CN103079740A - 自动设置mig/mag焊接的焊接参数的方法和用于执行所述方法的控制器 - Google Patents

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Abstract

一种自动设置MIG/MAG焊接的焊接参数的方法，其包括以下步骤：开始(S1)参数设置焊接操作；在所述参数设置焊接操作期间测量(S12)焊接电压且获得(S13)表示焊丝馈送速度的参数；和根据所述测量的焊接电压和所述获得的参数识别(S14)将所述焊接电流映射到所述焊接电压的第二函数。

Description

自动设置MIG/MAG焊接的焊接参数的方法和用于执行所述方法的控制器
技术领域
本发明涉及一种自动设置MIG/MAG焊接的焊接参数的方法。本发明还涉及一种焊接方法，其被细分成执行焊接测试以导出焊接参数的参数设置焊接操作，和基于参数设置焊接操作期间所导出的焊接参数的后续焊接操作。本发明还涉及一种被配置用来执行所述方法的控制器。
背景技术
MIG/MAG焊接是一种其中电极被持续送往工件的焊接过程。电源产生焊接电压和焊接电流。在焊接过程期间，主要通过由电源产生的电弧加热工件。部分通过电极中随着焊接电流流动通过电极伸出部分而产生的电力，且部分通过由电弧本身产生的热来加热电极。电极伸出部分是自由焊丝端与接触尖端之间出现过渡到电极的电流的焊丝的一部分。焊接过程的基本控制旨在实现对应于电极馈送速度的电极熔化速度。焊接过程的另一个基本控制是实现在可取的金属过渡模式中操作焊接过程。控制的其它目的（例如）可以是影响传递到工件的热量。
在三个基本金属过渡模式的一个中发生MIG/MAG焊接。在短弧焊接中，通过短路熔滴而发生从电极到工件的材料运输。在图2中示意地公开短弧焊接过程。因为所述过程由交替电弧和短路熔滴的过渡组成，所以电极与工件之间的平均电压变低，且因此到基材的热传递将保持适度。
当所供应的电力增加时，一个进入混合电弧区，此处通过短路熔滴和非短路熔滴的混合物而发生材料运输。引起难以控制的不稳定电弧，其具有许多焊接飞溅物和焊接烟雾的风险。通常在这个区中避免焊接。
在足够高的供应电力下，过程进入喷射区，此处通过没有短路的精细分散的小熔滴而发生材料运输。飞溅物的量明显比短弧焊接中少。供应到基材的热将在此更大，且所述方法主要适合于更厚的工件。
在喷射区中，通过使用控制电源的先进控制器，脉冲焊接是可能的。在脉冲焊接中，控制器控制焊接电流的波形以确保一个接一个地适当掐断熔滴。每个脉冲分离一个熔滴，且熔滴变得足够小而不会短路。这种方法导致从喷射区以低焊接飞溅物的形式的优点而没有较大热传递的缺点。
焊接电源可由其静态特性和动态特性来描述。电源的静态特性描述在恒定负载条件下输出电压如何取决于输出电流。电源的动态特性描述在变化负载条件下输出电压如何取决于输出电流。
经常在静态电压-电流图（U-I图）中呈现焊接能源的静态特性。可在电压对时间的图以及电流对时间的图中，或随着加工点移动而在时间上评估的电压对电流的图中呈现动态特性。
焊接能源的静态特性和动态特性均影响焊接过程。由于静态特性与动态特性之间的相互干扰，所述过程的最优化较困难。
焊接机器中电源的静态特性必须适合焊接过程所选择的金属过渡模式。适合短弧焊接的MIG/MAG机器被视作具有略微减小特性的恒定电压源，每100A通常是3V。这可对比于TIG焊接机器，在TIG焊接机器中取而代之电流是恒定的。
在不太成熟的焊接机器中具有电极馈送速度的设置旋钮和从焊接机器中的焊接变压器选择若干电压出口的一个的设置旋钮。这可被控制用于产生焊接电压的晶闸管上的点火角的轮所取代。在现代变极机器中，焊接电压可以以较大精度控制。对比于具有晶闸管或需要适合每个焊接方法和焊接情况的步骤控制的变压器的其它电源构造，具有开关模式电源和微处理器控制的晶体管的现代变极器技术提供静态特性和动态特性两者的更快和更精确的控制。
对于焊接操作者来说，针对特定电极速度选择适当的电压参考值可能较困难，因为适当参考值取决于如电极材料、电极尺寸和保护气体类型的这些因素。现今的焊接机器中通常包括在焊接机器的控制计算机中以适当焊接参数的形式针对上文提及的影响因素值的不同组合（所谓的协同作用线）体验各种电极馈送速度。对于影响因素的所有组合生产这类线表示以测试焊接和文档整理形式的大量工作。此外，电极质量可能在不同的递送之间变化，且因此导致先前测试的协同作用线不再运作。此外，现在在没有指定气体组合物的情况下用供应商的特定名称销售保护气体。这也导致适合于所有焊接情况的具有预定量的协同作用线上的问题。即使随后重复明显相同的焊接情况也并不总是成功，因为气体的组合物或焊接电极可能已在没有注意到的情况下被制造商改变。显然，当焊接新的批次时这会导致棘手的不确定性。
发明内容
本发明的目的是通过减少开始焊接过程时必须考虑的因素的数量而促进不同焊接情况的焊接。
通过根据权利要求1的自动设置MIG/MAG焊接的焊接参数的方法来实现这个目的。
根据本发明，在所述参数设置焊接操作期间检测以当前焊丝馈送速度的响应焊接电流。可通过形成许多焊接周期的平均值而检测焊接电流。可在焊接周期的部分或或者在整个焊接周期上形成平均值。所述部分可由具有基值电流的周期或峰值电流的周期而形成，或或者由基值周期和峰值周期两者的部分而形成。出于本发明的目的，所检测的电流足够表示焊接过程。
