing time. Gray-spots flaw in flash welding joints of rail is the least when the pole moves to and fro at the same velocity and the speed is slow.
本文针对K190JIK钢轨焊机控制系统存在参数修改困难、焊接过程不够稳定、无焊接质量在线诊断功能等问题，采用日本三菱公司FX2N-64MR可编程序控制器、研华工控PCL—1800数据采集卡等为核心控制部件，对焊机的整机控制系统进行了全面升级。运用软件LabVIEW和VB开发了数据采集系统，完善了焊接稳压、调压、电流恒值控制与智能调节功能，利用VB建立了焊接质量在线诊断系统，并完成了系统组装调试与工艺试验研究工作。
结果表明：新型控制系统参数设置修改方便，控制柔性好，动态响应速度快，焊接过程稳定；焊接参数采集系统抗干扰能力强、数据可靠；以闪光时间百分比等焊接过程特征量为判据诊断焊接质量效果好，实用性强；当动立柱的前进、后退速度相同且为低速时，钢轨接头中灰斑缺陷数量最少。
The welding of the steel rail is a key technology in express railway's laying process. The alloy steel rail, which is used widely in the railway engineering in our country, has poor weldability although it has high intensity and excellent wearing capacity, and the means of quality control in rail welding equipment is still not perfect, which leads to the hidden safety trouble in railway. Therefore, it is very important to research on-line quality diagnosis technique in rail flash butt welding process systematically.
Aiming at the problems of the K190JIK rail welding machine, that the parameter modification is difficult, the welding process is not enough stability and the welding machine has no on-line diagnosis function, In this paper, the control system of the welding machine was promoted completely adopting the FX2N-64MR programmable logic controller and the PCL-1800 data acquisition card, the DAS(Data Acquisition System) was set up by using LabVIEW and Visual Basic software, the functions of welding voltage stabilizing and adjusting, current controlling and intellectual modification was improved, welding quality diagnosis system was built up, and the assembling and debugging of the control system was completed, including the process experiments.
The result shows that the new control system has convenient parameter modification, perfect controlling flexibility, rapid dynamic response speed, stable welding procedure; The DAS of welding parameters has strong ability of anti-disturbance and the data is reliable. The control effect and practicability of the diagnosis system judging the welding quality are both good by using the characteristic values of welding process such as the percentage of the flashing time. Gray-spots flaw in flash welding joints of rail is the least when the pole moves to and fro at the same velocity and the speed is slow.
引文
【1】 张未等，《铁路跨区间无缝线路》，中国铁道出版社，2000年
【2】 C ，2000
【3】 高磊，“钢轨闪光焊质量监控系统设计”，西南交通大学学士论文，2002年
【4】 山本隆一，“钢轨焊接技术的现状”，《新线路》，2000年
【5】 丁成钢等，“钢轨闪光对焊接头断裂研究”，《焊接技术》，1996年
【6】 侯启孝等，“控制钢轨接触焊灰斑的正交优化研究”，《铁道学报》，1997年
【7】 戴虹等，“合金钢轨闪光焊灰斑缺陷研究”，《西南交通大学学报》，1997年
【8】 郑恩贵等，“闪光焊灰斑的性质及其成因的研究”，《金属学报》，1987年
【9】 Reiff R., Emerging technologies for improved rail flaw detection, Railway Track & Structures, 2000
【10】 Speno's new high-speed rail testing system for Japan, Track & Signal.2001
【11】中国机械工程协会焊接协会、电阻焊(3)专业委员会编著，《电阻焊理论与实践》，机械工业出版社，1994年
【12】赵熹华编著，《压力焊》，机械工业出版社，1994年
【13】中国机械工程学会焊接学会编，《焊接手册》第一卷，机械工业出版社，1992年
【14】刘中青等，“闪光对焊焊接白斑的形成及消除措施”，《焊接技术》，1995年
【15】周斌，“可编程序控制器的历史现状与未来”，94北京国际PLC展览会综述
【16】陈大中等，“钢轨接触焊灰斑缺陷的研究”，北京：铁道部科学研究院研究报告，1989年
【17】张宝昌，“接触焊焊接钢轨产生灰斑的分析研究”，《铁道工务》，1993年
【18】汪德宇，陈大中等，“钢轨钢闪光焊工艺参数对灰斑缺陷生成的影响研究”，
北京：铁道部科学研究院研究报告，1992年
【19】E J Funk, An analytical investigation of the temperature distribution during resistance welding. Welding Journal, 1986.
