CN104368897A - 气体保护自动焊控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体保护自动焊的控制装置。该装置包括由波形控制、数值显示两大模块和开关电源组成的控制器，控制焊枪的起弧、行走、熄弧和停止的遥控盒和信号传输缆线。遥控盒通过信号传输缆线与焊机或焊接小车相连，控制器通过信号传输缆线与焊机或焊接小车相连，遥控盒与控制器相对独立。本控制装置体积小、结构简单、操作灵活方便、制造成本低，配合普通经济耐用的直流气保焊机，可实现直流和脉冲焊接功能的切换，特别适于在车间和野外安装等环境恶劣条件下焊接的推广使用。

Description

气体保护自动焊控制装置

技术领域

本专利涉及一种焊接设备，特别涉及一种气体保护自动焊控制装置。

背景技术

随着自动化技术深入各行各业，在工厂中占重要地位的半自动焊技术正被自动焊逐渐代替。由于自动焊的灵活性相对半自动焊较差，因此对于焊接设备的性能及控制要求很高，而一般性能优良、控制精密、多功能、全数字化的焊机价格昂贵、维护困难、需要专业的操作人员和维护人员，不适合大多数企业，特别是现场施焊、野外安装等复杂的焊接环境中的推广使用。

在普通直流气保焊机的基础上增加外接控制器，可以有效解决设备成本和维修操作技术问题，专利号为“CN201310534181.1”名称为“埋弧焊电源交直流方波控制器”公开了一种与现有直流埋弧焊电源配合实现交直流功能选择及方波频率控制的装置；该专利包括主控模块、IGBT模块和逆变模块，通过独立的主控模块对逆变电路中的IGBT进行电压与电流脉冲宽度调制控制，以及焊接方波频率与输出电极的正负平衡调节，使得控制器的正负平衡比可调范围较宽，输出电流及电压控制精确，且主控模块还可对控制器的输入电源配合进行各类故障检测；该专利的思路可以推广到气保焊中，其控制器的输出方波频率为10～99Hz，正负平衡比为20％～80％，但应用于普通直流平特性的气保焊机有一定的困难，该种焊机内部及其送丝机很难达到10～99Hz的动特性，使得焊接方波发生失真，过高的频率不仅无法与送丝速度匹配，还会导致焊接电弧的紊乱，增加焊接飞溅和焊接缺陷的形成，恶化焊缝成形；且该控制器的控制电路复杂，制作成本高。

发明内容

针对目前高成本气保自动焊机在企业车间及野外安装现场的难以推广及埋弧焊电源交直流方波控制器在气体保护焊方面不适用，提出了一种低成本、控制电路简单、操作方便的外接普通气体保焊机的控制装置。

本发明气体保护自动焊控制装置包括遥控盒、控制器和信号传输缆线三部分，控制器包括波形控制、数值显示两个功能模块和开关电源，配合直流气保焊机和焊接小车使用，能够增加脉冲焊接功能并数字显示所有焊接参数，遥控盒为开关按钮和延时电路构成，能够控制焊枪的起弧和熄弧及焊接小车的延时行走和停止。

遥控盒和控制器两者相对独立，分别与自动气保焊机或焊接小车通过信号传输缆线相连，焊机或焊接小车侧壁上设有2个信号接口A和B，控制器侧壁设信号接口A'对应小车侧壁上的信号接口A，遥控盒上设置信号接口B'对应小车侧壁上的信号接口B,两根信号传输缆线的航空插头与信号接口一一对应，连接时将A组和B组信号分别连接。

控制器包括波形控制模块、数显模块和开关电源，控制器侧壁上的信号接口通过导线与控制器中的电路板上相应位置相连；波形控制模块和数显模块按功能分别固定在电路板两侧，除数显模块的频率和占空比信号的提取点位于波形控制模块的频率和占空比调节单元上外，两模块之间无其他信号连接；开关电源的输出端分别与两大模块中的带电回路和芯片的电源输入端连接。