表示焊丝馈送速度的参数可以是实际的焊丝馈送速度，或或者焊接电流。焊接控制器使用测量的焊接电压和焊接电流以识别将表示焊丝馈送速度的所述参数映射到所述焊接电压的第二函数。
通过第二函数识别控制块中的焊接控制器根据焊接电压和表示焊丝馈送速度的参数识别第二函数。第二数据对定义焊接电压/焊丝馈送速度的空间中的操作点。一组第二数据对定义焊接电压/焊丝馈送速度的空间中的一组操作点。定义焊接电压与所述参数（表示不同材料的焊丝之间的焊丝馈送速度）之间的关系的函数可被存储在所述第二函数识别控制块可访问的存储器中。通过识别焊接电压/焊丝馈送速度的空间中的操作点，或通过使操作点的组线性回归，可选择最佳地表示电流焊接操作的函数。在一个实施方案中，根据表示以零焊丝馈送速度时的焊接电压的数据确定使用于焊丝的材料。已经表明，不同材料和焊丝材料的不同厚度在焊接电压/焊丝馈送速度的空间中以不同函数描述，且这些函数在零或近似零的焊丝馈送速度时容易被分离。在此应注意，可通过收集定义焊接电压/焊丝馈送速度的空间中的一组操作点的数据对而获得第二函数。在实际焊接操作点处收集数据对。可识别描述焊接电压与焊丝馈送速度之间的关系的第二函数。这个函数将被定义在实际焊接操作点以外，如以零焊丝馈送速度的焊接。因此，虽然可能无法以零焊丝馈送速度执行焊接，但是可使用第二函数的以零焊丝馈送速度的值，以将材料的类别彼此分开。第二函数可（例如）是一组数据对的函数的最小二乘调适。
因此焊接控制器可在焊丝确定控制块中根据所识别的第二函数自动确定当前所使用的焊丝材料类别。焊丝材料类别的实例是低合金钢、高合金钢和铝合金。如上文所提出，可通过取决于第二函数的值使用定义材料或焊接材料的类别的查询表，或通过将第二数据对或多个第二数据对与第二函数（其本身表示特定材料）匹配来根据第二函数获得以零焊丝馈送速度的焊接电压值而执行焊丝材料类别的确定。
一般而言，第二函数Ф形成了从表示焊丝馈送速度的参数到焊接电压的线性映射，U=Ф(v)。虽然可预期更复杂的函数，但是焊接电流与焊接电压之间的关系可适当地表述为
Figure BDA00002584191400051
在此，U是焊接电压且v是表示焊丝馈送速度的参数。用表示焊丝馈送速度的参数值和焊接电压，第二函数Ф可由可通过焊接控制器中的直接操作而确定的参数值
Figure BDA00002584191400052
表示。因此对于特定的材料类别，第二函数将焊接电流映射到焊接电压。可通过记录对于不同焊接电压和焊丝馈送速度的各种焊接条件时的各种焊丝材料和焊丝厚度的测试中所收集的数据而建立映射。因为测试取决于对于特定焊接电流施加适当的焊接电压，所以当前所使用的焊丝材料的确定可与通过相对于短弧百分比值调节参考电压而自动设置焊接电压一起完成。所组合的方法实现了可对于许多种焊接电极尺寸和材料而操作焊接机器。
对于不同电极材料、电极尺寸和保护气体类型，将在很大程度上不再需要测试的协同作用线的需求，且因此在焊接期间用来自不同供应商和来自不同生产批次的焊丝和气体增加了适当重复精确度的安全性。
一旦已经通过设置适当的焊丝馈送速度和可取焊接电流而考虑焊丝材料和焊丝尺寸，就可确定焊丝的粗滴区过渡电流。粗滴区过渡电流是表示粗滴区的电流。粗滴区是金属过渡模式从短路转变到喷射之处，或反之亦然。对于选择的但未定义的焊丝材料和尺寸，可根据上文所述根据第一函数和第二函数自动确定适当的焊丝馈送速度和焊接电流。
视需要，自动设置MIG/MAG焊接的焊接参数的方法始于开始参数设置焊接操作的步骤。在参数设置焊接操作中，收集数据以后续使用于持续焊接操作中。可例如在废金属的测试件上执行参数设置焊接操作。以选择的焊丝速度执行参数设置焊接操作，其中焊丝具有可能未知的焊丝尺寸。在参数设置焊接操作期间，操作者开始焊接过程，且持续从几秒到通常小于一分钟的一段时间。在这段时间内，焊接过程的控制电压适合当前的焊丝材料、气体和焊丝馈送的组合。执行控制电压的调适以选择提供在多个焊接周期上具有短路条件的良好可重复性的稳定焊接条件的控制电压。可通过改变控制电压来执行选择，且在选择具有良好稳定性的控制电压之后记录关于焊接过程稳定性的度量。可由操作者选择参数设置参考电压，或如本发明的实施方案中在参数设置焊接操作中自动确定。以如W02007/032734中所解释的方式，可通过控制短路百分比而执行自动确定适当控制电压，以实现参考电压的可取设置值。在选择控制电压的最初稳定期之后，可在参数设置焊接操作时收集数据。最初稳定期通常延续几秒。
根据本发明，在所述参数设置焊接操作期间检测以当前焊丝馈送速度的响应焊接电流。可从焊接控制器提供响应焊接电流，所述焊接控制器具有感测焊接电流的传感器。可通过形成许多焊接周期的平均值而检测响应焊接电流。可在焊接周期的部分或或者在整个焊接周期上形成平均值。所述部分可由具有基值电流的周期或峰值电流的周期而形成，或或者由基值周期和峰值周期两者的部分而形成。出于本发明的目的，所检测的电流足够表示焊接过程。
可从已被操作者或确定适当焊丝馈送速度的控制器设置焊丝馈送速度的焊接控制器或从感测焊丝馈送速度的传感器获得焊丝馈送速度。
所检测的响应焊接电流和当前焊丝馈送速度可被收集为数据对或数据对的组。
