CN103962686A - 熔化电极电弧焊接熔滴缩颈检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种熔化电极电弧焊接熔滴缩颈检测方法，基于逆变式电源的熔化极焊接系统中需要判断焊接短路和燃弧时，对逆变式电源的输出电流进行采样，计算输出电流的变化斜率，将输出电流的变化斜率分别与短路阈值、燃弧阈值进行比较，作为短路、燃弧是否发生的判断依据。本发明熔化电极电弧焊接熔滴缩颈检测方法对缩颈判断的实时性和真实性好，够改善焊接成型，减少焊接飞溅，以及实现良好的焊接电弧动特性。

Description

熔化电极电弧焊接熔滴缩颈检测方法
[技术领域]
本发明涉及电弧焊接，尤其涉及一种熔化电极电弧焊接熔滴缩颈检测方法。
[背景技术]
传统熔化电极电弧焊接装置的结构如图1所示。焊接电源WPS的输出特性为恒压特性，为焊丝1、电弧2以及母材3提供能量，用以熔化焊丝1、维持电弧2以及加热母材3。焊丝1通过送丝装置4以恒速方式送进，焊丝1送进速度应与焊丝熔化速度保持一致以保证焊接过程稳定。
如图2所示，熔化电极电弧焊接在较低送丝速度时，为保证焊接质量，常常使熔滴处于短路过渡状态，即短路和重新燃弧反复交替发生。t1-t5期间的短路时间Ts内，焊丝与母材处于短路状态，此时焊接电压Vw处于较低的值，焊接电流Iw逐渐增加，焊接能量Pw处于一个较低的值，而在t5-t6的燃弧时间Ta内，电弧和电极电压重新建立，焊接电流Iw逐渐减小，焊接电压Vw逐渐回到控制值。
在基于逆变式电源的焊接系统中，为了获得较好的电弧动特性，改善焊接成型，以及改善焊接飞溅，常常需要在焊接短路和燃弧状态下采取不同的控制策略和控制参数，因此首先需要判断焊接短路的发生和结束。
如图3所示，现有技术1通过采样电源输出端口的电压，通过硬件或者软件滤波后，将其与电压阈值比较。当采样电压小于短路电压阈值时，认定为短路；当采样电压大于燃弧电压阈值时，认定为燃弧。该方法严重受到输出功率线缆长度和焊接电流大小的影响。当输出功率线缆较长或者盘卷时，判断经常失效。
如图4所示，现有技术2通过增加一根平行于输出功率线缆的电压采样线，达到避免现有技术1中受到功率线缆长度造成的影响。但由于增加的电压采样线通常与输出功率线缆绑定在一起，因此不可避免受到电磁感应效应的影响，实际上采样线与功率线就像是两个耦合在一起的电感线圈。该效应导致在有强烈的电压和电流变化的场合下，增加电压采样线的采样效果大打折扣。
如图5所示，现有技术3通过采样焊接电源输出电压，并且通过滤波单元和斜率计算单元计算输出电压斜率，在输出电压斜率出现剧变时，判断短路和燃弧的发生。该方法避免了现有技术1中采用采样电压绝对值进行比较的缺点，但依然存在现有技术2中采样电压值受电磁干扰影响的问题。逆变式焊接电源输出电压的波形中存在大量开关频率谐波，因此在进行电压斜率计算前首先要滤除这些开关频率谐波，该滤波时间常数至少需要达到开关周期的二倍以上。在现有技术下，通常逆变式焊接电源的开关频率在80kHz以下，因此此滤波时间常数至少需要50微秒。而通常的短路到燃弧、燃弧到短路的切换过程在50微秒左右，因此短路和燃弧的判断在开始之前已经面临着延时的可能。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种实时性和真实性好的熔化电极电弧焊接熔滴缩颈检测方法，由此改善焊接成型，减少焊接飞溅，并实现良好的焊接电弧动特性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种熔化电极电弧焊接熔滴缩颈检测方法，基于逆变式电源的熔化极焊接系统中需要判断焊接短路和燃弧时，对逆变式电源的输出电流进行采样，计算输出电流的变化斜率，将输出电流的变化斜率分别与短路阈值、燃弧阈值进行比较，作为短路、燃弧是否发生的判断依据。