其中开关电源直接选购双组电压输出D-120W系列电源，该系列开关电源输入电压220V，输出三种直流稳定的低电压；分别用于为控制器电路中各芯片、回路的电源输入端供电。

波形控制模块包括基本波形发生单元、频率和占空比调节单元及焊接电流电压调制单元，基本波形发生单元的输出端(二极管阴极)与焊接电流电压波形调制单元的输入端(RC滤波电路的电阻一端)连接，基本波形发生单元的占空比和频率调节引脚与占空比和频率调节单元的电阻和电位器串联成回路；基本波形发生单元产生矩形波并由其输出端输出，频率及占空比调节单元调节矩形波的频率和占空比，该矩形波通过焊接电流电压波形调制单元对电流电压波形同时调制，形成可控的焊接电流电压波形。

其中，基本波发生单元由可产生矩形波的芯片(如SG3526、SG3524等)与二极管电路组成；开关电源输出的稳定的低电压通过导线输入芯片的电源端，在芯片的两个输出引脚输出有时差的矩形脉冲信号，芯片的每个输出引脚连接一个二极管的阳极，将二极管的阴极并在一起，此时二极管将矩形脉冲信号整合成矩形波输出。

频率和占空比调节单元主要由电阻和调节电位器构成，可实现该矩形波频率和占空比的调节；占空比调节电位器与基本波形发生单元的芯片的引脚构成回路，电位器的调节引脚与电阻串联接入芯片的占空比调节引脚，实现占空比的调节；芯片频率调节引脚、频率调节电位器、电阻和电源地串联成回路，调节控制的频率电位器可实现频率的调节；选择合适的调节电位器阻值，可使频率调节范围为0.5～10Hz,占空比范围为10％～90％，适应焊机性能的需要。

原焊机的电流电压给定是通过焊接小车上的电流电压给定电位器(即焊接小车上电流电压参数调节电位器)来确定的，电流电压分别只有一个电位器作为给定电位器连接入焊机的控制系统中。

波形控制模块的焊接电流电压波形调制单元由三极管、继电器和电流电压基值峰值给定电位器构成；频率及占空比可控的矩形波由RC滤波电路的电阻一端输入，通过三极管的基极，控制三极管的开与关，三极管的开与关控制继电器的通断，继电器的通断控制其即常开触点与常闭触电的切换，常开常闭的切换控制基值与峰值的切换，即形成基值与峰值周期变换的焊接电流电压波形。

使用单刀双掷开关作为两种不同模式的切换键，将峰值基值给定电位器按照焊接小车电流电压参数给定电位器的接线方法接入焊机的控制系统，继电器常闭触点和常开触点分别接入基值给定电位器和峰值给定电位器的中间引脚上，继电器常开和常闭触点的公共端与焊接小车内部电流电压给定参数电路的公共端相连。

参数基值峰值给定电位器中峰值给定电位器与基值给定电位器串联，使得基值与峰值的参数范围无交集，峰值在基值数值上增加。

进一步地，作为优选方案，控制装置还包括全参数数字显示模块，显示模块由待显参数信号提取单元、信号处理单元、选通单元和显示单元组成；待显参数信号提取单元处于焊机或焊接小车内部，将所有焊接相关参数信号提取到焊机或焊接小车的通讯接口，由信号传输屏蔽线输入到信号处理单元，信号处理单元将参数信号进行分压或放大及滤波，处理后的信号传输到选通单元的输入端，选通单元由模拟开关及选通芯片构成，可接受8路信号的选通，经选择的信号通过一个三位半数码管电压表头显示。

普通直流气保焊机中，电流电压是加载到一根信号线传输的，由示波器看到电流电压分别占据正弦波的正负半波，因此在提取出此复合信号后，经过分离才能进入分压或放大及滤波步骤，然后输入选通单元，一般的参数经分压或放大、滤波就可以输入到选通单元。

