CN102284771B - 弧压感应送丝机 - Google Patents

Abstract

本发明公开的弧压感应送丝机，包括送丝机构、控制系统，所述送丝机构包括印刷绕组电机；所述控制系统包括电压控制模块、电机调速及焊接时序控制模块和二次电流通断控制模块，该电压控制模块将输入高电压直流电源转变成稳定的低电压直流电源并输出为送丝机构供电；电机调速及焊接时序控制模块电压控制模块进行控制，将供给送丝机构的印刷绕组电机的电枢电压进行改变，来调节印刷绕组电机转速的变化，从而改变送丝速度或焊丝熔化速度而调整电弧弧长在正常工作范围内；该二次电流通断控制模块通过一单极直流接触器控制送丝机构进行通电工作或断电。本发明具有平稳送丝，提供稳定的电源电压，送丝速度和电弧长度可控，进而提高焊接质量。

Description

弧压感应送丝机

[技术领域]

本发明涉及焊接设备机械领域，尤其涉及一种弧压感应送丝机。

[背景技术]

随着焊接技术在当今的工业生产尤其是我国汽车以及航天企业中的影响越来越大，焊接效率及焊接质量的要求也越来越高，焊接设备的自动化也迫在眉睫。在焊接设备中，有一部性能优良的送丝机机构是极其重要的，送丝的稳定性、送丝精度及送丝与焊接电弧的配合大大的影响着焊缝的性能，在熔化极电弧焊中，送丝不稳定会引起焊接参数波动，在电弧状态及焊丝金属的熔化和过渡过程中缺陷出现频率高；在熔化极电弧焊中，送丝不稳定会影响焊缝成形并容易产生缺陷。这两种情况都会直接导致焊接电弧的不稳定和焊接气孔的产生，从而影响焊接质量。传统电流通断控制系统是通过手动开关或半导体开关实现，但手动开关不能运行于自动工作模式，只能在人工干预的前提下方能正常工作，不适合实时控制过程；半导体开关基于可关断半导体开关器件，此控制系统需要良好的冷却系统(包括散热器、强制冷却通风)，同时需要设计独立的门极驱动控制电路，电路相对复杂，而且占用空间较大，使用不是很方便。再有现有的传统CO2等气体保护焊机送丝机的控制大多采用独立电源等速控制模式，而且需要在电源和送丝机之间连接多芯控制电缆用于送丝机电源和控制信号传输。该模式送丝机主要利用电源特性(恒压特性)来满足焊接短路过程的稳定性，加长电缆适应能力差，不能很好解决各种电流规范下熔化极气体保护焊接的飞溅和过渡过程稳定，此外由于电源与送丝机之间控制电缆的存在，很容易出现断线，可靠性较差。

[发明内容]

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种弧压感应送丝机，其具有设置简单、送丝稳定、电弧长度可控、焊接效果好的特点。

本发明提供的弧压感应送丝机，包括送丝机构、控制系统，所述送丝机构包括印刷绕组电机；所述控制系统包括电压控制模块、电机调速及焊接时序控制模块和二次电流通断控制模块，该电压控制模块将输入高电压直流电源转变成稳定的低电压直流电源并输出为送丝机构供电；电机调速及焊接时序控制模块对电压控制模块进行控制，将供给送丝机构的印刷绕组电机的电枢电压进行改变，来调节印刷绕组电机转速的变化，从而改变送丝速度或焊丝熔化速度而调整电弧弧长在正常工作范围内；该二次电流通断控制模块通过一单极直流接触器控制送丝机构进行通电工作或断电。

本发明提供的弧压感应送丝机还包括保护气体装置和保护气体通断控制模块，其中该保护气体通断控制模块通过一直流电磁阀实现保护气体装置的供气，当该电磁阀内的线圈得电，气阀畅通，保护气体流出；当该电磁阀内的线圈失电，气阀阻断，保护气体停止流出。

所述电压控制模块是采用高频脉宽调制芯片和电压闭环反馈运算电路来控制一绝缘栅双极型晶体管的关断，进而控制绝缘栅双极型晶体管的占空比来实现将输入高电压直流电源转变成稳定的低电压直流电源，并输出为送丝机构和保护气体通断控制模块供电。

