CN106238869B - 一种脉冲式气保焊电弧特性的控制电路 - Google Patents
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Abstract
一种脉冲式气保焊电弧特性的控制电路，电位器的固定触点与第一电阻、光耦合器的发射极顺序连接，电位器的动触点与光耦合器的集电极连接，光耦合器的发射极连接检波二极管的阳极，光耦合器的集电极连接检波二极管的阴极；光耦合器的输入信号端与电焊机的输出分流器连接；光耦合器的集电极分别与运算放大器的同相输入端、第二电阻的一端、电容的一端和二极管的阳极连接，第二电阻的另一端、电容的另一端和二极管的阴极具有共同的接地端；光耦合器的集电极、第三电阻和运算放大器的反相输入端顺序连接，运算放大器的输出端与其反相输入端连接构成跟随电路，运算放大器的输出端还与电流调节误差信号连接。该电路能够保持电弧特性的稳定性。
Description
技术领域：
本发明涉及脉冲MIG焊接电弧的电控制技术领域，特别涉及一种脉冲式气保焊电弧特性的控制电路。
背景技术：
脉冲MIG焊方法，又称为脉冲熔化极惰性气体保护焊，熔化电极为焊丝，保护气体的主体为惰性气体，占总的保护气体流量的80％以上。脉冲MIG焊的焊接电流采用脉冲电流波形，其目的在于可以在较低的平均电流下获得优越的熔滴射流过渡方式。焊接熔滴过处于射流过渡方式时电弧十分稳定，无焊接飞溅，电弧热输入和穿透较强，焊缝成形很好，焊缝质量较高。直流MIG焊要在焊丝的临界电流值以上才能获得射流过渡方式，脉冲MIG焊的峰值电流超过焊丝临界电流值获得射流过渡，但是它的平均焊接电流很低，广泛用于对焊接质量要求较高的合金钢结构焊接和有色金属焊接，尤其是上述金属的中、薄板结构的焊接。
在维弧期间，因为维弧电流很小，如果采用恒压电源外特性，当扰动出现时会引起维弧电流变化较大，导致电弧熄灭或者维弧电流过大产生熔滴的大滴过渡方式，使电弧的稳定性和射流过渡方式受到破坏。所以，维弧期间最适宜采用的电源外特性是恒流特性。在维弧期间采用恒流外特性的条件下，如果脉冲期间也采用恒流特性，电弧将完全丧失自调性能，电弧弧长将完全失去适应性和稳定性。所以为了使电弧获得一些自调性能，在脉冲期间只好采用恒压电源外特性。
为了照顾到维弧期间燃弧稳定性，维弧期间选择了恒流电源外特性；由于使用了恒流特性，扰动导致弧长变化时维弧电流不变，这样脉冲MIG焊电弧在维弧期间就失去了弧长的自调性能；在脉冲期间虽然使用了恒压外特性，但是为了保证稳定的熔滴射流过渡方式，脉冲电流变化量也不宜过大。所以，对于传统的脉冲MIG焊电弧，维弧期间没有自调性能，脉冲期间的自调性能十分有限，整个电弧的自调性能很差，当扰动出现时弧长的稳定性和适应性较差。由于传统的脉冲MIG焊电弧控制系统在原理上存在电弧弧长自调性能较差的缺陷，导致它在应用中存在下列几个严重的问题：
第一、电源脉冲参数配置十分复杂，使用操作难度较大。
针对某一焊接电流，脉冲MIG的电源脉冲参数设置包括维弧电流、维弧宽度、脉冲电压、脉冲宽度和送丝速度。由于电弧的弧长自调性能很差，上述参数的设置必须很精确，使电弧在所设置参数下产生的焊丝熔化速度准确等于设定的送丝速度，否则弧长会大大偏离正常范围，甚至不能获得正常的电弧。而且，除了获得正常的弧长外，同时还要保证获得熔滴的射流过渡方式，这就大大增加了参数设置和系统使用的难度。
第二、电弧自调性能差，弧长受扰动时弧长稳定性和适应性差；
由于弧长受扰动时，电流和焊丝熔化速度的变化量很小，电弧弧长的恢复能力很差，电弧的弧长稳定性和适应性很差。
第三、熔滴过渡稳定性差。
发明内容：
鉴于此，有必要设计一种使得电弧特性稳定的控制电路。