通过第一函数识别控制块中的焊接控制器根据所检测的响应焊接电流和当前焊丝馈送速度来识别第一函数ψ。数据对定义焊接电流/焊丝馈送速度的空间中的操作点。一组数据对定义焊接电流/焊丝馈送速度的空间中的一组操作点。定义焊接电流与（不同尺寸的焊丝之间的）焊丝馈送速度之间的关系的函数可存储在所述第一函数识别控制块可访问的存储器中。通过识别焊接电流/焊丝馈送速度的空间中的操作点，或通过使操作点的组线性回归，可选择最佳地表示电流焊接操作的函数。每个函数表示焊丝材料和厚度的特定焊接情况。通过实验确定函数组，以收集描述焊接电流与不同材料和不同焊丝厚度的焊丝馈送速度之间的关系。结果作为一组第一函数存储在控制器的存储器中。
可通过使用定义焊接电流与一组焊接条件的焊丝馈送速度之间的关系的函数来插入定义焊接电流与一组焊接条件的焊丝馈送速度之间的关系的查询表而执行第一函数的确定，其中通过选择所存储的函数的适当参数值或通过用于识别焊接电流与（焊接电流与不同操作条件的焊丝馈送速度之间的）一组存储的关系中的焊丝馈送速度之间所选择的关系的任何方式而选择第一函数。
一般而言，第一函数ψ形成从响应焊接电流到当前焊丝馈送速度的线性映射。虽然可预期更复杂或较不复杂的函数，但是焊接电流与焊丝馈送速度之间的关系可适当地表述为v=k*Ip。在此v是焊丝馈送速度，I是焊接电流，且p是1与2之间的数字。这个关系可对于具有不同尺寸和不同材料的一组焊丝成立。特定材料和尺寸的适当函数的特征在于k和p的值。用所检测的响应焊接电流和当前焊丝馈送速度，可由焊接控制器中的直接操作来确定第一参数值k和p。
此外，由焊接控制器根据第一函数和可取焊接电流确定可取焊丝馈送速度。这通过根据第一函数和可取焊接电流确定焊丝馈送速度的焊丝馈送速度控制块中的焊接控制器来执行。可通过将可取焊接电流作为输入数据采用，且通过使用定义第一函数的函数或通过定义第一函数的任何其它方式插入定义第一函数的查询表，将可取焊接电流使用为内部数据而执行可取焊丝馈送速度的确定。可通过操作者选择或由控制器确定可取焊接电流。
视需要，可取焊接电流可如下确定。操作者可将要被焊接的工件的实际厚度设置为到焊接控制器的输入数据。焊接控制器包括可取焊接电流映射函数，其将工件厚度映射到可取焊接电流。通过使用定义工件厚度与可取焊接电流之间的关系的函数，或通过定义工件厚度与可取焊接电流的关系的任何其它方式，可以定义工件厚度与可取焊接电流之间的关系的查询表的形式提供可取焊接电流映射函数。可通过以常规方式收集焊接数据而产生查询表和/或函数。由焊接控制器通过使用可取焊接电流映射函数而确定可取焊接电流。一般而言，可取焊接电流映射函数形成从工件厚度到可取焊接电流的线性映射。可取焊接电流可另外取决于工件材料。工件材料可由操作者键入控制器中，或或者以下文公开的方式由控制器自动确定。虽然可预期更复杂的函数，但是工件厚度与可取焊接电流之间的关系可适当地表述为I=k1*T+k2*T2。在此I是焊接电流，且T是工件厚度。参数k1和k2可取决于工件材料。通过输入表示工件厚度的数据，可确定可取焊接电流。
通过使用根据本发明的自动设置MIG/MAG焊接的焊接参数的方法，消除了对手动设置焊丝馈送速度或通过使用反映整个焊接情况的复杂协同作用线的需求，且被自动设置从可取焊接电流确定的焊丝馈送速度而取代。视需要，从来自选择工件厚度的操作者的输入而自动确定可取焊接电流。从而降低了设置焊接条件的复杂性。
通过在参数设置焊接操作期间在短弧金属过渡模式中操作MIG/MAG焊接设备，可建立稳定的参数设置焊接操作。
在短弧金属过渡模式中，电极处的状态在短路与（焊丝端（电极端）与工件之间的）电弧之间交替。焊接电流源的动态属性确定短路的时间。在正常焊接期间，每次短路应该是0.5毫秒到40毫秒。通过以所属领域技术人员已知的方式适当地标注焊接变压器、电感器和电路中的内部电阻以及电感器的感应系数而产生适当的动态属性。在现代机器中，电感器经常是电子种类的，即，包括硬件和软件的过程调节器。特定而言，动态属性可在持续期间在与焊接有关的开始过程时变化。焊接机器的动态属性确定在焊接过程期间可多快地控制和调整焊接电流。因此通过在过程调节器中定义短路期间的电流增长率，过程调节器给出影响每个短路过程的属性。机器的静态特性主要由过程调节器中的所述内部电阻或其等价物来定义。
视需要，参数设置焊接操作包括建立由短路时间和电弧时间定义的短弧焊接过程。焊接控制器可被设置用来以以下方式控制电极的熔化效率：如果总周期时间的测量短路时间超过定义的可调整设置值，那么熔化效率增加，且如果所述短路百分比下降到低于所述设置值，那么熔化效率减小，其中周期时间是短路时间和电弧时间之和。
通过使短路时间相对于周期时间的百分比维持为恒定于可取设置值，获得容许在不同外部影响因素（如接触尖端与工件之间的距离变动）下的焊接的良好效果。周期时间是焊接周期期间短路时间和电弧时间之和。
视需要，根据所述短路百分比值确定电压参考值U参考。电压参考值U参考被调适使得获得当前短路百分比。因此，在参数设置焊接操作期间使用确定短路百分比值实现了自动设置用于控制焊接操作的适当电压参考值。此外，实现了容许使用不同保护气体组合物。
视需要，在参数设置焊接操作期间测量焊接电压和表示焊丝馈送速度的参数。可通过形成许多焊接周期的平均值而检测焊接电压。可在焊接周期的部分或或者在整个焊接周期上形成平均值。所述部分可由具有基值电流的周期或峰值电流的周期而形成，或或者由基值周期和峰值周期两者的部分而形成。出于本发明的目的，所检测的电流足够表示焊接过程。
