CN105127549A - 同一焊接周期内交直流焊接模式共存的焊机及其焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊机领域，其公开了一种同一焊接周期内交直流焊接模式共存的焊机及其焊接方法。本发明提供的焊机，其在同一焊接周期内既有交流焊接又有直流焊接，且在同一焊接周期内交流焊接与直流焊接的时间可以调节，从而使得利用该焊机焊接时可以根据焊接材料的材料特性来选择焊接模式，满足各种焊接材料的要求，有效提高焊接质量，并提高焊机的使用寿命。

Description

同一焊接周期内交直流焊接模式共存的焊机及其焊接方法

技术领域

本发明涉及焊机领域，尤其涉及一种同一焊接周期内交直流焊接模式共存的焊机及其焊接方法。

背景技术

现有的焊机在进行焊接时，同一焊接周期内只能有直流焊接或者交流焊接模式，两种焊接模式并不能共存。直流焊接主要针对不锈钢、钛合金、碳钢等材料，只产生电弧，电弧的能量将材料母材及焊料熔合。交流焊接主要针对铝合金、铜合金等材料，该种材料在表面有一层致密的氧化膜，通过交流变换极性，使在钨极带负电时，产生离子，在电弧推力的作用下，离子高速冲击到氧化膜上，使其分解，然后使在钨极带正电时再进行正常的焊接。在对铝合金、铜合金等材料进行交流焊接时，对钨极的烧损率很高，因此其严重制约着焊机的使用寿命。此外，单种焊接模式的焊机无法解决异种材料的焊接问题，如当需要将铝合金与不锈钢两种材料特性不同的材料焊接在一起时，只有直流焊接模式或只有交流焊接模式的焊机均不能实现将两种不同的材料焊接在一起。因此，现有的焊机有待改进。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种同一焊接周期内交直流焊接模式共存的焊机及其焊接方法，以可根据焊接材料的材料特性来选择焊接模式，提高焊接质量，并可提高焊机的使用寿命。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种同一焊接周期内交直流焊接模式共存的焊机，所述焊机包括控制系统模块，焊枪，与控制系统模块连接的人机界面操作及显示模块，依次连接的电源输入模块、直流恒压模块、斩波控制模块、以及恒流反馈模块，还包括有交直流输出模块，交直流转化触发模块，电流取样模块以及电压取样模块；

所述交直流输出模块连接于恒流反馈模块与焊枪之间，所述交直流转化触发模块串联连接于交直流输出模块与控制系统模块之间；

所述电流取样模块的输入端至少具有两电流输入接口，其中一电流输入接口与直流恒压模块的输出端连接，以获取直流恒压模块的输出电流信息，另一电流输入接口与焊枪的输入端连接，以获取逆变模块的输入电流信息；所述电压取样模块的输入端至少具有两电压输入接口，其中一电压输入接口与直流恒压模块的输出端连接，以获取直流恒压模块的输出电压信息，另一电压输入接口与焊枪的输入端连接，以获取逆变模块的输入电压信息；所述电流取样模块的输出端、电压取样模块的输出端均与控制系统模块连接。

进一步地，所述焊机还包括有与交直流转化触发模块连接的外部触发模块；所述控制系统模块优选设置有用于与外部设备进行通信连接的同步通信接口。所述焊枪上设置有用于检测焊枪摆动位置的摆位传感器，所述摆位传感器与所述外部触发模块连接。所述外部设备优选为用于向焊枪推送焊丝的送丝设备。

优选地，所述交直流输出模块包括模式切换电路、直流调压电路、交流调压变频电路、参数反馈电路、以及驱动控制电路，所述模式切换电路的输入端与恒流反馈模块连接，模式切换电路的输出端具有两路输出接口，其中一路输出接口通过直流调压电路与参数反馈电路的输入端连接，另一路输出接口则通过交流调压变频电路与参数反馈电路的输入端连接；参数反馈电路的输出端与焊枪连接，所述模式切换电路的驱动控制端通过驱动控制电路与交直流转化触发模块连接。

另外，本发明还提供了所述的焊机的焊接方法，所述焊接方法包括：

根据焊接材料的表面是否具有氧化膜的材料特性设置焊接参数，所述焊接参数包括在一个焊接周期内的输出交流电流的时间与输出直流电流的时间；根据设置的焊接参数，所述焊机的焊接模式包括在一个焊接周期内均输出直流电流的直流焊接模式、在一个焊接周期内均输出交流电流的交流焊接模式、以及在一个焊接周期内既可输出交流电流又可输出直流电流的交直流共存焊接模式；

