CN104259625B - 一种钢筋电渣压力焊机的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢筋电渣压力焊机的控制系统，其包括：虚拟电压模块、短路检测模块、功率控制模块以及控制模块，虚拟电压模块控制连接焊机输出端，在焊机输出端一直输出一个虚拟电压，并且在焊机输出回路短路时，将虚拟电压降低到0伏；短路检测模块与焊机输出端相接，实时检测焊机输出的电压和电流，并以此判断焊机输出回路是否短路；功率控制模块控制连接钢筋电渣压力焊机中的焊接电源，为钢筋焊接时的电弧提供能量；控制模块控制连接虚拟电压模块、短路检测模块、功率控制模块，并协调它们之间相互配合工作，实现无接触火花的钢筋电渣压力焊过程。本发明提供的方案结构简单，易于实现，且能够实现无接触火花的钢筋电渣压力焊。

Description

一种钢筋电渣压力焊机的控制系统

技术领域

本发明涉及一种电焊技术，具体涉及电渣压力焊技术。

背景技术

电渣压力焊是将两钢筋安放成竖向或斜向(倾斜度在4：1的范围内)对接形式，利用焊接电流通过两钢筋间隙，在焊剂层下形成电弧过程和电渣过程，产生电弧热和电阻热，熔化钢筋，加压完成的一种压焊方法。简单地说，就是利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热进行焊接的一种熔焊方法。但与电弧焊相比，它工效高、成本低，在一些高层建筑施工中已取得很好的效果。根据使用的电极形状，可分为丝极电渣焊、板极电渣焊、熔嘴电渣焊等。电渣焊适用于厚板的焊接。在锅炉、重型机械、造船工业中应用较多。

电渣压力焊的焊接过程包括四个阶段：引弧过程、电弧过程、电渣过程和顶压过程。

焊接开始时，首先在上、下两钢筋端面之间引燃电弧，使电弧周围焊剂熔化形成空穴；随之焊接电弧在两钢筋之间燃烧，电弧热将两钢筋端部熔化，熔化的金属形成熔池，熔融的焊剂形成熔渣(渣池)，覆盖于熔池之上，此时，随着电弧的燃烧，上、下两钢筋端部逐渐熔化，将上钢筋不断下送，以保持电弧的稳定，继续电弧过程；随电弧过程的延续，两钢筋端部熔化量增加，熔池和渣池加深，待达到一定深度时，加快上钢筋的下送速度，使其端部直接与渣池接触，这时，电弧熄灭而变电弧过程为电渣过程；待电渣过程产生的电阻热使上、下两钢筋的端部达到全截面均匀加热的时候，迅速将上钢筋向下顶压，挤出全部熔渣和液态金属，随即切断焊接电源，完成了焊接工作。

电渣压力焊适用于现浇钢筋混凝土结构中竖向或斜向(倾斜度在4：1范围内)钢筋的连接，特别是对于高层建筑的柱、墙钢筋，应用尤为广泛。

目前电渣压力焊的焊接机具主要包括：焊接电源、焊接夹具、控制箱。

(1)焊接电源

电渣压力焊可采用交流或直流焊接电源，焊机容量应根据所焊钢筋的直径选定。由于电渣压力焊机的生产厂家很多，产品设计各有不相同，所以配用焊接电源的型号也同，常用的多为弧焊电源(电弧焊机)，如BX3-500型、BX3-630型、BX3-750型、BX3-1000型等。

(2)焊接夹具

焊接夹具由立柱、传动机械、上、下夹钳、焊剂筒等组成，其上安装有监控器，即控制开关、次级电压表、时间显示器(蜂鸣器)等，焊接夹具应具有足够的刚度，在最大允许荷载下应移动灵活，操作便利；焊剂筒的直径应与所焊钢筋直径相适应；监控器上的附件(如电压表、时间显示器等)应配备齐全。