表示焊丝馈送速度的参数可以是实际的焊丝馈送速度，或或者焊接电流。焊接控制器使用测量的焊接电压和焊接电流以识别将表示焊丝馈送速度的所述参数映射到所述焊接电压的第二函数。
通过第二函数识别控制块中的焊接控制器根据焊接电压和表示焊丝馈送速度的参数识别第二函数。第二数据对定义焊接电压/焊丝馈送速度的空间中的操作点。一组第二数据对定义焊接电压/焊丝馈送速度的空间中的一组操作点。定义焊接电压与所述参数（表示不同材料的焊丝之间的焊丝馈送速度）之间的关系的函数可被存储在所述第二函数识别控制块可访问的存储器中。通过识别焊接电压/焊丝馈送速度的空间中的操作点，或通过使操作点的组线性回归，可选择最佳地表示电流焊接操作的函数。在一个实施方案中，根据表示以零焊丝馈送速度时的焊接电压的数据确定使用于焊丝的材料。已经表明，不同材料和焊丝材料的不同厚度在焊接电压/焊丝馈送速度的空间中以不同函数描述，且这些函数在零或近似零的焊丝馈送速度时容易被分离。在此应注意，可通过收集定义焊接电压/焊丝馈送速度的空间中的一组操作点的数据对而获得第二函数。在实际焊接操作点处收集数据对。可识别描述焊接电压与焊丝馈送速度之间的关系的第二函数。这个函数将被定义在实际焊接操作点以外，如以零焊丝馈送速度的焊接。因此，虽然可能无法以零焊丝馈送速度执行焊接，但是可使用第二函数的以零焊丝馈送速度的值，以将材料的类别彼此分开。第二函数可（例如）是一组数据对的函数的最小二乘调适。
因此焊接控制器可在焊丝确定控制块中根据所识别的第二函数自动确定当前所使用的焊丝材料类别。焊丝材料类别的实例是低合金钢、高合金钢和铝合金。如上文所提出，可通过取决于第二函数的值使用定义材料或焊接材料的类别的查询表，或通过将第二数据对或多个第二数据对与第二函数（其本身表示特定材料）匹配来根据第二函数获得以零焊丝馈送速度的焊接电压值而执行焊丝材料类别的确定。
一般而言，第二函数Ф形成了从表示焊丝馈送速度的参数到焊接电压的线性映射，U=Ф(v)。虽然可预期更复杂的函数，但是焊接电流与焊接电压之间的关系可适当地表述为
Figure BDA00002584191400101
在此，U是焊接电压且v是表示焊丝馈送速度的参数。用表示焊丝馈送速度的参数值和焊接电压，第二函数Ф可由可通过焊接控制器中的直接操作而确定的参数值
Figure BDA00002584191400111
表示。因此对于特定的材料类别，第二函数将焊接电流映射到焊接电压。可通过记录对于不同焊接电压和焊丝馈送速度的各种焊接条件时的各种焊丝材料和焊丝厚度的测试中所收集的数据而建立映射。因为测试取决于对于特定焊接电流施加适当的焊接电压，所以当前所使用的焊丝材料的确定可与通过相对于短弧百分比值调节参考电压而自动设置焊接电压一起完成。所组合的方法实现了可对于许多种焊接电极尺寸和材料而操作焊接机器。
对于不同电极材料、电极尺寸和保护气体类型，将在很大程度上不再需要测试的协同作用线的需求，且因此在焊接期间用来自不同供应商和来自不同生产批次的焊丝和气体增加了适当重复精确度的安全性。
一旦已经通过设置适当的焊丝馈送速度和可取焊接电流而考虑焊丝材料和焊丝尺寸，就可确定焊丝的粗滴区过渡电流。粗滴区过渡电流是表示粗滴区的电流。粗滴区是金属过渡模式从短路转变到喷射之处，或反之亦然。对于选择的但未定义的焊丝材料和尺寸，可根据上文所述根据第一函数和第二函数自动确定适当的焊丝馈送速度和焊接电流。
通过控制取决于短弧百分比值的参考电压来控制焊接过程的可能性实现了至少部分进入喷射区的稳定焊接。在喷射区的较冷部分中，仍然存在较小百分比的短路熔滴过渡。用2%至5%的短路百分比设置，也获得了喷射区（有时根据RapidArc的概念提及）的这个部分的稳定控制。然而在纯短弧焊接期间，适当的短路百分比是17%至25％，并且已经表明21%是适当的。如果较冷的焊接是可取的，那么增加所述百分比且反之亦然。电流源、电极馈送器或调整箱上应存在具有这个功能以调整短路百分比的设置值的输入装置。
焊丝材料和焊丝尺寸的自动检测实现了粗滴区过渡电流的自动确定。因此所提出的实施方案实现了当所述可取焊接电流增加到等于或大于粗滴区过渡电流的值时，将短路百分比从第一较大值调整到第二较小值，且当可取焊接电流降低到等于或小于粗滴区过渡电流的值时，将短路百分比从第二较小值调整到第一较大值。
本发明还涉及一种焊接方法，其包括如上文所定义的在参数设置焊接操作期间自动设置MIG/MAG焊接的焊接参数的步骤，其接着是在参数设置焊接操作期间由焊接参数或焊接参数组控制持续焊接过程。
视需要，本发明涉及一种焊接方法，其中操作者选择工件厚度，且焊接控制器在参数设置焊接操作期间自动确定可取焊接电流、可取焊丝馈送速度、电压参考值U参考，其中在操作者之后，并且将可取焊接电流、可取焊丝馈送速度和电压参考值U参考作为控制参数而执行持续焊接操作。可根据由焊接控制器收集的数据自动检测焊丝材料。
附图说明
将在下文参考附图而更详细地描述本发明的实施方案，其中
图1示意地公开了用于MIG/MAG焊接的装置，
图2公开了当短弧焊接期间熔滴在焊接电极与工件之间过渡时电流和电压如何变化，
图3示意地公开了被配置用来执行根据本发明的方法的焊接控制器的架构，
图4示意地示出一组不同的第一函数ψ1、ψ2、ψ3、ψ4和一组第一数据对Q1、Q2、Q3。
图5示意地示出在焊接电压/焊丝馈送速度的空间中的一组第二函数Ф。