提取和分离处理采用两组双电源放大电路和两组单电源放大电路构成，用一组同倍双电源放大电路(即跟随器)将完整的正弦波信号提取出，由输出端分别输入另一组首先经过双电源反相同增益放大电路(即反相器)，将正负半波信号反相，然后再通过一组单电源反相放大电路，用于提取正弦波负半波信号，隔离正半波信号，即提取出原正弦波的正半波信号；之后将两组得到的信号分别输入两组分压或放大及滤波步骤。

参数数量多于8个时，则通过两个或多个模拟开关芯片联合进行选通。

数显模块除了显示焊接小车的信号外，还将波形控制模块的频率和占空比参数也数字化，将频率和占空比参数给定电位器的中间脚信号提取，直接接入分压或放大及滤波电路。

更进一步地，作为优选方案，控制装置还包括与控制器相对独立的遥控盒。遥控盒由按钮、延时电路及继电器的常开或常闭触点组成。按下遥控盒的起弧按钮时，给焊机一个起弧信号的同时触发延时电路，延时时间通过延时电路的电位器来给定，延时时间结束后接通继电器，继电器的常开或常闭触点控制焊接行走机构，实现先起弧后行走的焊接时序，保证焊接起弧点的焊缝质量，延时时间为焊枪起弧与焊枪行走的时间差。

遥控盒壳体体积小、结构简单，表面仅有两个按钮，分别遥控焊枪的起弧和焊接停止，起弧按钮有两组触点，其中一组触点通过信号传输缆线接入焊接小车起弧控制信号线，另一组触点通过一根信号传输缆线，将闭合信号先传输到焊接小车的信号接口，经由另一个接口由另一条信号传输缆线传输到控制器的RC延时电路，继电器的常开或常闭触点通过信号传输缆线接入小车的行走机构控制电路；熄弧按钮通过信号传输缆线接入焊接小车中的熄弧信号线中，控制熄弧和焊接小车停止。

有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、通过波形调制模块对焊机的电电流电压进行调制，在普通直流气保焊机的基础上不改变原焊机的内部结构，增加了电流电压脉冲的焊接功能，焊接时可根据需要切换，显著增加了普通焊机的使用性能和使用范围；2、全参数数字显示模块的应用使得电流电压及其他各种焊接参数的精确性和重复性提高，方便了操作者对各参数快速准确的设定。3、遥控盒体积小，结构简单，单手手持，可远距离操控焊接过程的开始与结束，有效地减少了焊接粉尘及飞溅对焊接操作者身体健康的影响，并且可以及时熄弧并处理焊接过程中出现的突发事件，减小损失；4、本控制器制造成本低、结构简单、操作灵活方便，配合价廉、质优、抗噪、耐用的普通直流气体保护焊机及小车，特别适于在车间和野外安装等焊接条件恶劣的环境下的推广使用。

附图说明

图1是本发明的功能模块图。

图2是本发明实施例的波形控制模块电路图。

图3是本发明实施例的电流电压参数显示电路图。

图4是本发明实施例的控制盒原理图。

符号说明：R0～R105为电阻，R00和R01为焊机或焊接小车的电阻；Rp1～Rp10为电位器，Rp00～Rp01为焊机或焊接小车上的电阻；Vcc1～Vcc3为开关电源输出端输出电压；D1～D8为二极管；SCR为可控硅。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做出进一步的详细阐述。

图1所示为本发明的功能模块图。指导思想是在不改变普通直流气保焊机和焊接小车的主体结构的基础上，保留原有焊机和小车的功能，增加外接控制装置，使原有焊机及焊接小车具有脉冲焊接功能，扩展焊机的适用性；同时控制装置设有全参数数字显示模块，该模块提取焊机或焊接小车上的焊接参数进行显示，实现焊接参数的数字化，提高焊接参数调节的准确性、重复性和便捷性；另外，本装置还设置了遥控盒，该遥控盒除简单的开始和结束功能外，开始功能按钮还具有控制焊接行走延时的功能，能够有效控制焊接起弧的稳定性和焊缝起弧点焊接质量。

