CN103286420A - 一种电弧焊机及电弧焊接短路判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电弧焊机及电弧焊接短路判定方法，属于焊接技术领域。本发明的电弧焊机包括：采集单元，其用于采集焊机输出的实际焊接电流I和实际焊接电压U；计算单元，其用于根据该采集单元采集的实际焊接电流I和实际焊接电压U计算电弧电阻R；阈值获取单元，其用于获取阈值电阻R₀；比较单元，其用于比较该电弧电阻R与该阈值电阻R₀的大小；以及判定单元，其用于根据该比较单元的比较结果判定是否短路：如果该电弧电阻R小于该阈值电阻R₀，则判定为短路状态；如果该电弧电阻R大于或等于该阈值电阻R₀，则判定为非短路状态。通过本发明的电弧焊机及电弧焊接短路判定方法，可以准确地判定焊条与母材是否处于短路状态。

Description

一种电弧焊机及电弧焊接短路判定方法

[技术领域]

本发明涉及一种根据电弧电阻进行控制的电弧焊机及电弧焊接短路判定方法。 

[背景技术]

电弧焊机通常分为手工电弧焊机和气体保护电弧焊机。 

对于手工电弧焊机，在起弧阶段，由于焊条和母材的温度较低，当焊条和母材发生短路时，容易出现焊条和母材粘连的情况。在焊接过程中，如果焊条和母材发生短路，也可能出现粘连情况。为了解决这个问题，目前普遍的做法是在焊条和母材发生短路时，加大焊机的给定电流，即，增加推力电流。这样可以加快焊条的熔化，从而消除粘连。 

目前，判定是否短路的方法是，判定实际焊接电压是否小于拐点电压（通常为15V）。如果实际焊接电压小于拐点电压，则判定焊条和母材处于短路状态，增加推力电流。如果实际焊接电压大于或等于拐点电压，则判定焊条和母材处于非短路状态，不增加推力电流。 

但是，因为实际焊接电压会随着实际焊接电流的变化而变化，所以这种判定方法无法准确判定是否短路。具体来讲，当实际焊接电压小于拐点电压时，增加推力电流后，必然导致实际焊接电压的升高，当实际焊接电压升高到拐点电压以上时，焊机又会判定为非短路状态，因此会撤销推力电流。撤销推力电流之后，实际焊接电压又会立即降低，当实际焊接电压降低到拐点电压以下时，焊机又会判定为短路状态，因此又会增加推力电流。这个过程反复出现，造成无法准确判断是否短路。 

为了解决这个问题，通常的做法有两个。一个方法是减少推力电流的增加量，使实际焊接电压不会升高到拐点电压以上；另一个方法是延迟输出推力电流。但是，这两种方法都会导致焊机的焊接性能达不到要求，因此，迫切需要一种新的技术用于快速准确地判定焊条和母材之间是否处于短路状态。 

对于气体保护电弧焊机，在焊接过程中，如果焊丝和母材发生短路，则飞溅会比较大。目前普遍的做法是在焊丝和母材发生短路时，进行恒流控制， 从而减小飞溅。但是，在判定是否短路时也存在与手工电弧焊机类似的无法准确判定的问题。所以，也迫切需要一种新的技术用于快速准确地判定焊丝和母材之间是否处于短路状态。 

[发明内容]

[技术问题] 

本发明旨在针对现有技术中的问题，提供一种根据电弧电阻进行控制的电弧焊机及电弧焊接短路判定方法。 

[解决方案] 

本发明提供的电弧焊机包括：采集单元，其用于采集焊机输出的实际焊接电流I和实际焊接电压U；计算单元，其用于根据该采集单元采集的实际焊接电流I和实际焊接电压U计算电弧电阻R；阈值获取单元，其用于获取阈值电阻R₀；比较单元，其用于比较该电弧电阻R与该阈值电阻R₀的大小；以及判定单元，其用于根据该比较单元的比较结果判定是否短路。如果该电弧电阻R小于该阈值电阻R₀，则判定为短路状态；如果该电弧电阻R大于或等于该阈值电阻R₀，则判定为非短路状态。 

本发明提供的应用于电弧焊机的电弧焊接短路判定方法包括：采集步骤：采集焊机输出的实际焊接电流I和实际焊接电压U；计算步骤：根据采集的实际焊接电流I和实际焊接电压U计算电弧电阻R；阈值获取步骤：获取阈值电阻R₀；比较步骤：比较该电弧电阻R和该阈值电阻R₀的大小；以及判定步骤。如果该电弧电阻R小于该阈值电阻R₀，则判定为短路状态，如果该电弧电阻R大于或等于该阈值电阻R₀，则判定为非短路状态。 