所述电机调速及焊接时序控制模块采用逻辑电路进行控制高频脉宽调制芯片的脉宽输出占空比，将供给送丝机构中印刷绕组电机的电枢电压的改变，进而改变送丝速度或焊丝熔化速度。

所述逻辑电路提供下列时序：焊枪开关时序、印刷绕组电机的电流输出时序、保护气体时序、送丝速度时序；其中各时序到来的先后顺序是：保护气体时序、焊枪开关时序、送丝速度时序、印刷绕组电机的电流输出时序；各时序结束的先后顺序是送丝速度时序、焊枪开关时序、印刷绕组电机的电流输出时序、保护气体时序。

所述控制系统还包括用户调节控制模块，该用户调节控制模块包括送丝速度调节开关、恒流/恒压模式选择开关、检气开关、点动送丝开关。

所述二次电流通断控制模块的接触器包括线圈，当该接触器中的线圈得电时接触器的触点闭合使送丝机构通电开始送丝工作；当该接触器中的线圈失电时接触器的触点断开使送丝机构断电。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明采用焊机的电弧电压供电，避免了外部电源和送丝机之间的额外控制电缆，直接利用电机调速及焊接时序控制模块控制电压控制模块中的高频脉宽调制芯片的脉宽输出占空比，将供给送丝机构的印刷绕组电机的电枢电压改变的弧压传感技术，不仅能实现印刷绕组电机转速的变化从而达到改变送丝速度或熔化速度，将电弧弧长调节到正常工作范围内；同时可提高了熔化极气体保护焊机焊接工艺性能和加长电缆适应能力，很好解决熔化极气体保护焊接的飞溅和过渡过程稳定，提高了送丝机的可靠性。

本发明的送丝机构的电压控制模块在电机调速及焊接时序控制模块的调节控制下，为印刷绕组电机提供稳定的电压，可平稳进行送丝；并且焊接电源在任何静外特性模式(恒流/恒压)下都可提供稳定的电源电压，可控制送丝速度和电弧长度，进而提高焊接质量。

[附图说明]

图1为本发明弧压感应送丝机的方框示意图；

图2为本发明弧压感应送丝机的电路图；

图3为本发明的电压控制模块中的电压闭环反馈运算电路示意图；

图4为本发明的电机调速及焊接时序控制模块中的逻辑电路示意图；

图5为本发明的电机调速及焊接时序控制模块实现的时序示意图；

图6为本发明的用户调节控制模块的示意图；

图7为本发明的送丝速度在CC工作模式下的电压与电流关系示意图；

图8为本发明的送丝速度在CV工作模式下的电压与电流关系示意图。

[具体实施方式]

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的弧压感应送丝机，其具体实施方式、结构、特征及其功效，说明如后。

