CN105033407B - 一种恒流焊接装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种恒流焊接装置及其控制方法，属于焊接技术领域。该恒流焊接装置包括：电流检测单元（1）和电压检测单元（2），其特征在于，还包括：弧压获取单元（3），其用于根据所述电流检测单元（1）检测的电流和所述电压检测单元（2）检测的电压，获取实际焊接过程中的弧压U2；焊接电流波形参数获取单元（4），其用于根据所述弧压U2以及预先设定的弧压与焊接电流波形参数的对应关系r，获取焊接电流波形参数P；以及输出控制单元（5），其用于根据所述焊接电流波形参数P控制所述恒流焊接装置的输出。通过本发明的焊接装置及其控制方法，可以根据不同的电弧长度，实时调整焊接电流波形参数，从而实时有效地调整电弧的特性，实现良好的焊接。

Description

一种恒流焊接装置及其控制方法

[技术领域]

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种恒流焊接装置及其控制方法。

[背景技术]

通常在使用恒流特性的焊机进行焊接时，首先要设置好焊接电流波形参数，例如，电流峰值、电流基值、脉冲频率等。然后焊机会根据焊接电流波形参数输出焊接电流。但是，在焊接过程中，因为电极与母材之间的距离会发生微小的变化，所以焊接的电弧长度也会发生变化。如果电弧长度过长，则熔池深度太浅，电弧压力不足，会导致焊接不够牢固。如果电弧长度过短，则有可能将工件焊漏。也就是说，电弧长度的变化会导致电弧特性的变化，从而导致不能实现良好的焊接。

根据目前的研究，可以通过调整焊接电流波形参数，来调整电弧的特性，从而实现良好的焊接。但是在现有技术中，焊机的焊接电流波形参数都是预先设定好的，无法根据需要实时地调整。因此当焊接情况发生变化时，例如，电弧长度发生变化时，现有技术的焊机无法实时调整焊接电流波形参数，从而不能实时有效地调整电弧的特性，不能实现良好的焊接。

[发明内容]

[技术问题]

本发明旨在针对现有技术中的问题，提供一种恒流焊接装置及其控制方法。

[解决方案]

本发明提供的恒流焊接装置包括：电流检测单元和电压检测单元，恒流焊接装置为钨极惰性气体保护焊机，恒流焊接装置还包括：弧压获取单元，其用于根据电流检测单元检测的电流和电压检测单元检测的电压，获取实际焊接过程中的弧压U2；焊接电流波形参数获取单元，其用于根据弧压U2以及预先设定的弧压与焊接电流波形参数的对应关系r，获取焊接电流波形参数P；以及输出控制单元，其用于根据焊接电流波形参数P控制恒流焊接装置的输出。

本发明还提供一种恒流焊接装置控制方法，恒流焊接装置包括：电流检测单元和电压检测单元。恒流焊接装置为钨极惰性气体保护焊机。恒流焊接装置控制方法包括：弧压获取步骤，根据电流检测单元检测的电流和电压检测单元检测的电压，获取实际焊接过程中的弧压U2；焊接电流波形参数获取步骤，根据弧压U2以及预先设定的弧压与焊接电流波形参数的对应关系r，获取焊接电流波形参数P；以及输出控制步骤，根据焊接电流波形参数P控制恒流焊接装置的输出。

[发明有益效果]

通过本发明的恒流焊接装置及其控制方法，可以根据不同的电弧长度，实时调整焊接电流波形参数，从而实时有效地调整电弧的特性，实现良好的焊接。

[附图说明]

图1是本发明的恒流焊接装置的结构框图；

图2是本发明的恒流焊接装置的硬件结构示意图；

图3是本发明的恒流焊接装置的弧压获取单元的结构框图；

图4是本发明的恒流焊接装置的输出控制单元的结构框图；

图5是本发明的恒流焊接控制方法的流程图；

图6是本发明的恒流焊接控制方法的弧压获取步骤的流程图；

图7是本发明的恒流焊接控制方法的输出控制步骤的流程图；

图8是本发明的直流焊机在弧压为1V时的给定电流波形图；

图9是本发明的直流焊机在弧压为2V时的给定电流波形图；

图10是本发明的交流焊机在弧压为1V时的给定电流波形图；以及

图11是本发明的交流焊机在弧压为2V时的给定电流波形图。

[具体实施方式]

本发明的核心思想是，预先设定好弧压与焊接电流波形参数的对应关系，然后实时计算弧压，并根据弧压获取焊接电流波形参数，最后根据获取的焊接电流波形参数控制恒流焊接装置的输出电流。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。