(3)控制箱

控制箱的主要作用是通过焊工操作，使弧焊电源的初级线接通或断开，控制箱正面板上装有初级电压表、电源开关、指示灯、信号电铃等，也可刻制焊接参数表，供操作人员参考。

现有的电渣压力焊在焊接开始和结束时，控制箱都是直接接通焊接电源和断开焊接电源，由于焊接电流和电压较大，焊接夹具和钢筋之间在接通电源的过程中和断开电源的过程将会出现电弧火花，这样存在严重的安全隐患。再者，由于焊接夹具和钢筋之间产生电弧火花，这样电弧火花将会烧灼焊接夹具，大大降低焊接夹具的使用寿命。

发明内容

针对现有电渣压力焊过程中存在电弧火花，造成安全隐患以及会烧灼焊接夹具，降低焊接夹具的使用寿命的问题，本发明的目的在于提供一种可实现钢筋电渣压力焊无接触火花的钢筋电渣压力焊机控制系统。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种钢筋电渣压力焊机的控制系统，所述控制系统包括：

虚拟电压模块，所述虚拟电压模块控制连接焊机输出端，在焊机输出端一直输出一个虚拟电压，并且在焊机输出回路短路时，将虚拟电压降低到0伏；

短路检测模块，所述短路检测模块与焊机输出端相接，实时检测焊机输出的电压和电流，并以此判断焊机输出回路是否短路；

功率控制模块，所述功率控制模块控制连接钢筋电渣压力焊机中的焊接电源，为钢筋焊接时的电弧提供能量；

控制模块，所述控制模块控制连接虚拟电压模块、短路检测模块、功率控制模块，并协调它们之间相互配合工作，实现无接触火花的钢筋电渣压力焊过程。

在具体实施方案中，所述控制模块在开通焊机电源后，控制虚拟电压模块在焊机输出端一直输出一个虚拟电压；同时控制短路检测模块实时检测焊机输出的电压和电流，并根据短路检测模块检测的电压和电流判断焊机的输出回路是否短路；所述控制模块根据短路检测模块检测的电压和电流判断焊机的输出回路短路后，控制虚拟电压模块将虚拟电压降低到0伏(由于虚拟电压输出的电流较小(小于1A)，因此在接通电源的过程不产生电弧)，并在延时一段时间后，控制功率控制模块控制焊接电源输出一小起弧电流；

所述控制模块根据短路检测模块检测的电压和电流判断焊机的输出回路非短路后，则判断钢筋电渣压力焊起弧完成，控制功率控制模块调整焊接电源输出焊接电流；

所述控制模块根据短路检测模块检测的电压和电流再次判断焊机的输出回路短路后，则判断焊接完成，控制功率控制模块调整焊接电源输出的电流降为0(此过程因焊机输出关闭，只有虚拟电压存在，虚拟电压输出的电流较小，小于1A，因此在关闭电源过程不产生电弧)。

本发明提供的方案结构简单，易于实现，本方案在具体实施时，通过在焊机输出端始终输出一个虚拟电压，由于虚拟电压的输出能力很小(小于1A)，这样焊接时在接通电源的过程中将不会出现电弧火花；同样的，在焊接完成时，由于输出回路电流为0，断开时只有虚拟电压起作用，虚拟电压输出能力很小(小于1A)，在断开电源的过程中也不会出现电弧火花。由此通过该虚拟电压，使得整个焊接过程无弧光产生，不仅提高了安全性，改善了劳动环境，而且避免电弧对夹具烧灼，提高了夹具的使用寿命。

另外，本方案中的虚拟电压其输出电压低于安全电压，进一步提高了整个焊接过程的安全性。

再者，本方案中在起弧前，由焊机输出一小起弧电流(如30A)，并非焊接电流，使短路的两根钢筋间的能量较小，这样在起弧时，由于钢筋间熔化点极小，拉开两根钢筋需要的力也比较小，降低了劳动强度。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明中钢筋电渣压力焊机的控制系统的系统框图；

图2为本发明进行无接触火花的钢筋电渣压力焊的流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1，其所示为本发明提供的钢筋电渣压力焊机的控制系统100的系统框图。由图可知，该控制系统100包括：虚拟电压模块101、短路检测模块102、功率控制模块103、控制模块104这四个部分。

