CN104174982B - 一种等离子/氩弧焊焊机系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种等离子/氩弧焊焊机系统，包括PLC控制器，还包括与PLC控制器分别相连的P主控板、T主控板、等离子焊电源、氩弧焊电源，还包括焊机专用冷却系统；所述的P主控板与P电源连接，P主控板控制P电源相连；所述的T主控板与T电源连接，T主控板控制T电源工作；所述的P主控板包括IGBT触发电路一，P电源包括IGBT管群一，当IGBT触发电路一工作时，IGBT管群一的IGBT管接收触发信号后交替导通，等离子焊机工作，反之IGBT管群一的ICBT管全部截止，等离子焊机停止工作；同理T主控板与T电源也一样。本发明的系统及控制方法，将等离子焊机和氩弧焊机做成一体，占地空间小，操作简便。
Description
技术领域
本发明涉及焊接设备领域，特别涉及一种等离子/氩弧焊焊机系统及控制方法。
背景技术
在机械制造领域中，视金属结构工件的不同工艺要求，要用到不同的焊接方法，常见的有氩弧焊，埋弧焊，CO2焊，手工焊等焊接方法。而等离子弧焊技术是在氩弧焊技术基础上发展起来的一种更新型高效的焊接方法。
氩弧焊是一种自由电弧，电弧呈伞状，电弧能量比较分散，故焊缝熔深较小，焊接效率低，热输入量大，但焊缝表面成型好；由于采用惰性气体Ar进行焊缝保护，焊缝综合机械性能好。
等离子电弧是将氩弧焊的自由电弧通过机械压缩；热压缩以及电磁压缩后，形成的一种高能柱状电弧，具有弧柱截面小，电流密度大，电弧挺度好，流速快，穿透力强，电弧温度极高，可以达到50000℃以上，工件无需坡口的情况下，最大可以焊接12mm的钢板，焊接时电弧穿透工件，形成小孔，随着电弧的移动，液态金属从小孔的前方流动到小孔的后方，形成焊缝。与其他焊接方法比较，能量集中，焊接效率高，同时工件的热输入量小，大大减小了焊接变形。
但是现有技术中，等离子焊接电源、氩弧焊焊接电源、冷水机组为独立设备，占地空间大，安装调试联机复杂，需定做专用控制系统，方可将设备有机组合才可以使用，操作复杂，工作稳定性差，控制不精准。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种等离子/氩弧焊焊机系统。
本发明的另一目的在于提供一种等离子/氩弧焊焊机的控制方法。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种等离子/氩弧焊焊机系统，包括PLC控制器，还包括与PLC控制器分别相连的P主控板、T主控板、P电源、T电源；所述的P主控板与P电源连接，P主控板控制P电源工作；所述的T主控板与T电源连接，T主控板控制T电源工作；所述的P主控板包括IGBT触发电路一，P电源包括IGBT管群一，当IGBT触发电路一工作时，IGBT管群一的IGBT管接收触发信号后交替导通，等离子焊机工作，反之IGBT管一的IGBT管全部截止，等离子焊机停止工作；所述的T主控板包括IGBT触发电路二，T电源包括IGBT管群二，当IGBT触发电路二工作时，IGBT管群二的IGBT管接收触发信号后交替导通，氩弧焊焊机工作，反之IGBT管群二的IGBT管全部截止，氩弧焊焊机停止工作。
所述的等离子/氩弧焊焊机系统，还包括与PLC控制器相连的超声波发生器，所产生的高频脉冲电流通过超声波震荡器叠加到焊机输出回路上；所述的焊机输出回路为P电源与等离子焊机的正向接口连接形成的回路，或者为T电源与氩弧焊焊机的正向接口连接形成的回路。超声波的脉冲电流可以起到震荡焊接熔池，改善金属的结晶组织，细化晶粒，同时震荡有利于焊缝熔池中的气泡及其杂质的溢出，获得更加优质的焊缝。
所述的高频脉冲电流的频率为16K赫兹。
所述的等离子/氩弧焊焊机系统，还包括与PLC控制器相连的冷却装置。
本发明的另一目的通过以下的技术方案实现：
一种等离子/氩弧焊焊机的控制方法，包含以下顺序的步骤：
S1.正常状态下，由PLC控制器发出工作指令：
(1)若PLC控制器发出等离子焊机工作指令：P主控板的IGBT触发电路一发出触发信号，P电源的IGBT管群一的IGBT管接收触发信号后交替导通，等离子焊机工作；
(2)若PLC控制器发出氩弧焊焊机工作指令：T主控板的IGBT触发电路二发出触发信号，T电源的IGBT管群二的IGBT管接收触发信号后交替导通，氩弧焊焊机工作；