[焊接装置]

下面参照图1和图2描述本发明的恒流焊接装置。

如图1所示，本发明的恒流焊接装置包括：电流检测单元1和电压检测单元2，还包括：弧压获取单元3，其用于根据电流检测单元1检测的电流和电压检测单元2检测的电压，获取实际焊接过程中的弧压U2；焊接电流波形参数获取单元4，其用于根据弧压U2以及预先设定的弧压与焊接电流波形参数的对应关系r，获取焊接电流波形参数P；以及输出控制单元5，其用于根据焊接电流波形参数P控制恒流焊接装置的输出。

在本实施例中，恒流焊接装置是TIG焊机(钨极惰性气体保护焊机)。但本发明不限于此，恒流焊接装置也可以是埋弧焊机。

如图2所示，本发明的恒流焊接装置包括CPU，以及分别和CPU连接的信号功率放大电路、RAM、Flash、电流互感器和电压互感器。信号功率放大电路还连接有功率器件(IGBT)。本发明的恒流焊接装置也可以采用带有RAM和ROM的CPU，例如，德州仪器公司的F28M35H52C1RFPT，或者其它类型的CPU、可编程控制器等。

电流检测单元1和电压检测单元2可以是电流互感器和电压互感器。弧压获取单元3、焊接电流波形参数获取单元4和输出控制单元5可以通过CPU运行Flash中存储的程序模块来实现。

下面参照图3描述弧压获取单元3的结构。

如图3所示，弧压获取单元3包括：回路电阻计算单元31，其用于在恒流焊接装置的输出终端短路时，根据电流检测单元1检测的短路电流I和电压检测单元2检测的短路电压U，计算恒流焊接装置的回路电阻R。弧压计算单元32，其用于在恒流焊接装置进行焊接时，根据电流检测单元1检测的焊接电流I1，电压检测单元2检测的焊接电压U1，以及回路电阻R，计算实际焊接过程中的弧压U2。

回路电阻计算单元31和弧压计算单元32的功能可以通过CPU运行Flash中存储的程序模块来实现。

下面参照图4描述输出控制单元5的结构。

如图4所示，输出控制单元5包括：给定值设定单元51，其用于根据焊接电流波形参数P设定给定电流Ig；误差值计算单元52，其用于计算焊接电流I1与给定电流Ig之间的误差值D；开通值计算单元53，其用于根据误差值D计算功率器件的开通值O；以及功率器件控制单元54，其用于根据开通值O控制功率器件的开通时间，从而控制恒流焊接装置的输出。

给定值设定单元51、误差值计算单元52、开通值计算单元53和功率器件控制单元54的功能可以通过CPU运行Flash中存储的程序模块来实现。

[焊接控制方法]

接下来参照图5描述本发明的焊接控制方法。

在弧压获取步骤S1中，根据电流检测单元1检测的电流和电压检测单元2检测的电压，获取实际焊接过程中的弧压U2。

可以采用任意已知的方法获取弧压U2。在本实施例中，采用如图6所示的方法。弧压获取步骤S1包括以下步骤。

回路电阻计算步骤S11，在恒流焊接装置的输出终端短路时，根据电流检测单元1检测的短路电流I和电压检测单元2检测的短路电压U，计算恒流焊接装置的回路电阻R。

具体的，在焊接前，先将恒流焊接装置(TIG焊机)的输出终端短路，即，将焊枪的钨极与母材短路。然后电流检测单元1检测短路电流I，电压检测单元2检测短路电压U，再根据短路电流I和短路电压U计算回路电阻R。计算公式为：

[式1]R＝U/I。

弧压计算步骤S12，在恒流焊接装置进行焊接时，根据电流检测单元1检测的焊接电流I1，电压检测单元2检测的焊接电压U1，以及回路电阻R，计算实际焊接过程中的弧压U2。计算公式为：

[式2]U2＝U1-I1*R。

其中，电压检测单元2检测到的焊接电压U1是恒流焊接装置输出的总电压。焊接电压U1包括弧压U2和回路上的电压。回路上的电压可以用焊接电流I1乘以回路电阻R求出。

在焊接过程中，如果电弧长度发生变化，则弧压U2也会发生变化。通过实时地计算弧压U2，可以得知电弧长度的变化情况。

焊接电流波形参数获取步骤S2，根据弧压U2以及预先设定的弧压与焊接电流波形参数的对应关系r，获取焊接电流波形参数P。

具体的，预先在恒流焊接装置中存储弧压U2与焊接电流波形参数P的对应表，如表1所示。

[表1]