图6示出根据本发明的方法的实施方案的方框图。
具体实施方式
图1公开了用于MIG/MAG焊接的焊接设备。所公开的焊接设备包括焊接机器10，其具有被调适用来将焊接能量或熔化电力供应到电极7的电源1。优选地，电源1包括变极器电源。焊接机器10上提供电极馈送器2。电极馈送器2被调适用来将电极7送到焊接炬3。焊接炬3经由焊接电缆连接到电极馈送器2、焊接机器10和气体容器4。焊接炬3包括气体喷嘴5和导电管6，电极7通过其而被送到工件8附近的位置。焊接气体从气体容器4供应到在气体喷嘴5与导电管6之间封闭的空间。
此外，焊接设备包括焊接控制器20。焊接控制器20包括通用控制器21，其被配置用来通过对将要焊接的工件设置适当的静态特性和动态特性而控制焊接电流和电压。通用控制器21还被配置用来调节电极馈送器2的馈送速度。通用控制器21明确地设置参考电压U参考，其在焊接过程期间被使用为平均电压的参照。除了由通用控制器21执行的用于设置参考电压和定义焊接电流和焊接电压的形状的常规控制功能之外，焊接控制器20还包括一组控制块以实现根据本发明的自动设置MIG/MAG焊接的焊接参数的方法的操作。
图3示意地公开了焊接控制器20的架构，其被配置用来执行根据本发明的方法。焊接控制器20包括第一函数确定控制块22。在第一函数识别控制块22中，根据所检测的响应焊接电流I检测和当前焊丝馈送速度v识别第一函数。当前焊丝馈送速度可从通用控制器21经由路径a)而收集，或者由感测焊丝馈送速度的传感器23检测。可从具有用于感测焊接电流的传感器24的通用控制器21提供响应焊接电流I检测。
取决于制造单个还是多个样品，当前焊丝馈送速度v和焊接电流I形成第一数据对或第一组数据对。
第一数据对定义了焊接电流/焊丝馈送速度的空间中的操作点。一组数据对定义焊接电流/焊丝馈送速度的空间中的一组操作点。定义焊接电流与（不同尺寸的焊丝之间的）焊丝馈送速度之间的关系的函数可存储在所述第一函数识别控制块可访问的存储器中。通过识别焊接电流/焊丝馈送速度的空间中的操作点，或通过使操作点的组线性回归，可选择最佳地表示电流焊接操作的第一函数ψ。
一般而言，第一函数ψ形成从响应焊接电流到当前焊丝馈送速度的线性映射，即v=ψ(I)。虽然可预期更复杂或较不复杂的函数，但是焊接电流与焊丝馈送速度之间的关系可适当地表述为v=k*Ip。在此v是焊丝馈送速度，I是焊接电流，且p是1与2之间的数字。这个关系可对于不同尺寸和不同材料的一组焊丝成立。特定材料和尺寸的适当第一函数ψ可取决于k和p的值。用所检测的响应焊接电流和当前焊丝馈送速度，可由焊接控制器中的直接操作来确定第一参数值k和p。在将要确定两个参数值的情况中，需要至少两个数据对v、I。在简单的模型中，对于可应用于焊机的一组焊接条件，p可以是已知的。因此可根据单个数据对识别第一函数ψ。
可通过使用定义焊接电流I与焊丝馈送速度v之间的关系的函数且确定描述所述函数的适当系数，或通过用于识别定义焊接电流I与焊丝馈送速度v之间的关系的适当第一函数的任何其它方式来插入定义焊接电流I与焊丝馈送速度v之间的关系的查询表而执行第一函数ψ的确定。
图4中示意地示出在焊接电流/焊丝馈送速度的空间中的一组不同的第一函数ψ1、ψ2、ψ3、ψ4和一组第一数据对Q1、Q2、Q3。表示不同的第一函数的数据可存储在存储器区25中。通过收集第一数据对，可以常规方式执行最佳地表示数据对的第一函数的第一数据对的识别。
出于确定第一函数ψ的目的，第一函数确定控制块22可访问存储所述关系的存储器区25和用于执行计算的处理器构件27。在一个实施方案中，可通过建立参数值（例如如上文定义的描述第一函数的k和p）而识别第一函数。存储器和处理器构件可与焊接控制器20的其它控制块共享，或局部地配置在控制块中。因为所存储的关系可以足够的精确度描述为简单的线性函数，所以可使用提供第一函数的度量的硬接线解决方案。
操作者可将要被焊接的工件的实际厚度设置为到焊接控制器20的输入数据。可由操作者经由操作者界面26键入实际厚度T。
焊接控制器还包括可取焊接电流控制块28，其根据输入的厚度确定可取焊接电流。这可通过将工件厚度映射到可取焊接电流的可取焊接电流映射函数而执行。可通过使用定义工件厚度与可取焊接电流之间的关系的函数，或通过定义工件厚度与可取焊接电流之间的关系的任何其它方式来以定义工件厚度与可取焊接电流之间的关系的查询表的形式提供可取焊接电流映射函数。可通过以常规方式收集焊接数据而产生查询表和/或函数。通过使用可取焊接电流映射函数，在可取焊接电流控制块28中根据所述实际厚度T确定了可取焊接电流。
一般而言，可取焊接电流映射函数形成从工件厚度到可取焊接电流的线性映射。虽然可预期更复杂的函数，但是工件厚度与可取焊接电流之间的关系可适当地表述为I=k1*T+k2*T2。在此I是焊接电流，且T是工件厚度。
出于确定可取焊接电流I可取的目的，可取焊接电流控制块28可访问存储可取焊接电流映射函数的存储器区25以及用于执行计算的处理器构件27。存储器和处理器构件可与焊接控制器20的其它控制块共享，或局部地配置在控制块中。