本发明提供的弧压感应送丝机，如图1和图2所示，包括送丝机构1、控制系统5，所述控制系统5包括二次电流通断控制模块51，该二次电流通断控制模块51通过单极直流接触器K1控制送丝机构1进行通电工作，当该接触器K1中的线圈得电时接触器K1的触点闭合使送丝机构1通电开始送丝工作；当该接触器K1中的线圈失电时接触器K1的触点断开使送丝机构1断电。所述送丝机构1的电机采用印刷绕组电机11，印刷绕组电机11结合减速箱12、焊枪13的传动装置(图未示)用于输送焊丝。该印刷绕组电机11的转子质量较轻；动态响应快，转动惯量小；所控制的灵敏度高，机电时间常数一般在50ms左右；碳刷在平面换向，使用寿命较长。外部焊接电源3为送丝机提供焊弧弧压。所述控制系统5还包括电压控制模块52、电机调速及焊接时序控制模块53、用户调节控制模块54、保护气体通断控制模块55，该电压控制模块52是采用高频脉宽调制芯片(如SG3525)和电压闭环反馈运算电路(PI)(请参见图3)来控制绝缘栅双极型晶体管(IGBT)521的关断，进而控制高频脉宽调制芯片上的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)521导通的百分比(占空比)来实现将外部焊接电源3输入高电压如15伏～105伏直流电源转变成稳定的低电压如12伏直流电源，并输出为送丝机构1和保护气体通断控制模块55供电。如图3所示，该电压闭环反馈运算电路通过电压采集端采集电压和电阻R8与R9的基准源进行比较，运算放大器N1A和电阻R12、R22、电容C3构成比例积分电路(PI)，当采集反馈电压VS偏低时，PI电路运算出正偏差去影响高频脉宽调制芯片的占空比；若算出的正偏差低，则占空比高，若正偏差高，则占空比低。该电机调速及焊接时序控制模块53采用逻辑电路(如图4所示，该图中的N3D、N3B均代表运算放大器)进行控制电压控制模块52中的高频脉宽调制芯片的脉宽输出占空比，将供给送丝机构1的印刷绕组电机11的电枢电压的改变，进而实现印刷绕组电机11转速的变化从而达到改变送丝速度或焊丝熔化速度，从而达到将电弧弧长调节在正常工作范围内(电弧电压的正常工作范围是15V-40V)。该逻辑电路中的电压反馈Vs与送丝速度给定电压U45与脉宽占空比的关系是：当电压反馈Vs越高，脉宽占空比越低；当送丝速度给定电压U45越高，脉宽占空比越大。图4a为反馈信号处理电路，图4b为给定信号处理电路。该逻辑电路实现的焊接时序如图5所示，实现下列焊接时序，(a)为焊枪开关时序，(b)为印刷绕组电机11的电流输出时序，(c)为保护气体时序，高电平为工作状态，低电平为非工作状态；(d)为送丝速度时序，幅值越高送丝速度越快。本电机调速及焊接时序控制模块53具有提前送气、滞后断气、慢送丝引弧、电流通断功能。如图6所示，该用户调节控制模块包括送丝速度调节开关61、恒流/恒压(CC/CV)模式选择开关62、检气开关63、点动送丝开关64。其中，送丝速度调节开关61用于调节焊接送丝速度，其对应的与焊接电流的大小与焊丝直径和焊接材料有关；恒流/恒压(CC/CV)模式选择开关62用于选择送丝机匹配的焊机的电源类型。检气开关63用于焊接开始前，检查保护气体有无或调节流量，该开关按下时焊丝不带电。点动送丝开关64用于焊接前，预装焊丝用。该保护气体通断控制模块55通过直流电磁阀551实现保护气体装置4的供气，当该电磁阀551的线圈得电，气阀畅通，保护气体流出；当该电磁阀551的线圈失电，气阀阻断，保护气体停止流出。其中，电压控制模块52和二次电流通断控制模块51集成到PCB1(电路板)板上，保护气体通断控制模块55集成到另一块PCB2板上。

弧压感应送丝机的送丝速度在恒流(CC)工作模式下和恒压(CV)工作模式下的调节原理，具体为：

CC模式指的是匹配工作焊机为恒流输出，焊接电流不随电弧电压的变化而变化。此时为了实现电弧弧长相对稳定，送丝速度必须随电弧电压的改变而改变，当电弧电压变高时，印刷绕组电机11的转速加快，加快送丝速度，从而将电弧长度调整到正常范围，电弧电压也随之降到原来的数值；当电弧电压变低时，印刷绕组电机11的转速变慢，送丝速度减慢，从而将电弧长度同样调整到正常位置，电弧电压也随之升高到原来的数值。如图7所示，当电弧电压由U0突变到U1时，送丝速度加快，熔化速度不变，弧长变短，等到将电弧长度调整到正常位置，电弧电压也随之降到原来的数值U0；当电弧电压由U0突变到U2时，送丝速度减慢，熔化速度不变，弧长变长，等到电弧长度同样调整到正常位置，电弧电压也随之升高到原来的数值U0。

恒压(CV)模式指的是匹配工作焊机为恒压输出，焊接电压不随焊接电流的变化而变化。此时电弧弧长由电源输出电压决定，全过程保持相对稳定。焊丝熔化速度由焊接电流决定，焊接电流越大，焊丝熔化速度越快，焊接电流越小，焊丝熔化速度越慢。送丝速度采用等速送丝。利用电源的自身电弧调节作用就可以满足稳定的焊接过程。如图8所示，当电流由I0突变到I1时，弧长变长，电流减小，焊丝熔化速度变慢而送丝速度不变，等到将电弧长度调整到正常位置，焊接电流也随之升到原来的数值I0；当电流由I0突变到I2时，弧长变短，电流变大，熔化速度变快而送丝速度不变，等到将电弧长度调整到正常位置，焊接电流也随之降到原来的数值I0。