若焊接为将具有相同材料特性的焊接材料进行焊接的单种材料焊接，当该焊接材料的表面具有氧化膜时，则以交直流共存焊接模式对该焊接材料进行焊接，该交直流共存焊接模式为先输出交流电流再输出直流电流的焊接模式，且先利用该交直流共存焊接模式中的交流焊接打破该焊接材料表面的氧化膜后再进行直流焊接；当该焊接材料的表面不具有氧化膜时，则以直流焊接模式对该焊接材料进行焊接。

进一步地，所述焊接方法还包括：

若焊接为将两种具有不同材料特性的材料进行焊接的异种材料焊接时，当对表面不具有氧化膜的焊接材料进行焊接时，焊机启用直流焊接模式进行焊接；当对表面具有氧化膜的焊接材料进行焊接时，焊机启用交流焊接模式或交直流共存焊接模式进行焊接；

优选地，在进行所述异种材料焊接的过程中，焊机的焊接模式根据所述摆位传感器检测到焊枪的摆动位置进行切换。

优选地，所述焊机通过所述控制系统模块的同步通信接口与送丝设备连接，当焊机在对焊接材料进行焊接时，所述控制系统模块将交直流转化触发模块中的交直流转化信号转化成相应的脉冲信号，并通过所述同步通信接口传输至送丝设备，所述送丝设备根据接收到的所述脉冲信号推送相应的焊丝。

本发明提供的焊机，其在同一焊接周期内既有交流焊接又有直流焊接，且在同一焊接周期内交流焊接与直流焊接的时间可以调节，从而使得利用该焊机焊接时可以根据焊接材料的材料特性来选择焊接模式，满足各种焊接材料的要求，有效提高焊接质量，并提高焊机的使用寿命。

附图说明

附图1为本发明实施例中所述焊机的电路原理框图；

附图2为本发明实施例中所述交直流输出模块的电路原理框图；

附图3为本发明实施例中所述焊机利用交直流共存焊接模式对铝合金材料进行焊接时的输出电流示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如附图1所示，一种同一焊接周期内交直流焊接模式共存的焊机，所述焊机包括控制系统模块，焊枪，与控制系统模块连接的人机界面操作及显示模块，依次连接的电源输入模块、直流恒压模块、斩波控制模块、以及恒流反馈模块，还包括有交直流输出模块，交直流转化触发模块，电流取样模块以及电压取样模块；

所述交直流输出模块连接于恒流反馈模块与焊枪之间，所述交直流转化触发模块串联连接于交直流输出模块与控制系统模块之间；

所述电流取样模块的输入端至少具有两电流输入接口，其中一电流输入接口与直流恒压模块的输出端连接，以获取直流恒压模块的输出电流信息，另一电流输入接口与焊枪的输入端连接，以获取逆变模块的输入电流信息；所述电压取样模块的输入端至少具有两电压输入接口，其中一电压输入接口与直流恒压模块的输出端连接，以获取直流恒压模块的输出电压信息，另一电压输入接口与焊枪的输入端连接，以获取逆变模块的输入电压信息；所述电流取样模块的输出端、电压取样模块的输出端均与控制系统模块连接。本实施例中，所述控制系统模块由微处理器、存储模块、输入输出模块、模拟数字转换模块、通讯模块等组成。

可选地，所述焊机还包括有与交直流转化触发模块连接的外部触发模块；所述焊枪上设置有用于检测焊枪摆动位置的摆位传感器，所述摆位传感器与所述外部触发模块连接。所述控制系统模块设置有用于与外部设备进行通信连接的同步通信接口。本实施例中，所述外部设备优选为用于向焊枪推送焊丝的送丝设备。

其中，所述交直流输出模块用于接收来自交直流转化触发模块发出的交直流转化触发信号，并根据接收到的触发信号，将其输入端接收到的电信号（包括电压信号、电流信号）进行直流调压处理或者交流调压变频处理后，再输出相应的直流电压信号或者交流电压信号，从而使得焊机在同一焊接周期内既可输出直流电流又可输出交流电流，即焊机具有交直流共存的焊接模式。

本实施例中，所述交直流转化触发模块中的交直流转化触发信号由控制系统模块中的计算单元控制产生（同种材料的焊接通常由控制系统模块中的计算单元控制产生）；或者是由外部的触发信号产生（异种材料的焊接则通常由外部的触发信号产生），例如当利用焊机对两种材料特性不同的材料进行焊接时，由安装于焊枪上的摆位传感器产生相应的触发信号，然后通过脉冲形式由外部触发模块传输至交直流转化触发模块。所述摆位传感器为现有传感器，利用现有的可检测出焊枪的摆动位置发生变化的传感器即可，如摆动跟踪传感器。

