CN104209631A - 一种熔化电极电弧焊接控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种熔化电极电弧焊接控制装置，包括：焊接电源、电压采样单元、电流采样单元、DSP和脉冲电流调节单元，所述DSP进一步包括电压调节单元、短路判定单元、过渡控制单元和峰值设定单元。本发明的有益效果是：本发明的熔化电极电弧焊接控制装置通过对电压和脉冲电流的实时采样，及时改变脉冲电流的参数，使得IpnTp始终满足熔滴过渡的要求，确保外界干扰较大时，熔滴依然过渡顺畅，且熔滴颗粒大小均匀。

Description

一种熔化电极电弧焊接控制装置
技术领域
本发明涉及一种适用于金属粉芯焊丝的熔化电极电弧焊接控制装置。
背景技术
金属粉芯焊丝由薄钢带包裹药芯粉制成，其焊接特性介于实芯焊丝和药芯焊丝之间。相同电流下，流过金属粉芯焊丝的电流密度更高，干伸长等效电阻更大，熔化速度更快。在使用普通气体保护焊机焊接金属粉芯焊丝时，由于金属粉芯焊丝的等效电阻较大，改变了焊接回路的系统参数，影响了短路和燃弧状态下的能量分布，这将导致焊接时出现熔合不良，飞溅偏大，全位置焊接不稳定等问题。
为减小焊接飞溅，提高焊接速度，改善焊接成型，增强全位置焊接时的稳定性，传统的做法是将焊接电流的波形被设计成脉冲形状。为了达到熔化焊丝，并促进熔滴过渡的目的，需将脉冲电流峰值幅值Ip设置得相对较高，脉冲电流峰值幅值Ip与脉冲电流峰值时间Tp符合如下关系：
IpnTp = C，其中C表示常数。
当常数C处于合适的区间时，熔滴过渡顺畅，焊接飞溅较小，焊接成型较好，焊接速度最高。
而为了达到预热焊丝，并维持电弧发生的目的，需将脉冲电流基值幅值Ib设置得相对较低。
焊接过程中，电弧弧长会因为操作动作、工件平整度、焊丝干伸长变化等各种因素发生变化，该变化会导致：
A. 焊丝熔化效率发生变化；
B. IpnTp发生变化，继而导致熔滴尺寸发生变化；
C. 熔滴短路和断弧发生的概率增加，导致焊接飞溅量上升，焊接稳定性下降。
如图1所示，脉冲电流实际值Ireal由于经常受到回路阻抗变化、电弧路径突变等因素的影响，无法完全追踪脉冲电流设定值Iset，因此IpnTp在这些情况下是变化的，当变化较大时，可能对熔滴过渡产生影响。
熔滴短路分为两种，一种为瞬时短路，该短路一般发生在脉冲电流峰值持续时间结束后，此时熔滴已经形成；另一种为长时短路，该短路一般发生在脉冲电流基值阶段，焊丝根部未完全熔化，即与母材发生短路。这两种短路的物理形态不一样，产生的飞溅和对电弧的影响度也不一样。
如图2所示，现有技术通过改变脉冲电流基值时间Tb，达到抑制电弧平均电压变化、稳定电弧弧长的目的。该方法调节简单，但反应速度较慢，在外界干扰较大时，脉冲电流基值时间Tb变化较大，容易造成熔滴过渡不顺畅，熔滴颗粒大小不一致，断弧概率增加等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于金属粉芯焊丝的熔化电极电弧焊接控制装置，确保焊接时熔滴颗粒大小均匀，熔滴过渡顺畅。 
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种熔化电极电弧焊接控制装置，包括：焊接电源、电压采样单元、电流采样单元、DSP和脉冲电流调节单元，
所述焊接电源，用以对焊接负载提供电压和脉冲电流；
所述电压采样单元，用以采样焊接电源的电压；
所述电流采样单元，用以采样焊接电源的脉冲电流；
所述DSP，用以对采样得到的电压和脉冲电流进行数字化处理，其包括：
电压调节单元，利用采样得到的电压调节脉冲电流的基值幅值和基值时间；
短路判定单元，利用采样得到的电压与门限电压比较，判定焊接负载处于短路状态还是燃弧状态，再根据脉冲电流判断短路状态是瞬时短路状态还是长时短路状态，并计算出瞬时短路状态或长时短路状态下的电流斜率；
过渡控制单元，用以检测采样得到的脉冲电流的峰值幅值真实值，并计算出相应的脉冲电流峰值时间；
峰值设定单元，用以设定脉冲电流的初始峰值幅值；