【20】彭瑜，“可编程序控制器市场、技术及其应用”，《工业控制计算机》，1994年
【21】Kuchuk-yatsenko S I, Kazymov B I, Krivenko V G, Flashing welding of large high-strength steel pipe, Welding Journal, 1990.
【22】Irving Bob. The search goes on for the perfect resistance welding control[J].Welding Journal, 1996,5:27-30
【23】Pekkari B. Welding of railway equipment, Railway Technology International. 1989
【24】瑞士施拉特公司，“Gaas80型次级整流式钢轨对焊机”，《电焊机》，1977年
【25】田大超，《测试技术》，大连铁道学院，1982年
【26】王志中，《钢轨焊接工》，中国铁道出版社，1995年
【27】李劲，GAas80/580技术资料译本，南昌
【28】杨来顺主编，《钢轨焊接工》，中国铁道出版社，2000年
【29】Ph.D.K.Riebold: Machinery and equipment for modern track construction. Der Eisenbahningenieur, 1996
【30】Judge T., Fusing old and new in rail welding, Railway Track & Structures, 2000
【31】RWMS monitors quality of rail welding, Railway Gazette International ,2001.
【32】顾战松等，《可编程控制器原理及应用》，国防工业出版社，1996年
【33】袁任光，《可编程控制器应用技术与实例》，华南理工大学出版社，1997年
【34】王兆义，《小型可编程控制器实用技术》，机械工业出版社，1997年
【35】李景学等编著，《可编程序控制器应用系统设计方法》，电子工业出版社，1995年
【36】JOSSE P. Development of programmable process controllers for resistance
welding. Welding in the world,1986,24(4).
【37】郑慧，“钢轨闪光焊智能控制优化技术研究”，西南交通大学硕士学位论文，1998年
【38】李英林等，“可编程序控制器在自动化焊接设备中的开发应用”，《Welding Technology》，1994年
【39】李鸿吉编著，《Visual Basic6.0编程方法详解》，科学出版社，2001年
【40】杨乐平等编著，《LabVIEW程序设计与应用》，电子工业出版社，2001年
【41】贺安之等，《现代传感器原理及应用》，宇航出版社，1995年
【42】王化祥等，《传感器原理及应用》，天津大学出版社，1999年
【43】田凤桐编，《机电设备机器控制》，机械工业出版社，1998年
【44】肖宗祥主编，《数据采集原理》，西北工业大学出版社，2001年
【45】张琳娜，刘武发编著，《传感检测技术及应用》，中国计量出版社，1999年
【46】Total Solution for pc-based Automation 研华产品目录
【47】戴虹等，“к190пк钢轨焊机新型程控调压系统的研究”，西南交通大学学报，1998年
【48】NSWDC直流位移传感器说明书
【49】周世恒，“к190пк钢轨闪光焊机PLC控制系统的研究”，西南交通大学硕士学位论文，1997年
【50】杨乐平，《自动化测试与虚拟仪器技术》，国防科技大学出版社，1998年
【51】宗大华等编著，《Visual Basic6.0编程基础教程》，科学出版社，2000年
【52】姜明，“钢轨闪光焊接头质量分析”，西南交通大学学士论文，2002年
【2】 C ，2000
【3】 高磊，“钢轨闪光焊质量监控系统设计”，西南交通大学学士论文，2002年
【4】 山本隆一，“钢轨焊接技术的现状”，《新线路》，2000年
【5】 丁成钢等，“钢轨闪光对焊接头断裂研究”，《焊接技术》，1996年
【6】 侯启孝等，“控制钢轨接触焊灰斑的正交优化研究”，《铁道学报》，1997年
【7】 戴虹等，“合金钢轨闪光焊灰斑缺陷研究”，《西南交通大学学报》，1997年
【8】 郑恩贵等，“闪光焊灰斑的性质及其成因的研究”，《金属学报》，1987年
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【10】 Speno's new high-speed rail testing system for Japan, Track & Signal.2001
【11】中国机械工程协会焊接协会、电阻焊(3)专业委员会编著，《电阻焊理论与实践》，机械工业出版社，1994年
【12】赵熹华编著，《压力焊》，机械工业出版社，1994年
【13】中国机械工程学会焊接学会编，《焊接手册》第一卷，机械工业出版社，1992年
【14】刘中青等，“闪光对焊焊接白斑的形成及消除措施”，《焊接技术》，1995年
【15】周斌，“可编程序控制器的历史现状与未来”，94北京国际PLC展览会综述
【16】陈大中等，“钢轨接触焊灰斑缺陷的研究”，北京：铁道部科学研究院研究报告，1989年
【17】张宝昌，“接触焊焊接钢轨产生灰斑的分析研究”，《铁道工务》，1993年
【18】汪德宇，陈大中等，“钢轨钢闪光焊工艺参数对灰斑缺陷生成的影响研究”，
北京：铁道部科学研究院研究报告，1992年
【19】E J Funk, An analytical investigation of the temperature distribution during resistance welding. Welding Journal, 1986.