[发明有益效果] 

通过本发明的电弧焊机及电弧焊接短路判断方法，可以快速准确地判断焊条与母材是否处于短路状态。 

[附图说明]

图1是本发明第一实施例的电弧焊机的硬件构成图； 

图2是本发明第一实施例的电弧焊机的功能框图； 

图3是本发明第一实施例的电弧焊接短路判定方法的流程图； 

图4是本发明第二实施例的电弧焊机的功能框图； 

图5是本发明第二实施例的电弧焊接短路判定方法的流程图； 

图6是本发明第四实施例的电弧焊机的功能框图； 

图7是本发明第四实施例的电弧焊接短路判定方法的流程图； 

图8是本发明第五实施例的电弧焊机的功能框图；以及 

图9是本发明第五实施例的电弧焊接短路判定方法的流程图。 

[具体实施方式]

本发明的核心思想是，通过判定电弧电阻R是否小于阈值电阻R₀，来判定焊条与母材是否处于短路状态。当电弧电阻R小于阈值电阻R₀时，判定焊条与母材处于短路状态；当电弧电阻R大于或等于阈值电阻R₀时，判定焊条与母材处于非短路状态。 

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。 

[第一实施例] 

下面参照图1描述本发明第一实施例的电弧焊机的硬件构成。 

如图1所示，本发明第一实施例的电弧焊机包括彼此电连接的DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）和传感器。传感器采集实际焊接电流I和实际焊接电压U，并将采集到的信号传送给DSP。在本实施例中，DSP采用德州仪器的TMS320F28035微处理器，但本发明不限于此，也可以采用其它类型的CPU、可编程控制器等。 

下面参照图2描述本发明第一实施例的电弧焊机的功能单元。 

如图2所示，本发明第一实施例的电弧焊机包括采集单元1，计算单元2，阈值获取单元3，比较单元4和判定单元5。采集单元1对应于传感器。计算单元2，阈值获取单元3，比较单元4和判定单元5可以通过DSP运行相应的程序模块实现。 

采集单元1用于在焊接过程中随时采集焊机输出的实际焊接电流I和实际焊接电压U。计算单元2用于根据采集单元1采集的实际焊接电流I和实际焊接电压U计算电弧电阻R。计算公式为R=U/I。阈值获取单元3用于根据采集单元1采集的实际焊接电流I计算阈值电阻R₀。计算公式为R₀=U₀/I。其中，U₀为焊条与母材发生短路时的拐点电压。 

比较单元4用于比较电弧电阻R与阈值电阻R₀的大小。判定单元5用于根据比较单元4的比较结果判定是否短路：如果电弧电阻R小于阈值电阻R₀，则判定为短路状态；如果电弧电阻R大于或等于阈值电阻R₀，则判定为非短路状态。 

[判定方法] 

下面参照图3描述本发明第一实施例的电弧焊接短路判定方法。 

如图3所示，本发明第一实施例的电弧焊接短路判定方法包括以下步骤： 

S11，采集步骤：采集焊机输出的实际焊接电流I和实际焊接电压U。 

S12，计算步骤：根据采集的实际焊接电流I和实际焊接电压U计算电弧电阻R。计算公式为R=U/I。 

S13，阈值获取步骤：根据采集的实际焊接电流I计算阈值电阻R₀。计算公式为R₀=U₀/I。其中，U₀为焊条与母材发生短路时的拐点电压，为了达到理想的焊接性能，U₀会随着给定电流而变化，通常情况下15V≤U₀≤17V。在本实施例中，U₀=15V。 

S14，比较步骤：比较电弧电阻R与阈值电阻R₀的大小。 

S15，判定步骤：如果电弧电阻R小于阈值电阻R₀，则判定为短路状态。如果电弧电阻R大于或等于阈值电阻R₀，则判定为非短路状态。然后返回S11，继续采集实际焊接电流I和实际焊接电压U，重复步骤S11-S15，直到焊接过程结束。 

这样，在焊接过程中，随着焊条与母材之间的距离不断减小，实际焊接电压U会不断减小，电弧电阻R也会不断减小，直到焊条与母材发生短路时，实际焊接电压U小于拐点电压U₀，电弧电阻R也小于阈值电阻R₀。并且只要处于短路状态，电弧电阻R一定小于阈值电阻R₀，不会因为增加推力电流等原因发生改变。因此，以电弧电阻R为基准进行判定能够更加准确地判定是否处于短路状态。 

[第二实施例] 