(3)若PLC控制器发出等离子焊机和氩弧焊焊机同时工作指令：P、T主控板的IGBT触发电路一、二发出触发信号，P、T电源的IGBT管群一、二的IGBT管接收触发信号后交替导通，等离子焊机、氩弧焊焊机工作；
S2.当PLC控制器检测到电源缺相时启动保护：
(1)若PLC控制器检测到P电源缺相：P主控板的IGBT触发电路一不发出触发信号，P电源的IGBT管群一的IGBT管截止，等离子焊机停止工作；
(2)若PLC控制器检测到T电源缺相：T主控板的IGBT触发电路二不发出触发信号，T电源的IGBT管群二的IGBT管截止，氩弧焊焊机停止工作；
(3)若PLC控制器检测到P、T电源缺相：P、T主控板的IGBT触发电路一、二不发出触发信号，P、T电源的IGBT管群一、二的IGBT管截止，等离子焊机和氩弧焊焊机停止工作；
S3.若PLC控制器发出停止工作指令：
(1)若PLC控制器发出等离子焊机停止工作指令：P主控板的IGBT触发电路一不发出触发信号，P电源的IGBT管群一的IGBT管截止，等离子焊机停止工作；
(2)若PLC控制器发出氩弧焊焊机停止工作指令：T主控板的IGBT触发电路二不发出触发信号，T电源的IGBT管群二的IGBT管截止，氩弧焊焊机停止工作；
(3)若PLC控制器发出等离子焊机和氩弧焊焊机同时停止工作指令：P、T主控板的IGBT触发电路一、二不发出触发信号，P、T电源的IGBT管群一、二的IGBT管截止，等离子焊机、氩弧焊焊机停止工作。
所述的等离子/氩弧焊焊机的控制方法，还包括以下步骤：
当等离子焊机或氩弧焊焊机工作时，PLC控制器控制超声波发生器产生高频脉冲电流通过超声波震荡器加在等离子焊机或氩弧焊焊机的输出回路上。
所述的高频脉冲电流的频率为16K赫兹。
所述的等离子/氩弧焊焊机的控制方法，还包括以下步骤：
A、等离子焊枪、氩弧焊焊枪安装有对应的冷却装置，冷却装置的储水箱中安装有高水位开关、补水位开关、低水位开关，其中
当水位高于高水位时，高水位开关由常开变为常闭，PLC控制器检测到高水位开关的状态变化时，控制对应冷却装置的水泵停止向储水箱补水；
当水位低于补水位时，补水位开关由常开变为常闭，PLC控制器检测到补水位开关的状态变化时，控制对应冷却装置的水泵向储水箱补水；
当水位低于低水位时，低水位开关由常闭变为常开，PLC控制器检测到低水位开关的状态变化时，启动保护，停止焊接工作，直至补水到正常水位；
B、等离子焊枪、氩弧焊焊枪安装有对应的冷却装置，冷却装置的水循环管道中安装有水压检测器、水流流速检测器、水温检测器，当水压、水流流速、水温异常时，PLC控制器控制焊机停止工作。
C、当焊接保护气体出现缺气、气压降低、气路堵塞的情况，此时判定焊接保护气体欠压异常，相应的气压检测开关由常开变常闭，PLC控制器检测到气压检测开关的状态变化时PLC控制器控制焊机停止工作。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、将等离子焊机和氩弧焊机做成一体，再集合冷水机组，有机组合成一体，系行业首创。唾弃传统等离子和氩弧焊及冷水机组设备分体结构，占地空间大，控制及操作复杂的缺陷。
2、采用PLC联动控制各功能模块，触摸屏操作，焊机性能更稳定和协调。
3、等离子焊机及氩弧焊机均设计成带超声波高频脉冲功能，大大提高了焊缝的焊接质量。
4、采用专用焊机冷却系统，保证焊接系统冷却的可靠及稳定。
5、核心采用PLC控制，一体化的结构，控制系统的更加完善，功能更强大，焊接过程稳定流畅，气水电同时控制监测，任一环节出现故障，整机启动保护，暂停焊接。
附图说明
图1为本发明所述的一种等离子/氩弧焊焊机系统的电气原理图,包括图1a和图1b。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1a、1b，一种等离子/氩弧焊焊机系统，包括PLC控制器，还包括与PLC控制器分别相连的P主控板、T主控板、P电源(即等离子焊电源)、T电源(即氩弧焊电源)；所述的P主控板与P电源连接，P主控板控制P电源工作；所述的T主控板与T电源连接，T主控板控制T电源工作；所述的P主控板包括IGBT触发电路一，P电源包括IGBT管群一，当IGBT触发电路一工作时，IGBT管群一的IGBT管接收触发信号后交替导通，等离子焊机工作，反之IGBT管一的IGBT管全部截止，等离子焊机停止工作；所述的T主控板包括IGBT触发电路二，T电源包括IGBT管群二，当IGBT触发电路二工作时，IGBT管群二的IGBT管接收触发信号后交替导通，氩弧焊焊机工作，反之IGBT管群二的IGBT管全部截止，氩弧焊焊机停止工作；