另外，在交直流转化触发模块发出交直流转化触发信号的同时，控制系统模块将交直流转化信号转化成相应的脉冲信号，通过所述同步通信接口传输至焊机外部的送丝设备，以使送丝设备根据接收到的所述脉冲信号推送相应的焊丝。

本发明实施例中，所述电源输入模块、直流恒压模块、斩波控制模块、恒流反馈模块、电流取样模块、电压取样模块，控制系统模块、人机界面操作及显示模块等各功能模块均为现有技术，在此对其工作原理或其具体组成不再详述。但需说明的是，上述各功能模块中，其可以根据实际需要将多个功能模块集成在一个电路模块来实现其相应的功能，或者某些功能模块的功能可以通过硬件与软件结合来实现；如电流取样模块、电压取样模块以及交直流转化触发模块可以集成在控制系统模块中，或者电流取样模块、电压取样模块以及交直流转化触发模块的功能可以在控制系统模块内通过硬件与软件结合的方式来实现；还可将某一个功能模块分为多个功能模块来实现，如将人机界面操作及显示模块分为人机界面操作模块、人机界面操作模块两个功能模块等。另外，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以下对本发明实施例中的交直流输出模块作进一步说明：如图2所示，所述交直流输出模块包括模式切换电路、直流调压电路、交流调压变频电路、参数反馈电路、以及驱动控制电路，所述模式切换电路的输入端与恒流反馈模块连接，模式切换电路的输出端具有两路输出接口，其中一路输出接口通过直流调压电路与参数反馈电路的输入端连接，另一路输出接口则通过交流调压变频电路与参数反馈电路的输入端连接；参数反馈电路的输出端与焊枪连接，所述模式切换电路的驱动控制端通过驱动控制电路与交直流转化触发模块连接。

其中，所述模式切换电路的作用类似当于一个选择开关，用于将其输入端接收到的电信号（包括电压信号或电流信号）根据其驱动控制端接收到的交直流转化触发信号输送至直流调压电路或者交流调压变频电路中的其中一个电路进行处理；直流调压电路用于将其接收到的电信号进行调压处理并转化为直流电信号输出，交流调压变频电路则用于将其接收到的电信号进行调压变频处理并转化为交流电信号输出；驱动控制电路用于接收交直流转化触发模块的信号驱动并控制模式切换电路工作；参数反馈电路用于将直流调压电路或交流调压变频电路输出的电压信号、电流信号输出至焊枪，并将焊枪的输入电流、电压，以及焊枪进行焊接工作时的电流、电压等参数反馈到控制系统模块中。

本实施例提供的焊机，通过设置交直流输出模块、交直流转化触发模块等模块，使得焊机具有三种焊接模式：（1）直流焊接模式：在一个焊接周期内均输出直流电流的焊接模式；（2）交流焊接模式：在一个焊接周期内均输出交流电流的焊接模式；（3）交直流共存焊接模式：在一个焊接周期内既可输出交流电流又可输出直流电流的焊接模式。

焊机的焊接模式可以通过设置在一个焊接周期内输出直流电流时间与输出交流电流的时间这两个焊接参数来实现。在本实施例中，焊接参数可以通过在人机界面操作及显示模块上根据需要进行设置，例如可以在人机界面操作及显示模块上设置一个焊接周期为Mus（微秒），输出交流电流的时间为Nus，输出直流电流的时间为Kus；其中M=N+K,N、K均大于或等于0，且N、K均可调。

在本发明实施例中，所述交直流共存焊接模式主要为：在一个焊接周期内先输出交流电流一段时间（具体输出交流电流的时间根据焊接材料进行设置）再输出直流电流的焊接模式，该交直流共存焊接模式主要针对铝合金、铜合金等表面具有氧化膜的焊接材料，其先利用交直流共存焊接模式中的交流焊接打破铝合金、铜合金等焊接材料表面的氧化膜后再进行直流焊接，从而可确保在打破氧化膜的情况下利用直流焊接进行正常的焊接工作，因而不会伤及焊枪中的钨极，在有效提高焊接质量的同时也很好地提高了焊机（焊枪）的使用寿命。当然，在实际应用中，交直流共存焊接模式并不仅仅限于上述在一个焊接周期内先输出交流电流一段时间（再输出直流电流的焊接模式，其可以是泛指在一个焊接周期内既输出交流电流又输出直流电流的焊接模式。