以上所述的熔化电极电弧焊接熔滴缩颈检测方法，在逆变式电源的一个开关周期内对输出电流进行多次采样，提高判断短路与燃弧状态的实时性。
本发明熔化电极电弧焊接熔滴缩颈检测方法对缩颈判断的实时性和真实性好，够改善焊接成型，减少焊接飞溅，以及实现良好的焊接电弧动特性。
[附图说明]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是现有技术熔化电极电弧焊接装置的结构示意图。
图2是现有技术熔化电极电弧焊接电流、电压、功率变化的时序图。
图3是现有技术1熔化电极电弧焊接熔滴缩颈检测和控制原理框图。
图4是现有技术2熔化电极电弧焊接熔滴缩颈检测和控制原理框图。
图5是现有技术3熔化电极电弧焊接熔滴缩颈检测和控制原理框图。
图6是本发明熔化电极电弧焊接熔滴缩颈检测原理图。
图7是本发明实施例熔化电极电弧焊接熔滴缩颈检测和控制原理框图。
[具体实施方式]
如图6所示。在基于逆变电源的熔化极焊接过程中，当熔滴短路瞬间和短路过程结束恢复到燃弧的瞬间，系统的时间常数会发生突变，因此焊接电流的斜率会在此时刻发生突变。
如图7所示，本发明实施例以数字信号处理器(DSP)为核心，通过A/D单元采样焊接电流，计算焊接电流斜率，并将此斜率与短路阈值或燃弧判断阈值相比较，作为翻转短路和燃弧状态标志。其中，为了提高判断过程的实时性，对数字信号处理器采样焊接电流的过程实施重复采样，即在一个开关周期内对焊接电流进行多次采样。
图7是本发明关于熔化电极气体保护焊接熔滴短路、燃弧检测和控制原理框图。主电路有数字信号处理器(DSP)控制，DSP内部控制包括电压采样滤波单元，电流采样滤波单元，短路、燃弧检测单元，以及焊接过程控制单元。
当熔化极焊接系统开始工作时，电压和电流信号通过电压检测单元和电流检测单元传入DSP。DSP在逆变式电源的一个开关周期内对电流信号进行多次采样，以使得电流采样信号燃弧和短路瞬间保持连续。电流信号通过多次采样环节后，进入短路、燃弧检测单元。在该单元中，首先通过斜率检测环节将电流绝对值信号转换为电流斜率绝对值信号，然后将此信号通过带有回滞功能的比较单元分别于短路判断点和燃弧判断点进行比较，得到短路成功或者燃弧成功信号。将短路、燃弧检测单元的输出信号传入焊接过程控制单元，对焊机过程进行适当的控制，得到稳定的焊接过程和良好的焊接成型。
本发明以上实施例采用对焊接电流和焊接电流斜率进行判断的方法，电流绝对值不会受输出电缆长度影响，首先可以有效避免现有技术1中由于输出功率线过长或盘卷而造成的短路、燃弧电压判断点失效的问题；其次，由于电流为串联变量，可以省去与功率线缆并联的采样线，因此从根本上解决了现有技术2中的电磁感应干扰问题；本发明以上实施例采用一个开关周期内重复采样的方式，有效避免了现有技术3中电压采样容易受到开关频率纹波以及外部磁场干扰造成的采样失真，进而影响熔滴缩颈判断的情况，提高了缩颈判断的实时性和真实性。
本发明对缩颈判断的实时性和真实性好，够改善焊接成型，减少焊接飞溅，以及实现良好的焊接电弧动特性。

Claims (2)

1.一种熔化电极电弧焊接熔滴缩颈检测方法，其特征在于，基于逆变式电源的熔化极焊接系统中需要判断焊接短路和燃弧时，对逆变式电源的输出电流进行采样，计算输出电流的变化斜率，将输出电流的变化斜率分别与短路阈值、燃弧阈值进行比较，作为短路、燃弧是否发生的判断依据。
2.根据权利要求1所述的熔化电极电弧焊接熔滴缩颈检测方法，其特征在于，在逆变式电源的一个开关周期内对输出电流进行多次采样，提高判断短路与燃弧状态的实时性。
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