在本实施例中，恒流焊接装置为直流焊机，例如，直流TIG焊机，直流埋弧焊机等。焊接电流波形参数P包括：电流峰值、电流基值、上升沿时间、下降沿时间、脉冲频率和占空比。

然后根据步骤S1中计算出的弧压U2，从表1中获取焊接电流波形参数P。焊接开始时，弧压U2＝1V，电流峰值和电流基值均为100A，上升沿时间、下降沿时间和脉冲频率均为0，占空比为50％。具体的波形如图8所示。

在焊接过程中，如果电弧长度发生变化，弧压U2变为2V。则获取的焊接电流波形参数P变为，电流峰值＝120A，电流基值＝80A，上升沿时间＝0，下降沿时间＝0，脉冲频率＝50Hz，占空比＝50％。具体的波形如图9所示。

以上以直流焊机为例描述了焊接电流波形参数P的获取方法。但本发明不限于此，也可以是交流焊机，例如交流TIG焊机、交流埋弧焊机等。对于交流焊机，焊接电流波形参数P包括：电流峰值、电流谷值、上升沿时间、下降沿时间、脉冲频率和占空比。弧压U2与焊接电流波形参数P的对应表如表2所示。

[表2]

对于交流焊机，焊接开始时，弧压U2＝1V，电流峰值为100A，电流谷值为-100A，上升沿时间和下降沿时间均为0，脉冲频率为50Hz，占空比为50％。具体的波形如图10所示。

在焊接过程中，如果电弧长度发生变化，弧压U2变为2V。则获取的焊接电流波形参数P变为，电流峰值＝100A，电流谷值＝-100A，上升沿时间＝0，下降沿时间＝0，脉冲频率＝100Hz，占空比＝50％。具体的波形如图11所示。

在本实施例中，弧压与焊接电流波形参数的对应关系r是对应表。但本发明不限于此，对应关系r也可以是，例如，弧压U2与焊接电流波形参数P的函数关系曲线。

通过步骤S2，可以根据不同的电弧长度，实时调整焊接电流波形参数P。

本发明的焊接控制方法还包括输出控制步骤S3。在该步骤中，根据焊接电流波形参数P控制恒流焊接装置的输出。

可以采用任意已知的方法控制恒流焊接装置的输出。在本实施例中，采用如图7所示的方法。输出控制步骤S3包括以下步骤。

给定值设定步骤S31，根据焊接电流波形参数P设定给定电流Ig。例如，之前获取的焊接电流波形参数P为：电流峰值＝120A，电流基值＝80A，上升沿时间＝0，下降沿时间＝0，脉冲频率＝50Hz，占空比＝50％。因此，首先将给定电流Ig设定为电流峰值，即Ig＝120A。经过半个周期，即10ms之后，给定电流Ig将被设定为电流基值，即Ig＝80A。如此循环，直到下一次获取焊接电流波形参数P。

误差值计算步骤S32，计算焊接电流I1和给定电流Ig之间的误差值D。计算公式为：

[式3]D＝Ig-I1。

开通值计算步骤S33，根据误差值D计算功率器件的开通值O。具体的，根据误差值D进行PID运算(比例积分微分运算)，得到功率器件的开通值O。

功率器件控制步骤S34，根据开通值O控制功率器件的开通时间，从而控制恒流焊接装置的输出。

通过上述步骤，可以根据实时调整的焊接电流波形参数P，控制焊机的输出，从而实时有效地调整电弧的特性，实现良好的焊接。

以上，已参照详细或特定的实施方式，对本发明进行了说明，但本领域技术人员理解：可以在不脱离本发明的精神与范围的前提下进行各种变更及修正。

[工业实用性]

通过本发明的恒流焊接装置及其控制方法，可以根据不同的电弧长度，实时调整焊接电流波形参数，从而实时有效地调整电弧的特性，实现良好的焊接。

[附图标记列表]

1 电流检测单元

2 电压检测单元

3 弧压获取单元

31 回路电阻计算单元

32 弧压计算单元

4 焊接电流波形参数获取单元

5 输出控制单元

51 给定值设定单元

52 误差值计算单元

53 开通值计算单元

54 功率器件控制单元。

Claims (10)