下面参照图4描述本发明第二实施例。 

本发明的第二实施例与第一实施例的硬件构成和判定方法基本相同，不同之处在于，在第二实施例中，电弧焊机还包括设定单元6，其用于将给 定电流设定为第一电流I₁。在本实施例中，第一电流I₁=100A。焊机根据给定电流输出实际焊接电流I和实际焊接电压U。理论上，实际焊接电流I与给定电流相等。在实际的焊接过程中，实际焊接电流I与给定电流略有差别。 

本实施例中，阈值获取单元3用于设定阈值电阻R₀，其中，阈值电阻R₀=U₀/I₁，U₀是焊条与母材发生短路时的拐点电压，为了达到理想的焊接性能，U₀会随着给定电流而变化，通常情况下15V≤U₀≤17V。在本实施例中，拐点电压U₀=15V。 

设定单元6对应的硬件可以是电位器，或者电位器和运算放大器。 

[判定方法] 

下面参照图5描述本发明第二实施例的电弧焊接短路判定方法。 

如图5所示，本发明第二实施例的电弧焊接短路判定方法包括以下步骤： 

S21，设定步骤：焊接作业者通过设定单元6设定给定电流，在本实施例中，给定电流设定为第一电流I₁=100A。S22，采集步骤：与步骤S11相同。S23，计算步骤：与步骤S12相同。 

S24，阈值获取步骤：设定阈值电阻R₀。设定的方法可以是，将多个电阻值预先存储在焊机中，焊接作业者在焊接之前，先将给定电流设定为I₁，然后根据计算公式R₀=U₀/I₁，选择其中一个预先存储的电阻值作为阈值电阻R₀。 

设定的方法也可以是，将多个基准值预先存储在焊机中，焊接作业者在焊接之前，先将给定电流设定为I₁，然后根据计算公式R₀=U₀/I₁，选择其中一个基准值，并在该基准值的基础上进行微调，从而设定阈值电阻R₀。 

设定的方法还可以是，焊接作业者在焊接之前，先将给定电流设定为I₁，然后根据计算公式R₀=U₀/I₁，通过阈值获取单元3直接输入阈值电阻R₀。 

S25，比较步骤：与步骤S14相同。S26，判定步骤：如果电弧电阻R小于阈值电阻R₀，则判定为短路状态。如果电弧电阻R大于或等于阈值电阻R₀，则判定为非短路状态。然后返回步骤S22，继续采集实际焊接电流I和实际焊接电压U，重复步骤S22-S26，直到焊接过程结束。 

通过上述电弧焊机及电弧焊接短路判定方法，可以更方便地获取阈值电阻R₀。不需要根据采集的实际焊接电流I来计算阈值电阻R₀，只需要在焊接之前，设定一个阈值电阻R₀即可。 

[第三实施例] 

本发明的第三实施例与第二实施例的硬件构成基本相同，不同之处在于，在第三实施例中，阈值获取单元3用于根据设定单元6设定的第一电流I₁计算阈值电阻R₀，其中，阈值电阻R₀=U₀/I₁，U₀是焊条与母材发生短路时的拐点电压，为了达到理想的焊接性能，U₀会随着给定电流而变化，通常情况下15V≤U₀≤17V。在本实施例中，拐点电压U₀=15V。 

本发明的第三实施例与第二实施例的判定方法基本相同，不同之处在于，在第三实施例中，阈值获取步骤是，根据设定的给定电流计算阈值电阻R₀，在本实施例中，给定电流为第一电流I₁=100A，计算公式为R₀=U₀/I₁。 

通过上述电弧焊机及电弧焊接短路判定方法，可以更方便地获取阈值电阻R₀。不需要根据采集的实际焊接电流I来计算阈值电阻R₀，只需要根据设定的给定电流计算阈值电阻R₀。并且，因为理论上给定电流与实际焊接电流I相等，所以根据给定电流计算，也可以得到比较准确的阈值电阻R₀。 

[第四实施例] 

下面参照图6描述本发明的第四实施例。 

本发明的第四实施例与第一实施例的硬件构成和判定方法基本相同，不同之处在于，在第四实施例中，电弧焊机还包括设定单元6和第一控制单元7。设定单元6用于将给定电流设定为第一电流I₁。第一控制单元7用于以如下方式进行控制：如果判定为短路状态，则令给定电流为第二电流I₂，即，增加推力电流。如果判定为非短路状态，则令给定电流为第一电流I₁，即，不增加推力电流。其中，第二电流I₂大于第一电流I₁。 

另外，在本实施例中，阈值获取单元3可以是用于根据采集单元1采集的实际焊接电流I计算阈值电阻R₀的单元，也可以是用于设定阈值电阻R₀的单元，或者是用于根据设定单元6设定的第一电流I₁计算阈值电阻R₀的单元。 