实施例：

本发明的一个具体实施例为在松下硅整流CO₂气体保护焊机KR2-500和华威HK-100自动焊接小车的上外接焊接控制装置。

在焊接小车侧壁上设置两个信号接口(A和B)，A、B信号接口分别对应8芯和20芯的接口，遥控盒上设置一个8芯信号接口(A')，控制器侧壁设置一个20芯信号接口(B')，两根信号传输缆线为8芯(A″)和20芯的多芯屏蔽缆线，两端带有对应的信号接口，信号接口选用型号为CX24-8和CX24-20的航空插头各两副。

控制装置主要为相对独立的遥控盒和控制器构成；遥控盒为方形盒体，盒体上为2个按钮：开始和结束，遥控盒与焊接小车通过多芯屏蔽缆线连接。控制器为方形盒体，内部包括开关电源和电路板，电路板内包括波形控制模块区域和数值显示模块区域，控制器与焊接小车通过另一根屏蔽缆线相连。

开关电源为双组电压输出D-120W系列电源，可将220V电转换为Vcc1、Vcc2和Vcc3三种不同的低电压，用于向电路板中芯片、元件回路供电；电路板上电路的参数调节电位器、切换开关、数码管显示表头等为常规元件，固定于控制器壳体上面板，方便焊接时调节。

图2为本实施例的具体波形控制模块电路图。基本波形发生单元由SG3526芯片与二极管电路组成；频率和占空比调节单元为SG3526芯片的频率和占空比调节引脚、调节电位器、电阻及电源地组成的回路；焊接电流电压波形调制单元主要由三极管VD1、继电器J1回路及基值峰值参数给定电位器构成，基值峰值参数给定电位器(Rp3、Rp4、Rp5、Rp6)接入焊接小车上的恒流电流电压调节电路，通过调节该电位器(Rp3、Rp4、Rp5、Rp6)来给定焊接电流电压参数。

波形发生芯片SG3526的17脚供电后，13和16脚经二极管D1、D2滤波后合并为矩形波，1脚和3脚的电位器Rp1和Rp2分别用于调节方波的频率和占空比；矩形波经滤波回路(R5、R6、C3)输送到三极管VD1(型号3DK100)的基极，控制三极管VD1和继电器J1回路的通断，继电器J1的常闭引脚和常开引脚分别接入基值给定电位器和峰值给定电位器的中间脚(2号脚)上，继电器常开和常闭触点的公共端与焊接小车内部电流电压给定参数电路的公共端相连，则继电器J1的通与断控制着焊机电流电压基值(Rp3、Rp5)与峰值(Rp4、Rp6)的变换，调制后的焊接电流电压波形与矩形波一致。

其中，用于切换恒流与调制波形功能切换的器件为两个单刀双掷开关(K1和K2)，若需要电流电压同时调制时可同时将开关打到脉冲焊一侧，若只调制电流或电压，则将对应的开关打到脉冲焊一侧即可。

基值给定电位器Rp3和Rp5选择同轴双联电位器，峰值给定电位器Rp4和Rp6为单联电位器，接入电路时，峰值电位器与基值电位器中的下层串联。此连接方式下基值与峰值的参数范围不重叠，即Ip＝Ib+Ix、Up＝Ub+Ux，(Ix和Ux为基值参数与峰值参数的差值)，避免了焊前基值与峰值参数的调节错误。

图3为本实施例的具体全参数数字显示模块中电流电压参数显示电路图；由于电流电压是焊接中的最重要的焊接参数，且其显示过程较复杂，其余焊接参数的显示原理相对简单，主要原理与其相同，因此以电流电压显示为例进行分析。

在本实施例中，自动焊时的电流电压的调节给定位于HK-100焊接小车上，因此电流电压参数信号的提取点位于HK-100焊接小车内部的电流电压信号线上，电流电压信号同时在一根导线上传输，信号波形的正半波为电压信号，负半波为电流信号。