整个控制系统100设置在钢筋电渣压力焊机的控制箱中，其中，虚拟电压模块101控制连接焊机输出端，用于在焊机输出端一直输出一个虚拟电压，该虚拟电压低于安全电压，且一直存在于焊机的输出端，同时在焊机输出回路短路时，将虚拟电压降低到0伏。

短路检测模块102同样也与焊机输出端相接，该模块在整个焊接过程中实时检测焊机输出的电压和电流，并将检测的结果实时传至控制模块104，并以此判断焊机输出回路是否短路。

功率控制模块103，其控制连接钢筋电渣压力焊机中的焊接电源，在整个焊接过程中不断调节焊接电源的输出，为钢筋焊接时的电弧提供相应的能量。

控制模块104，其为系统中的整个控制核心，其连接虚拟电压模块101、短路检测模块102、功率控制模块103，并协调它们之间相互配合工作，实现无接触火花的钢筋电渣压力焊过程。具体实现如下：

控制模块104在开通焊机电源后，首先控制虚拟电压模块101在焊机输出端一直输出一个虚拟电压；同时控制短路检测模块102实时检测焊机输出的电压和电流，并接受短路检测模块102检测到的焊机输出的电压和电流，且根据该电压和电流数据实时判断焊机的输出回路是否短路。

控制模块104根据短路检测模块检测的电压和电流第一次判断焊机的输出回路短路后，控制虚拟电压模块101将虚拟电压降低到0伏，并在延时一段时间后，控制功率控制模块103工作，由功率控制模块103控制焊接电源输出一小起弧电流。

控制模块104根据短路检测模块102检测的电压和电流判断焊机的输出回路非短路后，则判断钢筋电渣压力焊起弧完成，控制功率控制模块103调整焊接电源输出焊接电流；

控制模块104根据短路检测模块102检测的电压和电流第二次判断焊机的输出回路短路后，则判断焊接完成，控制功率控制模块103调整焊接电源输出的电流降为0。

以下通过一具体的应用实例来进一步说明本方案中钢筋电渣压力焊机的控制系统的运行过程(以下技术内容作为举例，并不限定本方案只运行如下过程)，整个过程如图2所示：

1、开通焊机电源，控制系统100开始工作，控制系统中的控制模块104在开通焊机电源后，控制虚拟电压模块101在焊机输出端输出低于安全电压的虚拟电压，该虚拟电压始终存在于焊机的输出端；于此同时控制短路检测模块102实时检测焊机输出的电压和电流，以判断焊机输出回路是否短路。

2、现场准备：将两待焊接的钢筋连在一起(形成短路状态)，调整安装焊接夹具，并填充焊剂，具体可采用常用方案，此处不加以赘述。

3、两根钢筋接通焊接电源：焊机输出端连接在钢筋两端，此时焊机输出端电压为虚拟电压，故焊机将输出的虚拟电压施加到连在一起的两钢筋上，形成相应输出回路；此时由于两钢筋连接在一起，短路检测模块102将检测到的焊机输出的电压和电流传至控制模块104，控制模块104通过计算确定焊机的输出回路处于短路状态，控制模块104将控制虚拟电压模块101将虚拟电压降低到0伏。由于虚拟电压输出能力很小(小于1A)，在接通电源的过程中不会出现电弧火花(主要是钢筋与夹具之间不会出现接触火花)。

4、在第一次检测确定焊机的输出回路处于短路状态后，控制模块104延时一段时间(如0.5S，此时间可调)后，控制模块104将控制功率控制模块103工作，由功率控制模块103控制焊接电源输出一个小电流(一般为30A)，用于起弧，因为小电流可以使短路的两根钢筋间的能量较小，钢筋间熔化点极小(甚至无熔化点)。

5、两根钢筋拉开产生电弧：通过夹具拉开两根钢筋，使两根钢筋间产生电弧。由于电机此时输出的电流为一个小电流(并非焊接电流)(一般为30A)，钢筋间熔化点极小，拉开两根钢筋需要的力也比较小，降低了劳动强度。

6、在电弧产生过程中，短路检测模块102实时检测焊机输出的电压和电流传至控制模块104，在电弧产生后，短路检测模块102将检测到的焊机输出的电压和电流传至控制模块104，控制模块104通过计算确定焊机的输出回路处于非短路状态，控制模块104则判断钢筋电渣压力焊起弧完成，控制功率控制模块103调整焊接电源输出焊接电流(一般为几百安培)。