设定单元6对应的硬件可以是电位器，或者电位器和运算放大器。第一控制单元7可以通过DSP运行相应的程序模块实现。 

[判定方法] 

下面参照图7描述本发明第四实施例的电弧焊接短路判定方法。 

如图7所示，本发明第四实施例的电弧焊接短路判定方法包括以下步骤： 

S41，设定步骤：与步骤S21相同。S42，采集步骤：与步骤S22相同。S43，计算步骤：与步骤S23相同。S44，阈值获取步骤：与步骤S24或者步骤S13相同。S45，比较步骤：与步骤S25相同。 

S46，判定步骤：如果电弧电阻R小于阈值电阻R₀，则判定为短路状态。如果电弧电阻R大于或等于阈值电阻R₀，则判定为非短路状态。 

S47，控制步骤：如果判定为短路状态，则令给定电流为第二电流I₂，第二电流I₂大于第一电流I₁，即，增加推力电流。然后返回步骤S42，继续采集实际焊接电流I和实际焊接电压U。 

S48，控制步骤：如果判定为非短路状态，则令给定电流为第一电流I₁，即，不增加推力电流。然后返回步骤S42，继续采集实际焊接电流I和实际焊接电压U。 

这样，在焊接过程中，随着焊条与母材之间的距离不断减小，实际焊接电压U会不断减小，电弧电阻R也会不断减小，直到焊条与母材发生短路时，实际焊接电压U小于拐点电压U₀，电弧电阻R也小于阈值电阻R₀。此时，焊机判定为短路状态，并且将给定电流增大为第二电流I₂，即，增加推力电流。增加推力电流之后，因为焊条和母材仍然处于短路状态，所以电弧电阻R一定小于阈值电阻R₀，不会因为实际焊接电流I发生变化而变化。从而可以保持推力电流，直到焊条熔化，从而避免粘连。 

焊条熔化后，焊条与母材不再处于短路状态，实际焊接电压U增大，电弧电阻R也增大，当实际焊接电压U大于或等于拐点电压U₀时，电弧电阻R也大于或等于阈值电阻R₀。此时，焊机判定为非短路状态，并且将给定电流减小为最初设定的第一电流I₁，即，不再增加推力电流。 

这样，可以准确地判定焊条和母材是否处于短路状态，从而判定是否增加推力电流，避免粘连。因为在整个短路过程中，电弧电阻R一定小于阈值电阻R₀，所以用电弧电阻R作为判定是否短路的基准，可以使判定更加准确。 

[第五实施例] 

下面参照图8描述本发明的第五实施例。 

本发明的第五实施例与第一实施例的硬件构成和判定方法基本相同，不同之处在于，在第五实施例中，电弧焊机还包括第二控制单元27。第二控制单元27用于以如下方式进行控制：如果判定为短路状态，则以恒流方式进行控制，如果判定为非短路状态，则以恒压方式进行控制。 

另外，在本实施例中，阈值获取单元3可以是用于根据采集单元1采集的实际焊接电流I计算阈值电阻R₀的单元，也可以是用于设定阈值电阻R₀的单元。在本实施例中，电弧焊机是气体保护电弧焊机。 

第二控制单元27可以通过DSP运行相应的程序模块实现。 

[判定方法] 

下面参照图9描述本发明第五实施例的电弧焊接短路判定方法。 

如图9所示，本发明第五实施例的电弧焊接短路判定方法包括以下步骤： 

S51，采集步骤：与步骤S42相同。S52，计算步骤：与步骤S43相同。S53，阈值获取步骤：与步骤S44相同。S54，比较步骤：与步骤S45相同。S55，判定步骤：与步骤S46相同。 

S56，控制步骤：如果判定为短路状态，则以恒流方式进行控制。然后返回S51，继续采集实际焊接电流I和实际焊接电压U。 

S57，控制步骤：如果判定为非短路状态，则以恒压方式进行控制。然后返回S51，继续采集实际焊接电流I和实际焊接电压U。 

这样，在焊接过程中，随着焊丝溶滴与母材之间的距离不断减小，实际焊接电压U会不断减小，电弧电阻R也会不断减小，直到焊丝溶滴与母材发生短路时，实际焊接电压U小于拐点电压U₀，电弧电阻R也小于阈值电阻R₀。此时，焊机判定为短路状态，并且进行恒流控制。而且，只要焊丝和母材处于短路状态，电弧电阻R就一定小于阈值电阻R₀，从而可以保持恒流控制，以减小飞溅。 