双电源放大器LF412芯片的A组引脚2、3连接成双电源同增益放大电路(即跟随器)，将电流电压信号原样提取出，输出端引脚1输出信号电流电压复合信号，将1脚的输出信号分为两路，一路为电流信号处理，另一路为电压信号处理。LF412的1脚输出信号经由LM324芯片与电阻(R15、R16)和电位器(Rp18)构成的单电源反相放大电路将负半波电流信号取出并进行信号的滤波；LF412的1脚输出信号经由该LF412芯片的B组引脚与电阻元件(R10、R11、R12)构成反相器，将复合信号的正负半波调换，此时LF412芯片的7脚输出信号再经过LM324的反相放大器(R13、R14和Rp7)将电压信号提取。

提取出的电流电压信号经过RC电路滤波和电阻分压(R17、R18、R19和R20)传送到选通元件CD4051芯片的输入端引脚中，拨码盘接入CD4051的引脚9、10、11，拨码盘调节到对应电流电压通道后，由芯片的输出端引脚3输出电流电压，最后接入三位半数码管显示器的输入端进行显示。

图4为本发明一个实施例的控制盒原理图；遥控盒的功能是为了增加焊接操作的灵活性及便捷性，其原理为在焊接小车的起弧熄弧信号线上串联按钮，将按钮固定到遥控盒壳体上，实现远程焊接操作。

其中起弧按钮为双组触点，一组触点控制起弧；另一组触点接入延时电路，本实施例采用的是RC延时电路。起弧按钮按下后，焊枪起弧但不移动，同时RC延时电路给电，开始延时，延时时间结束后导通SCR可控硅，此时继电器回路通电，继电器J2的常开触点闭合，接通焊接小车行走回路，焊枪开始随焊接小车行走。

本实施例匹配的松下KR2-500焊机与华威HK-100焊接小车进行实际焊接，焊接过程中控制器放置于焊机顶部，在焊接小车和控制器的面板上调节好参数后，手持遥控器，站于安全位置进行焊接起弧和熄弧操作，若焊接过程中出现异常情况则按下熄弧按钮，及时停止焊接过程，使用过程安全可靠。

本实施例是一个具体案例，所述的结构是实施例的具体特征、结构及组成。本实施例所述的元件、电路和接入方式的选择包含在本发明的保护内容，但并不限制于该具体的元件、电路和接入方式，结合其他实施例来实现这种特征、结构及特点的也落在本发明范围内。

Claims (10)

1.气体保护自动焊控制装置，包括遥控盒、控制器和信号传输缆线，遥控盒与控制器两者相对独立，分别与直流气保焊机或焊接小车通过信号传输缆线相连，其特征在于，控制器包括波形控制、数值显示两个功能模块和开关电源，配合气保焊机或焊接小车使用能够增加脉冲焊接功能并数字显示所有焊接参数，遥控盒由开关按钮和延时电路构成，能够控制焊枪的起弧和熄弧及焊接小车的延时行走和停止；所述控制器的波形控制模块包括基本波形发生单元、频率和占空比调节单元及焊接电流电压波形调制单元，基本波形发生单元产生矩形波，通过频率和占空比调节单元调节矩形波的频率及占空比，该频率范围为0.5～10Hz，占空比范围为10％～90％，矩形波通过焊接电流电压波形调制单元对焊机电流电压波形进行调制，形成可控的焊接电流电压波形，电流电压参数的基值与峰值通过焊接电流电压波形调制单元的基值峰值给定电位器调节。

2.如权利要求1所述的气体保护自动焊控制装置，其特征在于：所述基本波形发生单元的输出端(二极管阴极)与焊接电流电压波形调制单元的输入端(RC滤波电路的电阻一端)连接，基本波形发生单元的占空比和频率调节引脚与占空比和频率调节单元的电阻和电位器串联成回路。