所述的等离子/氩弧焊焊机系统，还包括与PLC控制器相连的超声波发生器，所产生的高频脉冲电流通过超声波震荡器叠加到焊机输出回路上；所述的焊机输出回路为P电源与等离子焊机的正向接口连接形成的回路，或者为T电源与氩弧焊焊机的正向接口连接形成的回路；所述的高频脉冲电流的频率为16K赫兹。
所述的等离子/氩弧焊焊机系统，还包括与PLC控制器相连的冷却装置；
所述的等离子/氩弧焊焊机系统，还包括人机操作界面，可以实现各项焊接参数的精确设定；
如图1a，所述的P电源的IGBT管一包括绝缘栅双极型晶体管N9、N11、N12、N14，P电源中的N9、N11、N12、N14、N5、N6、N8分别与P主控板上接口N9、N11、N12、N14、N5、N6、N8相连接；
所述的T电源的IGBT管二包括绝缘栅双极型晶体管N9′、N11′、N12′、N14′，T电源中的N9′、N11′、N12′、N14′、N5′、N6′、N8′分别与T主控板上接口N9′、N11′、N12′、N14′、N5′、N6′、N8′相连接；超声波发生器一中的T1、T2与P电源中的接口T1、T2连接，超声波发生器二中的T3、T4与T电源中的接口T3、T4连接；
图1a中L1、L2、L3、N为380/220输入电源，CJ1、CJ2、CJ3、CJ4为交流接触器，分别对应离子气、保护气、TIG气、内保气的控制阀；
图1a中缺相保护器的A、B端口与PLC控制器的C、D端口相连，图1a中的24V开关电源的+24V端、-24V端分别与PLC控制器相连。
如图1，一种等离子/氩弧焊焊机的控制方法，包含以下顺序的步骤：
S1.正常状态下，由PLC控制器发出工作指令：
(1)若PLC控制器发出等离子焊机工作指令：P主控板的IGBT触发电路一发出触发信号，P电源的IGBT管群一的IGBT管接收触发信号后交替导通，等离子焊机工作；
(2)若PLC控制器发出氩弧焊焊机工作指令：T主控板的IGBT触发电路二发出触发信号，T电源的IGBT管群二的IGBT管接收触发信号后交替导通，氩弧焊焊机工作；
(3)若PLC控制器发出等离子焊机和氩弧焊焊机同时工作指令：P、T主控板的IGBT触发电路一、二发出触发信号，P、T电源的IGBT管群一、二的IGBT管接收触发信号后交替导通，等离子焊机、氩弧焊焊机工作；
S2.当PLC控制器检测到电源缺相时启动保护：
(1)若PLC控制器检测到P电源缺相：P主控板的IGBT触发电路一不发出触发信号，P电源的IGBT管群一的IGBT管截止，等离子焊机停止工作；
(2)若PLC控制器检测到T电源缺相：T主控板的IGBT触发电路二不发出触发信号，T电源的IGBT管群二的IGBT管截止，氩弧焊焊机停止工作；
(3)若PLC控制器检测到P、T电源缺相：P、T主控板的IGBT触发电路一、二不发出触发信号，P、T电源的IGBT管群一、二的IGBT管截止，等离子焊机和氩弧焊焊机停止工作；
S3.若PLC控制器发出停止工作指令：
(1)若PLC控制器发出等离子焊机停止工作指令：P主控板的IGBT触发电路一不发出触发信号，P电源的IGBT管群一的IGBT管截止，等离子焊机停止工作；
(2)若PLC控制器发出氩弧焊焊机停止工作指令：T主控板的IGBT触发电路二不发出触发信号，T电源的IGBT管群二的IGBT管截止，氩弧焊焊机停止工作；
(3)若PLC控制器发出等离子焊机和氩弧焊焊机同时停止工作指令：P、T主控板的IGBT触发电路一、二不发出触发信号，P、T电源的IGBT管群一、二的IGBT管截止，等离子焊机、氩弧焊焊机停止工作；
S4.当等离子焊机或氩弧焊焊机工作时，PLC控制器控制超声波发生器产生高频脉冲电流通过超声波震荡器加在等离子焊机或氩弧焊焊机的输出回路上；所述的高频脉冲电流的频率为16K赫兹；
S5.等离子焊枪、氩弧焊焊枪安装有对应的冷却装置，冷却装置的储水箱中安装有高水位开关、补水位开关、低水位开关，其中
当水位高于高水位时，高水位开关由常开变为常闭，PLC控制器检测到高水位开关的状态变化时，控制对应冷却装置的水泵停止向储水箱补水；
当水位低于补水位时，补水位开关由常开变为常闭，PLC控制器检测到补水位开关的状态变化时，控制对应冷却装置的水泵向储水箱补水；