进入燃弧状态后，实际焊接电压U增大，电弧电阻R也增大，当实际焊接电压U大于或等于拐点电压U₀时，电弧电阻R也大于或等于阈值电阻R₀。此时，焊机判定为非短路状态，并且恢复恒压控制。 

通过上述控制方法，可以准确地判定焊丝与母材是否处于短路状态，从而判定是进行恒压控制，还是进行恒流控制。因为在整个短路过程中，电弧电阻R一定小于阈值电阻R₀，所以用电弧电阻R作为判定是否短路的基准，可以使判定更加准确。 

以上，已参照详细或特定的实施方式，对本发明进行了说明，但本领域技术人员理解：可以在不脱离本发明的精神与范围的前提下进行各种变更 及修正。 

[工业实用性] 

通过本发明的电弧焊机及电弧焊接短路判定方法，可以快速准确地判定焊条与母材是否处于短路状态。 

[附图标记列表] 

1采集单元 

2计算单元 

3阈值获取单元 

4比较单元 

5判定单元 

6设定单元 

7第一控制单元 

27第二控制单元 

Claims (10)

1.一种电弧焊机，其包括：

采集单元(1)，其用于采集焊机输出的实际焊接电流I和实际焊接电压U；

计算单元(2)，其用于根据该采集单元(1)采集的实际焊接电流I和实际焊接电压U计算电弧电阻R；

阈值获取单元(3)，其用于获取阈值电阻R₀；

比较单元(4)，其用于比较该电弧电阻R与该阈值电阻R₀的大小；以及

判定单元(5)，其用于根据该比较单元(4)的比较结果判定是否短路：如果该电弧电阻R小于该阈值电阻R₀，则判定为短路状态；如果该电弧电阻R大于或等于该阈值电阻R₀，则判定为非短路状态。

2.如权利要求1所述的电弧焊机，其特征在于，

所述阈值获取单元(3)用于根据所述采集单元(1)采集的实际焊接电流I计算所述阈值电阻R₀，其中，该阈值电阻R₀＝U₀/I，U₀是焊条与母材发生短路时的拐点电压。

3.如权利要求1所述的电弧焊机，其特征在于，还包括：

设定单元(6)，其用于将给定电流设定为第一电流I₁，

所述阈值获取单元(3)用于设定所述阈值电阻R₀，其中，该阈值电阻R₀＝U₀/I₁，U₀是焊条与母材发生短路时的拐点电压。

4.如权利要求1所述的电弧焊机，其特征在于，还包括：

设定单元(6)，其用于将给定电流设定为第一电流I₁，

所述阈值获取单元(3)用于根据该设定单元(6)设定的第一电流I₁计算所述阈值电阻R₀，其中，该阈值电阻R₀＝U₀/I₁，U₀是焊条与母材发生短路时的拐点电压。

5.如权利要求2至4中任意一项所述的电弧焊机，其特征在于，所述拐点电压U₀为15V至17V。

6.如权利要求1所述的电弧焊机，其特征在于，还包括：

设定单元(6)，其用于将给定电流设定为第一电流I₁，

第一控制单元(7)，其用于以如下方式进行控制：如果判定为短路状态，则令所述给定电流为第二电流I₂；如果判定为非短路状态，则令该给定电流为所述第一电流I₁，该第二电流I₂大于该第一电流I₁。

7.如权利要求1所述的电弧焊机，其特征在于，还包括：

第二控制单元(27)，其用于以如下方式进行控制：如果判定为短路状态，则以恒流方式进行控制；如果判定为非短路状态，则以恒压方式进行控制。

8.一种应用于电弧焊机的电弧焊接短路判定方法，包括：

采集步骤：采集焊机输出的实际焊接电流I和实际焊接电压U；

计算步骤：根据采集的实际焊接电流I和实际焊接电压U计算电弧电阻R；

阈值获取步骤：获取阈值电阻R₀；

比较步骤：比较该电弧电阻R和该阈值电阻R₀的大小；以及

判定步骤：如果该电弧电阻R小于该阈值电阻R₀，则判定为短路状态；如果该电弧电阻R大于或等于该阈值电阻R₀，则判定为非短路状态。

9.如权利要求8所述的应用于电弧焊机的电弧焊接短路判定方法，其特征在于，

所述阈值获取步骤是，根据所述采集步骤采集的实际焊接电流I计算所述阈值电阻R₀，其中，该阈值电阻R₀＝U₀/I，U₀是焊丝与母材发生短路时的拐点电压。

10.如权利要求9所述的应用于电弧焊机的电弧焊接短路判定方法，其特征在于，所述拐点电压U₀为15V至17V。

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