1.一种恒流焊接装置，包括：电流检测单元(1)和电压检测单元(2)，其特征在于，所述恒流焊接装置为钨极惰性气体保护焊机，

所述恒流焊接装置还包括：

弧压获取单元(3)，其用于根据所述电流检测单元(1)检测的电流和所述电压检测单元(2)检测的电压，获取实际焊接过程中的弧压U2；

焊接电流波形参数获取单元(4)，其用于根据所述弧压U2以及预先设定的弧压与焊接电流波形参数的对应关系r，获取焊接电流波形参数P；以及

输出控制单元(5)，其用于根据所述焊接电流波形参数P控制所述恒流焊接装置的输出。

2.如权利要求1所述的恒流焊接装置，其特征在于，

所述弧压获取单元(3)包括：

回路电阻计算单元(31)，其用于在所述恒流焊接装置的输出终端短路时，根据所述电流检测单元(1)检测的短路电流I和所述电压检测单元(2)检测的短路电压U，计算所述恒流焊接装置的回路电阻R；

弧压计算单元(32)，其用于在所述恒流焊接装置进行焊接时，根据所述电流检测单元(1)检测的焊接电流I1，所述电压检测单元(2)检测的焊接电压U1，以及所述回路电阻R，计算实际焊接过程中的弧压U2。

3.如权利要求2所述的恒流焊接装置，还包括功率器件，其特征在于，

所述输出控制单元(5)包括：

给定值设定单元(51)，其用于根据所述焊接电流波形参数P设定给定电流Ig；

误差值计算单元(52)，其用于计算所述焊接电流I1与所述给定电流Ig之间的误差值D；

开通值计算单元(53)，其用于根据所述误差值D计算所述功率器件的开通值O；以及

功率器件控制单元(54)，其用于根据所述开通值O控制所述功率器件的开通时间，从而控制所述恒流焊接装置的输出。

4.如权利要求1所述的恒流焊接装置，其特征在于，所述恒流焊接装置是直流焊机，所述焊接电流波形参数P包括：电流峰值，电流基值，上升沿时间，下降沿时间，脉冲频率和占空比。

5.如权利要求1所述的恒流焊接装置，其特征在于，所述恒流焊接装置是交流焊机，所述焊接电流波形参数P包括：电流峰值，电流谷值，上升沿时间，下降沿时间，脉冲频率和占空比。

6.一种恒流焊接装置控制方法，所述恒流焊接装置包括：电流检测单元(1)和电压检测单元(2)，其特征在于，所述恒流焊接装置为钨极惰性气体保护焊机，

所述恒流焊接装置控制方法包括：

弧压获取步骤，根据所述电流检测单元(1)检测的电流和所述电压检测单元(2)检测的电压，获取实际焊接过程中的弧压U2；

焊接电流波形参数获取步骤，根据所述弧压U2以及预先设定的弧压与焊接电流波形参数的对应关系r，获取焊接电流波形参数P；以及

输出控制步骤，根据所述焊接电流波形参数P控制所述恒流焊接装置的输出。

7.如权利要求6所述的恒流焊接装置控制方法，其特征在于，所述弧压获取步骤包括：

回路电阻计算步骤，在所述恒流焊接装置的输出终端短路时，根据所述电流检测单元(1)检测的短路电流I和所述电压检测单元(2)检测的短路电压U，计算所述恒流焊接装置的回路电阻R；以及

弧压计算步骤，在所述恒流焊接装置进行焊接时，根据所述电流检测单元(1)检测的焊接电流I1，所述电压检测单元(2)检测的焊接电压U1，以及所述回路电阻R，计算实际焊接过程中的弧压U2。

8.如权利要求7所述的恒流焊接装置控制方法，所述恒流焊接装置还包括功率器件，其特征在于，所述输出控制步骤包括：

给定值设定步骤，根据所述焊接电流波形参数P设定给定电流Ig；

误差值计算步骤，计算所述焊接电流I1和所述给定电流Ig之间的误差值D；

开通值计算步骤，根据所述误差值D计算所述功率器件的开通值O；以及

功率器件控制步骤，根据所述开通值O控制所述功率器件的开通时间，从而控制所述恒流焊接装置的输出。

9.如权利要求6所述的恒流焊接装置控制方法，其特征在于，所述恒流焊接装置是直流焊机，所述焊接电流波形参数P包括：电流峰值，电流基值，上升沿时间，下降沿时间，脉冲频率和占空比。

10.如权利要求6所述的恒流焊接装置控制方法，其特征在于，所述恒流焊接装置是交流焊机，所述焊接电流波形参数P包括：电流峰值，电流谷值，上升沿时间，下降沿时间，脉冲频率和占空比。