本发明实施例还提供了一种对上述焊机的焊接方法，所述焊接方法包括：

根据焊接材料的表面是否具有氧化膜的材料特性设置焊接参数，所述焊接参数包括在一个焊接周期内的输出交流电流的时间与输出直流电流的时间；根据设置的焊接参数，所述焊机的焊接模式包括在一个焊接周期内均输出直流电流的直流焊接模式、在一个焊接周期内均输出交流电流的交流焊接模式、以及在一个焊接周期内既可输出交流电流又可输出直流电流的交直流共存焊接模式；

若焊接为将具有相同材料特性的焊接材料进行焊接的单种材料焊接，当该焊接材料的表面具有氧化膜时，则以交直流共存焊接模式对该焊接材料进行焊接，该交直流共存焊接模式为先输出交流电流再输出直流电流的焊接模式，且先利用该交直流共存焊接模式中的交流焊接打破该焊接材料表面的氧化膜后再进行直流焊接；当该焊接材料的表面不具有氧化膜时，则以直流焊接模式对该焊接材料进行焊接。

进一步地，所述焊接方法还包括：

若焊接为将两种具有不同材料特性的材料进行焊接的异种材料焊接时，当对表面不具有氧化膜的焊接材料进行焊接时，焊机启用直流焊接模式进行焊接；当对表面具有氧化膜的焊接材料进行焊接时，焊机启用交流焊接模式或交直流共存焊接模式进行焊接；

优选地，在进行所述异种材料焊接的过程中，焊机的焊接模式根据所述摆位传感器检测到焊枪的摆动位置进行切换；所述焊机通过所述控制系统模块的同步通信接口与送丝设备连接，当焊机在对焊接材料进行焊接时，所述控制系统模块将交直流转化触发模块中的交直流转化信号转化成相应的脉冲信号，并通过所述同步通信接口传输至送丝设备，所述送丝设备根据接收到的所述脉冲信号推送相应的焊丝。

现有常用的焊接材料（通常为金属材料）中，可根据其表面是否具有氧化膜的材料特性分为两种，一种为表面具有致密的氧化膜的焊接材料，如铝合金、铜合金的材料，这种材料需要交流焊接，以打破其表面的致密的氧化膜才能进行正常的焊接工作，另一种为表面不具有氧化膜的焊接材，如不锈钢、钛合金、碳钢等材料，这种材料适合用直流焊接模式。

如利用本发明实施例提供的焊机对铝合金材料进行焊接时，首先在人机界面操作及显示模块设置相应的焊接参数，即设置焊机在一个焊接周期内的输出交流电流的时间与输出直流电流的时间，使焊机的焊接模式为交直流共存焊接模式（该交直流共存焊接模式为先输出交流电流后输出直流电流的焊接模式），利用该焊接模式中的交流焊接时产生的高速离子打破铝合金表面的氧化膜后再进行直流焊接，其焊接效果好且不会伤及焊枪中的钨极，在有效提高焊接质量的同时也很好地提高了焊枪）的使用寿命。如附图3所示，图3为本实施例中所述焊机利用交直流共存焊接模式对铝合金材料进行焊接时的示意图。

本实施例中的异种材料焊接以将钢合金材料与铝合金材料焊接在一起为具体实施例进行说明。铝合金材料适用于交流焊接模式或者本发明实施例所述的交直流共存焊接模式，而钢合金材料适用于直流焊接模式。在进行焊接时，若焊机先开启直流焊接模式对钢合金材料进行焊接，当焊枪指向铝合金材料时，设置于焊枪上的摆位传感器检测到焊枪的摆动位置触发其发出相应的脉冲信号使焊机切换焊接模式，使焊机开启交流焊接模式或交直流共存焊接模式对铝合金材料进行焊接；或者焊机先开启交流焊接模式或交直流共存焊接模式对铝合金材料进行焊接，当摆动焊枪使其指向钢合金材料时，摆位传感器发出相应的脉冲信号使焊机切换焊接模式，使焊机开启直流焊接模式对钢合金材料进行焊接。同时，在焊接过程中，焊机中的控制系统模块将交直流转化触发模块中的交直流转化信号转化成相应的脉冲信号，并通过其同步通信接口传输至送丝设备，使送丝设备根据接收到的脉冲信号推送相应的焊丝，即使得送丝设备在不同的焊接模式中推送相应的焊丝，如在直流焊接模式对钢材料进行焊接时推送钢丝，而在交流焊接模式或交直流共存焊接模式对铝合金材料进行焊接时推送铝丝。在实际焊接过程中，各焊接模式中的焊接参数（在一个焊接周期内输出直流电流时间与输出交流电流的时间这两个时间参数）可根据焊接材料或实际需要来进行相适配的调整。