提供焊丝馈送速度控制块30以根据第一函数ψ（根据第一函数确定控制块22提供）以及可取焊接电流I可取（根据可取焊接电流控制块28提供）确定可取焊丝馈送速度V可取。可通过使用定义焊接电流与第一函数之间的关系的函数，或通过定义焊接电流与第一函数之间的关系的任何其它方式来通过插入定义焊接电流与第一函数之间的关系的查询表而执行确定。在由一组参数（其在第一函数识别控制块中确定）描述第一函数ψ的情况中，可取焊接电流控制块28将使用确定的参数以计算可取焊接电流。
例如，在第一函数识别控制块中，可根据响应焊接电流和当前焊丝馈送速度确定表达式v=k*Ip中的k和p。一旦确定了k和p，就可确定可取电流的可取焊丝馈送速度。
出于确定可取焊丝馈送速度v可取的目的，焊丝馈送速度控制块30可访问存储定义第一函数的关系的存储器区25以及用于执行计算的处理器构件27。存储器和处理器构件可与焊接控制器20的其它控制块共享，或局部地配置在控制块中。因为所存储的关系可以足够的精确度描述为简单的线性函数，所以可使用提供第一函数的度量的硬接线解决方案。
可取焊丝馈送速度经由通信通道c而转送到通用控制器21，以经由通信通道d控制电极馈送器2。
焊接控制器20可视需要包括传感器32，其被调适用来感测电极7与工件8之间的短路，以及传感器34，其被调适用来感测电极7与工件8之间的电弧。短路百分比值确定控制块36和传感器32一起形成用于建立短路时间（即，短路持续时间）的构件。短路百分比值确定控制块36和传感器34一起形成用于建立电弧时间（即，电弧持续时间）的构件。在短路百分比值确定控制块36中，以直接的方式确定短路百分比值短路%。短路百分比值短路%被转送到焊接电压参考值确定控制块38，此处确定参考电压U参考的修正项Δ。参考电压电压U参考的修正项Δ经由通信通道e被转送到调适所述参考电压的通用控制器21。因此通用控制器21被调适用来以如果总周期时间（其中周期时间是短路时间和电弧时间之和）的测量短路时间超过定义的可调整设置值，那么能量供应增加，且如果所述短路百分比下降到低于所述设置值，那么能量供应减小的这种方式来控制供应到电极7的能量。结果，通用控制器21将短路百分比维持在恒定、可取的设置值。
本发明的一个实施方案可用于使短路百分比维持为恒定在可取设置值。这通过使通用控制器21以常规方式给电源适当的静态特性和动态特性以产生可取短路百分比而实现。
然而作为替代，所述实施方案也可以在没有任何特定的过程调节器的更简单的机器中执行，如晶闸管控制的焊接电流源。在这种情况中，本实施方案的调节器直接控制焊接机器1的晶闸管的点火角。
视需要，通过电压计40测量焊接电压。从传感器23或经由可从通用控制器21获得的数据确定表示焊丝馈送速度的参数。提供第二函数确定控制块42以识别第二函数Ф。第二函数确定控制块42使用所测量的焊接电压和表示焊丝馈送速度的参数值以确定将表示焊丝馈送速度的参数映射到焊接电压的第二函数Ф，即，U=Ф(v)。
如已在前文指出，焊接电压和表示焊丝馈送速度的参数值形成了定义在焊接电压/表示焊丝馈送速度的参数的空间中的操作点的第二数据对。一组数据对定义焊接电压/焊丝馈送速度空间中的一组操作点。定义焊接电压与表示（不同材料的焊丝之间的）焊丝馈送速度的参数之间的关系的函数可存储在所述第二函数识别控制块可访问的存储器中。
图5示意地示出焊接电压/焊丝馈送速度空间中的一组第二函数Ф。函数来源于用不同材料和直径的焊丝以不同焊接速度的焊接所执行的测试。对于每个焊接材料，分组在一起的一组函数Ф11、Ф12、Ф13等等通常表示不同焊丝直径。不同焊接材料由不同组的函数Ф11、Ф12、Ф13；Ф21、Ф22、Ф23；Ф31、Ф32、Ф33等等表示。不同组中的函数可在焊接电压/焊丝馈送速度空间中彼此交叉。通过采用适当数量的第二数据对Q4、Q5、Q6，可识别对应于所使用的材料的第二函数Ф。代替存储函数的表示，可通过将参数值调适成一般地描述函数的表达式而识别第二函数Ф。表达式可以是多项式。
通过识别焊接电压/焊丝馈送速度空间中的操作点，或通过使操作点的组线性回归，可识别最佳地表示电流焊接操作的第二函数。在一个实施方案中，根据表示以零焊丝馈送速度的焊接电压的数据确定所使用的材料。已经表明，不同焊丝材料和不同焊丝厚度在焊接电压/表示焊丝馈送速度的参数的空间中用不同函数描述，且这些函数在零或近似零的焊丝馈送速度时容易被分离。因此，可根据自焊接电压和表示焊丝馈送速度的参数识别的特定的第二函数来确定焊接材料。可以任何方式使用信息，使用确定的第二函数U=Ф(v)以确定可取焊丝馈送速度的适当的参考电压，以确定特定焊丝材料的可取焊接电压。
用表示焊丝馈送速度的参数和焊接电压，可通过第二函数确定控制块42中的直接操作而确定第二函数Ф。
出于确定第二函数Ф的目的，第二函数确定控制块42可访问存储所述关系的存储器区25以及用于执行计算的处理器构件27。存储器和处理器构件可与焊接控制器20的其它控制块共享，或局部地配置在控制块中。
在一个实施方案中，当前所使用的焊丝材料的识别可与通过相对于短弧百分比值调节参考电压而自动设置焊接电压一起完成。所组合的方法实现了可对于许多种焊接电极尺寸和材料而操作焊接机器。
视需要，焊接控制器20可包括焊丝确定控制块44，其根据由第二函数确定控制块42提供的第二参数自动确定当前所使用的焊丝材料和焊丝尺寸。这可取决于所识别的第二函数而在定义材料或材料类别的查询表中执行。