3.如权利要求1所述的气体保护自动焊控制装置，其特征在于：基本波形发生单元由可产生矩形波的芯片与二极管电路组成；开关电源输出的低压电通过导线输入芯片的电源端，在芯片的两个输出引脚输出有时差的矩形脉冲信号，芯片的每个输出引脚连接一个二极管的阳极，将二极管的阴极并在一起，此时二极管将矩形脉冲信号整合成矩形波输出；所述由可产生矩形波的芯片为SG3526或SG3524。

4.如权利要求1所述的气体保护自动焊控制装置，其特征在于：频率和占空比调节单元主要由电阻和调节电位器构成，可实现该矩形波频率和占空比的调节；占空比调节电位器与基本波形发生单元的芯片的引脚构成回路，电位器的调节引脚与电阻串联接入芯片的占空比调节引脚，实现占空比的调节；芯片频率调节引脚、频率调节电位器、电阻和电源地串联成回路，调节频率对应的电位器即可实现频率的调节；选择合适的调节电位器阻值，使得频率调节范围为0.5～10Hz，占空比范围为10％～90％。

5.如权利要求1所述的气体保护自动焊控制装置，其特征在于：所述信号传输缆线有两条，每条具有屏蔽功能的缆线两端接有信号接口，一条用于遥控盒和焊机或焊接小车上信号接口的连接，另一条用于控制器与焊机或焊接小车上信号接口的连接。

6.如权利要求1所述的气体保护自动焊控制装置，其特征在于：焊接电流电压波形调制单元主要元件为三极管、继电器和基值峰值给定电位器,频率和占空比可控的矩形波由RC滤波电路的电阻一端输入，通过频率和占空比可调的矩形波控制三极管开关，三极管的开与关控制继电器的通与断，继电器的通断控制其常开触点与常闭触电的切换，常开常闭触点的切换控制接入焊机或焊接小车基值与峰值电位器的电信号的切换，即形成基值与峰值周期变换的可控焊接电流电压波形；其中峰值给定电位器与基值给定电位器串联，使得基值与峰值的参数范围无交集，峰值在基值数值上增加。

7.如权利要求1所述的气体保护自动焊控制装置，其特征在于：控制器的开关电源选用双组电压输出D-120W系列电源，提供三种直流稳定的低电压，用于给控制器中的电路和芯片供电。

8.如权利要求1所述的气体保护自动焊控制装置，其特征在于：所述数值显示模块由待显参数信号提取单元、信号处理单元、选通单元和显示单元组成；待显参数信号提取单元处于焊机或焊接小车内部，将所有焊接相关参数信号提取到焊机或焊接小车的信号接口，由信号传输屏蔽线输入到信号处理单元，信号处理单元将参数信号进行分压或放大及滤波，处理后的信号传输到选通单元的输入端，选通单元由模拟开关及选通芯片构成，可接受8路信号的选通，经选择的信号通过一个三位半数码管电压表头显示。

9.如权利要求1所述的气体保护自动焊控制装置，其特征在于：遥控盒由按钮开关、延时电路和继电器的常开与常闭开关组成；按下遥控盒的起弧按钮时，给焊机一个起弧信号的同时触发延时电路，延时时间通过延时电路的电位器来给定，延时时间结束后触发继电器，继电器的常开或常闭开关控制焊接行走机构触发，实现先起弧后行走的焊接时序，保证焊接起弧点的焊缝质量，延时时间为焊枪起弧与焊枪行走的时间差。

10.如权利要求9所述的气体保护自动焊控制装置，其特征在于：所述起弧按钮有两组触点，其中一组触点通过信号传输缆线接入焊接小车起弧控制信号线，另一组触点通过一根信号传输缆线，将闭合信号先传输到焊接小车的信号接口，经由另一个接口由另一条信号传输缆线传输到RC延时电路，继电器的常开或常闭触点通过信号传输缆线接入小车的行走机构触发电路；熄弧按钮通过信号传输缆线接入焊接小车中的熄弧信号线中，控制熄弧和焊接小车停止。