上述实施例中提到的内容为本发明较佳的实施方式，并非是对本发明的限定，在不脱离本发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种同一焊接周期内交直流焊接模式共存的焊机，所述焊机包括控制系统模块，焊枪，与控制系统模块连接的人机界面操作及显示模块，依次连接的电源输入模块、直流恒压模块、斩波控制模块、以及恒流反馈模块，其特征在于：还包括有交直流输出模块，交直流转化触发模块，电流取样模块以及电压取样模块；

所述交直流输出模块连接于恒流反馈模块与焊枪之间，所述交直流转化触发模块串联连接于交直流输出模块与控制系统模块之间；

所述电流取样模块的输入端至少具有两电流输入接口，其中一电流输入接口与直流恒压模块的输出端连接，以获取直流恒压模块的输出电流信息，另一电流输入接口与焊枪的输入端连接，以获取逆变模块的输入电流信息；所述电压取样模块的输入端至少具有两电压输入接口，其中一电压输入接口与直流恒压模块的输出端连接，以获取直流恒压模块的输出电压信息，另一电压输入接口与焊枪的输入端连接，以获取逆变模块的输入电压信息；所述电流取样模块的输出端、电压取样模块的输出端均与控制系统模块连接。

2.根据权利要求1所述的同一焊接周期内交直流焊接模式共存的焊机，其特征在于：所述焊机还包括有与交直流转化触发模块连接的外部触发模块。

3.根据权利要求2所述的同一焊接周期内交直流焊接模式共存的焊机，其特征在于：所述焊枪上设置有用于检测焊枪摆动位置的摆位传感器，所述摆位传感器与所述外部触发模块连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的同一焊接周期内交直流焊接模式共存的焊机，其特征在于：所述控制系统模块设置有用于与外部设备进行通信连接的同步通信接口。

5.根据权利要求4所述的同一焊接周期内交直流焊接模式共存的焊机，其特征在于：所述外部设备为用于向焊枪推送焊丝的送丝设备。

6.根据权利要求1所述的同一焊接周期内交直流焊接模式共存的焊机，其特征在于：所述交直流输出模块包括模式切换电路、直流调压电路、交流调压变频电路、参数反馈电路、以及驱动控制电路，所述模式切换电路的输入端与恒流反馈模块连接，模式切换电路的输出端具有两路输出接口，其中一路输出接口通过直流调压电路与参数反馈电路的输入端连接，另一路输出接口则通过交流调压变频电路与参数反馈电路的输入端连接；参数反馈电路的输出端与焊枪连接，所述模式切换电路的驱动控制端通过驱动控制电路与交直流转化触发模块连接。

7.一种应用于权利要求1～6中任一项所述的焊机的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法包括：

根据焊接材料的表面是否具有氧化膜的材料特性设置焊接参数，所述焊接参数包括在一个焊接周期内的输出交流电流的时间与输出直流电流的时间；根据设置的焊接参数，所述焊机的焊接模式包括在一个焊接周期内均输出直流电流的直流焊接模式、在一个焊接周期内均输出交流电流的交流焊接模式、以及在一个焊接周期内既可输出交流电流又可输出直流电流的交直流共存焊接模式；

若焊接为将具有相同材料特性的焊接材料进行焊接的单种材料焊接，当该焊接材料的表面具有氧化膜时，则以交直流共存焊接模式对该焊接材料进行焊接，该交直流共存焊接模式为先输出交流电流再输出直流电流的焊接模式，且先利用该交直流共存焊接模式中的交流焊接打破该焊接材料表面的氧化膜后再进行直流焊接；当该焊接材料的表面不具有氧化膜时，则以直流焊接模式对该焊接材料进行焊接。

8.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法还包括：

若焊接为将两种具有不同材料特性的材料进行焊接的异种材料焊接时，当对表面不具有氧化膜的焊接材料进行焊接时，焊机启用直流焊接模式进行焊接；当对表面具有氧化膜的焊接材料进行焊接时，焊机启用交流焊接模式或交直流共存焊接模式进行焊接。

9.根据权利要求8所述的焊接方法，其特征在于：在进行所述异种材料焊接的过程中，焊机的焊接模式根据所述摆位传感器检测到焊枪的摆动位置进行切换。

10.根据权利要求7～9中任一项所述的焊接方法，其特征在于：所述焊机通过所述控制系统模块的同步通信接口与送丝设备连接，当焊机在对焊接材料进行焊接时，所述控制系统模块将交直流转化触发模块中的交直流转化信号转化成相应的脉冲信号，并通过所述同步通信接口传输至送丝设备，所述送丝设备根据接收到的所述脉冲信号推送相应的焊丝。