因此焊接控制器可根据焊丝确定控制块中的识别的第二函数自动确定当前所使用的焊丝材料。这可如上文所提出，通过取决于第二函数的值使用定义材料或材料类别的查询表，或通过将第二数据对或多个第二数据对与第二函数（其本身表示特定材料）匹配来根据第二函数获得以零焊丝馈送速度的焊接电压值而执行。代替实际确定所使用的焊丝材料，从第二函数确定控制块42的输出可用于产生可取电流校正参数I校正，其含有校正可取焊接电流控制块28中产生的可取电流的信息。或者，从第二函数确定控制块42的输出可以是到可取焊接电流控制块28的输入。可经由通信通道f发生通信。
此外，可提供粗滴区过渡电流确定控制块46。在粗滴区过渡电流确定控制块46中，可根据焊丝材料和尺寸确定粗滴区过渡电流以用于焊接。一旦已在焊丝确定控制块44中根据第二参数确定了焊丝材料和焊丝尺寸，就可从查询表收集粗滴区过渡电流。粗滴区过渡电流是表示金属过渡模式从短弧转变到喷射弧的粗滴区的电流，或反之亦然。
通过控制取决于短弧百分比值的参考电压来控制焊接过程的可能性实现了至少部分进入喷射区的稳定焊接。在喷射区的较冷部分中，仍然存在短路熔滴过渡的较小百分比。用2%至5%的短路百分比调整，也获得了喷射区（有时根据RapidArc的概念提及）的这个部分的稳定控制。然而在纯短弧焊接期间，适当的短路百分比是17%至25%，并且已经表明21%最适合于作为初始值。如果较冷的焊接是可取的，那么增加所述百分比，且反之亦然。电流源、电极馈送器或调整箱上应存在具有这个功能以调整短路百分比的设置值的输入装置。
焊丝材料和焊丝尺寸的自动检测实现了粗滴区过渡电流的自动确定。因此所提出的实施方案实现了当所述可取的焊接电流增加到等于或大于粗滴区过渡电流的值时，将短路百分比从第一较大值调整到第二较小值，且当可取焊接电流降低到等于或小于粗滴区过渡电流的值时，将短路百分比从第二较小值调整到第一较大值。当所述可取焊接电流增加到等于或大于粗滴区过渡电流的值时短路百分比从第一较大值到第二较小值的调整，以及当所述可取焊接电流降低到等于或大于粗滴区过渡电流的值时短路百分比从第二较小值到第一较大值的调整在短路百分比调整控制块48中执行，其取决于焊接装置在短路模式中或在喷射模式的较少部分中操作而设置适当的短路百分比。操作者输入装置50可调整短路百分比的设置值。
图6示出一种焊接方法的实施方案的方框图，所述方法包括在参数设置焊接操作期间自动设置MIG/MAG焊接的焊接参数的步骤。自动设置焊接参数的步骤接着的是由焊接参数或参数设置焊接操作期间的焊接参数设置而控制持续焊接过程。
视需要，在第一步骤S0中，参数设置焊接操作包括建立由短路时间和电弧时间定义的短弧焊接过程。在正在操作短弧焊接过程的情况中，在后续步骤S10中计算短路百分比值短路%。在随后的步骤S11中，以如果总周期时间（其中周期时间是短路时间和电弧时间之和）的测量短路时间超过定义的可调整设置值，那么熔化效率增加，且如果所述短路百分比下降到低于所述设置值，那么熔化效率减小的这种方式来控制电极的熔化效率。可通过设置适当的参考电压U参考而完成控制。
在步骤S1中开始参数设置焊接操作。这可由操作者执行焊接过程或由操作者经由操作者输入界面指示应开始参数设置操作而自动开始。步骤S1可视需要在步骤S0之前，且由方框S2至S7定义的自动参数设置过程可与由方框S10至S17定义的自动参数设置过程并行运行，过程之间可能具有信息交换。
在参数设置焊接操作期间，在步骤S2中检测响应焊接电流。在步骤S3中获得设置的焊丝馈送速度。在步骤S4中识别将所述响应焊接电流映射到所述设置焊丝速度的第一函数ψ。这可通过识别适当的参数值k和p而完成，或者可选择以解码格式存储在存储器中的一组函数中的函数。所述选择可以基于从一组数据对和每个存储的函数计算最小偏差。在步骤S5中，从操作者界面获得将要焊接的工件的实际厚度。操作者也可以从步骤S10至S15的并行过程将所述过程中使用的焊丝材料输入到操作者界面，或自动导出焊丝材料以及视需要导出焊丝尺寸。
在步骤S6中根据工件的设置的实际厚度确定可取焊接电流。在步骤S7中根据第一函数和可取焊接电流确定可取焊丝馈送速度。
视需要，步骤S10至S15与由步骤S1至S7定义的过程并行执行。步骤S16至S17也可以与步骤S1至S7并行执行。在步骤S12中测量焊接电压，且在步骤S13中测量表示焊丝馈送速度的参数值。这个参数值可以是焊丝馈送速度或焊接电流。在步骤S14中，根据测量的焊接电压和表示焊丝馈送速度的参数值确定将表示焊丝馈送速度的所述参数值映射到所述焊接电压的第二函数。在步骤S15中，根据第二函数确定焊丝材料以及视需要确定焊丝尺寸。步骤S15中导出的定义焊丝材料以及视需要导出的焊丝尺寸的信息可被转送到步骤S6以确定可取焊接电流。
视需要，自动设置MIG/MAG焊接的焊接参数的方法包括步骤S16，其中根据步骤S15中确定的定义焊丝材料的信息来确定粗滴区过渡电流。在步骤S17中，当所述可取焊接电流增加到等于或大于所述粗滴区过渡电流的值时，短路百分比从第一较大值调整到第二较小值，且当可取焊接电流降低到等于或小于所述粗滴区过渡电流的值时，短路百分比从第二较小值调整到第一较大值。
有利地，在参数设置焊接操作期间，焊接电压、焊接电流和焊丝馈送速度作为数据三联体而记录，根据其确定可取焊丝馈送速度和可取焊接电流，以通过以上文所述的方式识别第一函数和第二函数而使用于持续焊接操作中。

Claims (18)

1.一种自动设置MIG/MAG焊接的焊接参数的方法，其包括以下步骤：
-开始(S1)参数设置焊接操作；