本发明中实现送丝速度和熔化速度是依据下列函数进行控制运算：

弧长(Larc)与电弧电压(Uarc)成正比：送丝速度Vs＝F(Uarc，I，MATERIAL，d，GAS，lw)；送丝速度Vs与焊接电弧电压(Uarc)、焊接电流(I)，焊接材料类型(MATERIAL)(主要是金属材料熔化能量有关)，焊丝直径(d)，保护气体(GAS)类型，干伸长(lw)相关。焊接电压越高、焊接电流越大、材料熔点越低、焊丝直径越细，保护气体活性成分越多，干伸长越大，送丝速度越快，反之以反。

熔化速度Ms＝送丝速度Vs；若熔化速度快于送丝速度，容易引起断弧和焊接气孔，若熔化速度小于送丝速度，容易引起焊接过程潜弧和顶丝。无论快于慢均会导致焊接过程不稳定和焊接缺陷的产生。

本发明提供的弧压感应送丝机可对送丝机构的供电电源、送丝速度、熔丝速度、保护气体的通断和焊接速度进行控制，从而调节电弧弧长在工作范围内，进而将焊丝输送到在合适的位置进行焊接，具有送丝、焊丝稳定，且安全的效果。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述，但是，很显然仍可以做出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明的说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (7)

1.一种弧压感应送丝机，包括送丝机构、控制系统，其特征在于，所述送丝机构包括印刷绕组电机；所述控制系统包括电压控制模块、电机调速及焊接时序控制模块和二次电流通断控制模块，该电压控制模块将输入高电压直流电源转变成稳定的低电压直流电源并输出为送丝机构供电；电机调速及焊接时序控制模块对电压控制模块进行控制，将供给送丝机构的印刷绕组电机的电枢电压进行改变，来调节印刷绕组电机转速的变化，从而改变送丝速度或焊丝熔化速度而调整电弧弧长在正常工作范围内；该二次电流通断控制模块通过一单极直流接触器控制送丝机构进行通电工作或断电。

2.如权利要求1所述的弧压感应送丝机，其特征在于，还包括保护气体装置和保护气体通断控制模块，其中该保护气体通断控制模块通过一直流电磁阀实现保护气体装置的供气，当该电磁阀内的线圈得电，气阀畅通，保护气体流出；当该电磁阀内的线圈失电，气阀阻断，保护气体停止流出。

3.如权利要求2所述的弧压感应送丝机，其特征在于，所述电压控制模块是采用高频脉宽调制芯片和电压闭环反馈运算电路来控制一绝缘栅双极型晶体管的关断，进而控制绝缘栅双极型晶体管的占空比来实现将输入高电压直流电源转变成稳定的低电压直流电源并输出为送丝机构和保护气体通断控制模块供电。

4.如权利要求3所述的弧压感应送丝机，其特征在于，所述电机调速及焊接时序控制模块采用逻辑电路进行控制高频脉宽调制芯片的脉宽输出占空比，将供给送丝机构中印刷绕组电机的电枢电压的改变，进而改变送丝速度或焊丝熔化速度。

5.如权利要求4所述的弧压感应送丝机，其特征在于，所述逻辑电路提供下列时序：焊枪开关时序、印刷绕组电机的电流输出时序、保护气体时序、送丝速度时序；其中各时序到来的先后顺序是：保护气体时序、焊枪开关时序、送丝速度时序、印刷绕组电机的电流输出时序；各时序结束的先后顺序是送丝速度时序、焊枪开关时序、印刷绕组电机的电流输出时序、保护气体时序。

6.如权利要求5所述的弧压感应送丝机，其特征在于，所述控制系统还包括用户调节控制模块，该用户调节控制模块包括送丝速度调节开关、恒流/恒压模式选择开关、检气开关、点动送丝开关。

7.如权利要求1所述的弧压感应送丝机，其特征在于，所述二次电流通断控制模块的接触器包括线圈，当该接触器中的线圈得电时接触器的触点闭合使送丝机构通电开始送丝工作；当该接触器中的线圈失电时接触器的触点断开使送丝机构断电。

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