当水位低于低水位时，低水位开关由常闭变为常开，PLC控制器检测到低水位开关的状态变化时，启动保护，停止焊接工作，直至补水到正常水位；
S6.等离子焊枪、氩弧焊焊枪安装有对应的冷却装置，冷却装置的水循环管道中安装有水压检测器、水流流速检测器、水温检测器，当水压、水流流速、水温异常时，PLC控制器启动保护，停止焊机工作；
S7.当焊接保护气体出现缺气、气压降低、气路堵塞的情况，此时判定焊接保护气体欠压异常，相应的气压检测开关由常开变常闭，PLC控制器检测到气压检测开关的状态变化时PLC控制器控制焊机停止工作。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种等离子/氩弧焊焊机的控制方法，其特征在于，包含以下顺序的步骤：
S1.正常状态下，由PLC控制器发出工作指令：
(1)若PLC控制器发出等离子焊机工作指令：P主控板的IGBT触发电路一发出触发信号，P电源的IGBT管群一的IGBT管接收触发信号后交替导通，等离子焊机工作；
(2)若PLC控制器发出氩弧焊焊机工作指令：T主控板的IGBT触发电路二发出触发信号，T电源的IGBT管群二的IGBT管接收触发信号后交替导通，氩弧焊焊机工作；
(3)若PLC控制器发出等离子焊机和氩弧焊焊机同时工作指令：P、T主控板的IGBT触发电路一、二发出触发信号，P、T电源的IGBT管群一、二的IGBT管接收触发信号后交替导通，等离子焊机、氩弧焊焊机工作；
S2.当PLC控制器检测到电源缺相时启动保护：
(1)若PLC控制器检测到P电源缺相：P主控板的IGBT触发电路一不发出触发信号，P电源的IGBT管群一的IGBT管截止，等离子焊机停止工作；
(2)若PLC控制器检测到T电源缺相：T主控板的IGBT触发电路二不发出触发信号，T电源的IGBT管群二的IGBT管截止，氩弧焊焊机停止工作；
(3)若PLC控制器检测到P、T电源缺相：P、T主控板的IGBT触发电路一、二不发出触发信号，P、T电源的IGBT管群一、二的IGBT管截止，等离子焊机和氩弧焊焊机停止工作；
S3.若PLC控制器发出停止工作指令：
(1)若PLC控制器发出等离子焊机停止工作指令：P主控板的IGBT触发电路一不发出触发信号，P电源的IGBT管群一的IGBT管截止，等离子焊机停止工作；
(2)若PLC控制器发出氩弧焊焊机停止工作指令：T主控板的IGBT触发电路二不发出触发信号，T电源的IGBT管群二的IGBT管截止，氩弧焊焊机停止工作；
(3)若PLC控制器发出等离子焊机和氩弧焊焊机同时停止工作指令：P、T主控板的IGBT触发电路一、二不发出触发信号，P、T电源的IGBT管群一、二的IGBT管截止，等离子焊机、氩弧焊焊机停止工作；
所述的等离子/氩弧焊焊机的控制方法，还包括以下步骤：
A、等离子焊枪、氩弧焊焊枪安装有对应的冷却装置，冷却装置的储水箱中安装有高水位开关、补水位开关、低水位开关，其中
当水位高于高水位时，高水位开关由常开变为常闭，PLC控制器检测到高水位开关的状态变化时，控制对应冷却装置的水泵停止向储水箱补水；
当水位低于补水位时，补水位开关由常开变为常闭，PLC控制器检测到补水位开关的状态变化时，控制对应冷却装置的水泵向储水箱补水；
当水位低于低水位时，低水位开关由常闭变为常开，PLC控制器检测到低水位开关的状态变化时，启动保护，停止焊接工作，直至补水到正常水位；
B、等离子焊枪、氩弧焊焊枪安装有对应的冷却装置，冷却装置的水循环管道中安装有水压检测器、水流流速检测器、水温检测器，当水压、水流流速、水温异常时，PLC控制器启动保护，停止焊机工作；
C、当焊接保护气体出现缺气、气压降低、气路堵塞的情况，此时判定焊接保护气体欠压异常，相应的气压检测开关由常开变常闭，PLC控制器检测到气压检测开关的状态变化时PLC控制器控制焊机停止工作。
2.根据权利要求1所述的等离子/氩弧焊焊机的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
当等离子焊机或氩弧焊焊机工作时，PLC控制器控制超声波发生器产生高频脉冲电流通过超声波震荡器加在等离子焊机或氩弧焊焊机的输出回路上。
3.根据权利要求2所述的等离子/氩弧焊焊机的控制方法，其特征在于，所述的高频脉冲电流的频率为16K赫兹。
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