【20】彭瑜，“可编程序控制器市场、技术及其应用”，《工业控制计算机》，1994年
【21】Kuchuk-yatsenko S I, Kazymov B I, Krivenko V G, Flashing welding of large high-strength steel pipe, Welding Journal, 1990.
【22】Irving Bob. The search goes on for the perfect resistance welding control[J].Welding Journal, 1996,5:27-30
【23】Pekkari B. Welding of railway equipment, Railway Technology International. 1989
【24】瑞士施拉特公司，“Gaas80型次级整流式钢轨对焊机”，《电焊机》，1977年
【25】田大超，《测试技术》，大连铁道学院，1982年
【26】王志中，《钢轨焊接工》，中国铁道出版社，1995年
【27】李劲，GAas80/580技术资料译本，南昌
【28】杨来顺主编，《钢轨焊接工》，中国铁道出版社，2000年
【29】Ph.D.K.Riebold: Machinery and equipment for modern track construction. Der Eisenbahningenieur, 1996
【30】Judge T., Fusing old and new in rail welding, Railway Track & Structures, 2000
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【32】顾战松等，《可编程控制器原理及应用》，国防工业出版社，1996年
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【35】李景学等编著，《可编程序控制器应用系统设计方法》，电子工业出版社，1995年
【36】JOSSE P. Development of programmable process controllers for resistance
welding. Welding in the world,1986,24(4).
【37】郑慧，“钢轨闪光焊智能控制优化技术研究”，西南交通大学硕士学位论文，1998年
【38】李英林等，“可编程序控制器在自动化焊接设备中的开发应用”，《Welding Technology》，1994年
【39】李鸿吉编著，《Visual Basic6.0编程方法详解》，科学出版社，2001年
【40】杨乐平等编著，《LabVIEW程序设计与应用》，电子工业出版社，2001年
【41】贺安之等，《现代传感器原理及应用》，宇航出版社，1995年
【42】王化祥等，《传感器原理及应用》，天津大学出版社，1999年
【43】田凤桐编，《机电设备机器控制》，机械工业出版社，1998年
【44】肖宗祥主编，《数据采集原理》，西北工业大学出版社，2001年
【45】张琳娜，刘武发编著，《传感检测技术及应用》，中国计量出版社，1999年
【46】Total Solution for pc-based Automation 研华产品目录
【47】戴虹等，“к190пк钢轨焊机新型程控调压系统的研究”，西南交通大学学报，1998年
【48】NSWDC直流位移传感器说明书
【49】周世恒，“к190пк钢轨闪光焊机PLC控制系统的研究”，西南交通大学硕士学位论文，1997年
【50】杨乐平，《自动化测试与虚拟仪器技术》，国防科技大学出版社，1998年
【51】宗大华等编著，《Visual Basic6.0编程基础教程》，科学出版社，2000年
【52】姜明，“钢轨闪光焊接头质量分析”，西南交通大学学士论文，2002年