所述脉冲电流调节单元，通过对DSP处理得到的参数和采样得到的脉冲电流进行计算，调节焊接电源中脉冲电流的参数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的熔化电极电弧焊接控制装置通过对电压和脉冲电流的实时采样，及时改变脉冲电流的参数，使得IpnTp始终满足熔滴过渡的要求，确保外界干扰较大时，熔滴依然过渡顺畅，且熔滴颗粒大小均匀。 
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描述。
图1是传统技术中脉冲电流实际值与设定值的波形图；
图2是现有技术中输出电压波形图和焊接输出电流波形图；
图3是本发明的结构示意图；
图4是本发明中输出电压波形图和焊接输出电流波形图。
其中，1、焊接电源，2、电压采样单元，3、电流采样单元，4、焊接负载，5、DSP，51、电压调节单元，52、短路判定单元，53、过渡控制单元，54、峰值设定单元，6、脉冲电流调节单元，Ip、脉冲电流峰值幅值，Tp、脉冲电流峰值时间，Tb、脉冲电流基值时间，Ib、脉冲电流基值幅值，Ishort、短路状态下的电流斜率。
具体实施方式：
 如图3所示，一种熔化电极电弧焊接控制装置，该装置包括：焊接电源1、电压采样单元2、电流采样单元3、DSP5和脉冲电流调节单元6。
上述的焊接电源1，用以对焊接负载4提供电压和脉冲电流；电压采样单元2，用以采样焊接电源的电压；电流采样单元3，用以采样焊接电源的脉冲电流。
上述的DSP5，用以对采样得到的电压和脉冲电流进行数字化处理，其包括：
电压调节单元51，利用采样得到的电压调节脉冲电流的基值幅值Ib和基值时间Tb，当采样得到的电压小于焊接电源所设定的电压时，缩短脉冲电流的基值时间Tb，增大脉冲电流的基值幅值Ib，电压实际值因此逐渐变大；当采样得到的电压大于焊接电源所设定的电压时，延长脉冲电流的基值时间Tb，减小脉冲电流的基值幅值Ib，电压实际值因此逐渐变小，从而调节实际电压与所设定的电压接近一致；
短路判定单元52，利用采样得到的电压与门限电压比较，判定焊接负载处于短路状态还是燃弧状态：当采样得到的电压大于门限电压时，判定为燃弧状态；当采样得到的电压小于门限电压时，判定为短路状态；再根据脉冲电流判断短路状态是瞬时短路状态还是长时短路状态：当短路发生在脉冲电流峰值结束后2ms以内时，判定为瞬时短路状态；当短路发生在脉冲电流基值阶段时，判定为长时短路状态，并计算出瞬时短路状态或长时短路状态下的电流斜率Ishort；
过渡控制单元53，用以检测采样得到的脉冲电流的峰值幅值真实值，并计算出相应的脉冲电流峰值时间Tp；
峰值设定单元54，用以设定脉冲电流的初始峰值幅值Ip。
上述得到的参数：电压调节单元51得到的电压调节脉冲电流的基值幅值Ib和基值时间Tb、短路判定单元52得到的短路状态时的电流斜率Ishort、过渡控制单元53得到的脉冲电流峰值时间Tp、峰值设定单元54所设定的峰值幅值Ip以及通过电流采样单元3采样得到的脉冲电流共同作为输入量输入脉冲电流调节单元6中进行计算，从而将焊接电源中脉冲电流的参数调节至适合熔滴过渡的数值。
通过该装置控制得到的输出电压波形图和焊接输出电流波形图如图4所示，焊接负载4中的金属粉芯焊丝在焊接过程中电弧稳定，熔滴过渡顺畅，受外界变化影响小，全位置焊接过程稳定。

Claims (1)

1. 一种熔化电极电弧焊接控制装置，其特征在于，包括：焊接电源、电压采样单元、电流采样单元、DSP和脉冲电流调节单元，
所述焊接电源，用以对焊接负载提供电压和脉冲电流；
所述电压采样单元，用以采样焊接电源的电压；
所述电流采样单元，用以采样焊接电源的脉冲电流；
所述DSP，用以对采样得到的电压和脉冲电流进行数字化处理，其包括：
电压调节单元，利用采样得到的电压调节脉冲电流的基值幅值和基值时间；
短路判定单元，利用采样得到的电压与门限电压比较，判定焊接负载处于短路状态还是燃弧状态，再根据脉冲电流判断短路状态是瞬时短路状态还是长时短路状态，并计算出瞬时短路状态或长时短路状态下的电流斜率；
过渡控制单元，用以检测采样得到的脉冲电流的峰值幅值真实值，并计算出相应的脉冲电流峰值时间；
峰值设定单元，用以设定脉冲电流的初始峰值幅值；
所述脉冲电流调节单元，通过对DSP处理得到的参数和采样得到的脉冲电流进行计算，调节焊接电源中脉冲电流的参数。
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