其特征在于：
-在所述参数设置焊接操作期间测量(S12)焊接电压和获得(S13)表示焊丝馈送速度的参数；和
-根据所述测量的焊接电压和所述获得的参数识别(S14)将表示焊丝馈送速度的所述参数映射到所述焊接电压的第二函数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于
-根据所述第二函数确定取决于焊丝材料的焊接参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于
-根据所述第二函数确定(S15)焊丝材料。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于取决于根据所述第二函数确定的所述焊丝材料而根据所述工件的所述设置的实际厚度确定所述可取焊接电流。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于根据所述确定的焊丝材料确定(S16)粗滴区过渡电流。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于当所述可取焊接电流增加到等于或大于所述粗滴区过渡电流的值时，将所述短路百分比从第一较大值调整(S17)到第二较小值，且当所述可取焊接电流降低到等于或小于所述粗滴区过渡电流的值时，将所述短路百分比从第二较小值调整到第一较大值。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于以下步骤：
-在所述参数设置焊接操作期间检测(S2)以当前焊丝馈送速度的响应焊接电流；
-根据所述响应焊接电流和所述当前焊丝馈送速度识别(S4)将焊接电流映射到焊丝馈送速度的第一函数；
-确定可取焊接电流；
-根据所述第一函数和所述可取焊接电流确定(S7)可取焊丝馈送速度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于
-设置(S5)将要焊接的工件的实际厚度；和
-根据所述工件的所述设置的实际厚度确定(S6)所述可取焊接电流。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述第一函数形成线性映射。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述线性映射表述为v=k*Ip，其中v是所述焊丝馈送速度，I是所述电流且p是1与2之间的值。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其特征在于所述参数设置焊接操作包括建立(S0)由短路时间和电弧时间定义的短弧焊接过程，以及通过以下方式来控制(S11)电极的所述熔化效率:如果总周期时间的测量短路时间超过定义的可调整设置值，那么所述熔化效率增加，其中所述周期时间是所述短路时间和所述电弧时间之和，且如果所述短路百分比下降到低于所述设置值，那么熔化效率减小。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于根据所述短路百分比值确定电压参考值U参考。
13.一种焊接方法，其包括在参数设置焊接操作期间根据权利要求1至12中任一项所述自动设置MIG/MAG焊接的焊接参数的步骤，其接着是在所述参数设置焊接操作期间由所述焊接参数或焊接参数组控制持续焊接过程。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于选择工件厚度，根据在所述参数设置焊接操作期间收集的数据自动确定所述可取焊接电流、所述可取焊丝馈送速度和所述电压参考值U参考，且将所述可取焊接电流、所述可取焊丝馈送速度和所述电压参考值U参考作为控制参数而执行持续焊接操作。
15.一种用于自动设置MIG/MAG焊接的焊接参数的焊接控制器(20)，其包括：
-第一函数识别控制块(22)，其被配置用来根据检测的响应焊接电流I检测和当前焊丝馈送速度v确定第一函数ψ，所述第一函数ψ定义所述焊接电流I与所述焊丝馈送速度v之间的关系；和
-焊丝馈送速度控制块(30)，其被配置用来根据由所述第一函数确定控制块(22)提供的所述第一函数ψ和根据由所述可取焊接电流控制块(28)提供的所述可取焊接电流I可取确定可取焊丝馈送速度v可取。
16.根据权利要求15所述的焊接控制器(20)，其包括：
-操作者界面(26)，其被配置用来接收关于工件的实际厚度T的操作者信息；和
-可取焊接电流控制块(28)，其被配置用来根据所述实际厚度T确定可取焊接电流。
17.根据权利要求15或16所述的焊接控制器(20)，其特征在于所述焊接控制器(20)包括额外控制块，其用于执行根据权利要求2至12中任一项所述的方法。
18.一种MIG/MAG焊接装置，其包括电源1、被调适用来将电极(7)送到焊接炬(3)的电极馈送器(2)，和被配置用来控制由所述电源供应到所述焊接炬的所述焊接电流和电压的焊接控制器(20)，其特征在于所述焊接控制器(20)还包括：焊接控制器，用于根据权利要求13至15中任一项所述而用于自动设置MIG/MAG焊接的焊接参数。
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