7、燃弧阶段：焊接电流在两钢筋间产生的电弧，并引燃电弧，使钢筋两端熔化，即通过引燃电弧，使电弧周围焊剂熔化形成空穴，随之焊接电弧在两钢筋之间燃烧，电弧热将两钢筋端部熔化，熔化的金属形成熔池，熔融的焊剂形成熔渣(渣池)，覆盖于熔池之上。

8、加压阶段：当钢筋熔化量达到要求后，通过夹具调整钢筋间距离，使距离减少，直至两钢筋连接到一起(即使焊机输出回路为短路状态)，并通过夹具对两根钢筋加一定压力。

9、在步骤(9)中，当两钢筋连接到一起时，短路检测模块102将检测到的焊机输出的电压和电流传至控制模块104，控制模块104通过计算确定焊机的输出回路再次处于短路状态，控制模块104则判断焊接完成，控制功率控制模块103调整焊接电源输出的电流降为0A或降为一很小电流；同时将输出端输出的虚拟电压降为0伏。

10、断开输出回路：焊接过程完成，焊机可以断开输出回路；此时焊机输出端仍然输出虚拟电压，输出回路电流为0，在断开电源时只有虚拟电压起作用，虚拟电压输出能力很小(小于1A)，在断开电源的过程中不会出现电弧火花。

11、清理焊渣焊剂。

由上可知，本方案提供的控制，其通过在焊机的输出端始终输出一个虚拟电压，由于虚拟电压的输出能力很小(小于1A)，这样焊接时在接通电源的过程中将不会出现电弧火花；同样的，在焊接完成时，由于输出回路电流为0，断开时只有虚拟电压起作用，虚拟电压输出能力很小(小于1A)，在断开电源的过程中也不会出现电弧火花。由此通过该虚拟电压，使得整个焊接过程无弧光产生，不仅提高了安全性，而且避免电弧对夹具烧灼，提高了夹具的使用寿命。

另外，本方案中的虚拟电压其输出电压低于安全电压，进一步提高了整个焊接过程的安全性。

再者，本方案中在起弧前，由焊机输出一小起弧电流(如30A)，并非焊接电流，使短路的两根钢筋间的能量较小，这样在起弧时，由于钢筋间熔化点极小，拉开两根钢筋需要的力也比较小，节省体力，降低了劳动强度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种钢筋电渣压力焊机的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：

虚拟电压模块，所述虚拟电压模块控制连接焊机输出端，在焊机输出端一直输出一个虚拟电压，并且在焊机输出回路短路时，将虚拟电压降低到0伏；

短路检测模块，所述短路检测模块与焊机输出端相接，实时检测焊机输出的电压和电流，并以此判断焊机输出回路是否短路；

功率控制模块，所述功率控制模块控制连接钢筋电渣压力焊机中的焊接电源，为钢筋焊接时的电弧提供能量；

控制模块，所述控制模块控制连接虚拟电压模块、短路检测模块、功率控制模块，并协调它们之间相互配合工作，实现无接触火花的钢筋电渣压力焊过程；

所述控制模块在开通焊机电源后，控制虚拟电压模块在焊机输出端一直输出一个虚拟电压；同时控制短路检测模块实时检测焊机输出的电压和电流，并根据短路检测模块检测的电压和电流判断焊机的输出回路是否短路；所述控制模块根据短路检测模块检测的电压和电流判断焊机的输出回路短路后，控制虚拟电压模块将虚拟电压降低到0伏，并在延时一段时间后，控制功率控制模块控制焊接电源输出一起弧电流30A；所述控制模块根据短路检测模块检测的电压和电流判断焊机的输出回路非短路后，则判断钢筋电渣压力焊起弧完成，控制功率控制模块调整焊接电源输出焊接电流；所述控制模块根据短路检测模块检测的电压和电流再次判断焊机的输出回路短路后，则判断焊接完成，控制功率控制模块调整焊接电源输出的电流降为0。