一种脉冲式气保焊电弧特性的控制电路，电位器的固定触点与第一电阻、光耦合器的发射极顺序连接，电位器的动触点与光耦合器的集电极连接，光耦合器的发射极连接检波二极管的阳极，光耦合器的集电极连接检波二极管的阴极；光耦合器的输入信号端与电焊机的输出分流器连接；光耦合器的集电极分别与运算放大器的同相输入端、第二电阻的一端、电容的一端和二极管的阳极连接，第二电阻的另一端、电容的另一端和二极管的阴极具有共同的接地端；光耦合器的集电极、第三电阻和运算放大器的反相输入端顺序连接，运算放大器的输出端与其反相输入端连接构成跟随电路，运算放大器的输出端还与电流调节误差信号连接，其中，电流调节误差信号用于指示实际焊机输出电压与给定焊机电压阈值的比较信号，给定焊机电压阈值用于衡量焊机电流大小。
本发明由于采用了焊丝送进速度信号的开环前馈控制方式控制脉冲MIG电弧的维弧宽度或脉冲频率，也就是根据送丝速度调节了焊接平均电流和焊丝熔化速度，使焊丝送进速度和熔化速度保持动态平衡，实现了脉冲参数和熔化速度自动与送丝速度相匹配，保持焊丝送进速度和熔化速度相同；由于采用了电弧长度信号的闭环负反馈控制方式控制脉冲MIG电弧的维弧宽度或脉冲频率，也就是根据电弧长度采用负反馈方式调节了焊接电流的脉冲频率、平均电流和焊丝熔化速度，使焊丝送进速度和熔化速度保持动态平衡，所以，当电弧长度扰动发生时能够维持系统的电弧长度不变。由于上述两种控制方式共同起作用，所以在焊接电流调节、送丝速度扰动或电弧长度扰动发生时，能够保持焊丝送进速度和熔化速度的动态平衡，维持系统的电弧长度不变。由于系统是通过调节脉冲MIG电弧的维弧宽度或脉冲频率来获得焊接平均电流调节和弧长负反馈调节，而不是通过调节电流幅度来实现弧长负反馈调节。所以，在弧长负反馈调节过程中熔滴的射流过渡方式能够维持不变。因为在负反馈过程的调节量是脉冲频率，而影响熔滴过渡方式的脉冲宽度、脉冲峰值电流和维弧电流维持不变。
附图说明：
附图1是一幅较佳实施方式的脉冲式气保焊电弧特性的控制电路的电路图。
具体实施方式：
如图1所示，一种脉冲式气保焊电弧特性的控制电路，电位器P7的固定触点2脚与第一电阻R13、光耦合器U6的发射极3脚顺序连接，电位器P7的动触点1脚与光耦合器U6的集电极4脚连接，光耦合器U6的发射极3脚连接检波二极管D6的阳极，光耦合器U6的集电极4脚连接检波二极管D6的阴极；光耦合器U6的输入信号端与电焊机的输出分流器连接；经过一次整流、IGB T逆变、二次整流然后通过电焊机输出分流器；光耦合器U6的集电极4脚分别与运算放大器U2的同相输入端10脚、第二电阻R15的一端、电容C6的一端和二极管D7的阳极连接，第二电阻R15的另一端、电容C6的另一端和二极管D7的阴极具有共同的接地端；光耦合器U6的集电极4脚、第三电阻R16和运算放大器U2的反相输入端9脚顺序连接，运算放大器U2的输出端8脚与其反相输入端9脚连接构成跟随电路，运算放大器9脚的输出端8脚还与电流调节误差信号连接，其中，电流调节误差信号用于指示实际焊机输出电压与给定焊机电压阈值的比较信号，给定焊机电压阈值用于衡量焊机电流大小。
该控制电路采用焊丝送进速度的开环前馈控制方式和电弧长度信号的闭环负反馈控制方式共同控制脉冲MIG电弧的维弧宽度或脉冲频率，以便保持焊丝送进速度和熔化速度的动态平衡，并且通过送丝速度调节、送丝速度扰动或电弧长度扰动发生维持系统的电弧长度不变和熔滴的射流过渡方式不变。
光耦合器U6采样信号来自焊机输出分流器，P7为一个10K电位器，用于调节运算放大器U2的同相输入端，也即10脚电压，进而改变U2的8脚的输出。8脚的输出接到电流调节误差信号上，当电位器P7调最小的时候电弧为硬，飞溅稍大，电位器调大时，电弧软，飞溅稍小，即通过此控制电路可以改变焊机的电感，即是用控制电路中的RC电路通过反馈控制作用，在电源的输出端产生一个等效的电感，主要反映在通过RC电路参数可调节电源负载短路时的电流上升速度。具体实现对于不同的电路可能有所不同，对于电流内环，电压外环的电路是利用电压误差放大器输出端的RC回路时间常数实现的，所谓调整电感，也就是调整RC回路中的电阻。
焊接过程中，根据焊枪和工件的电弧高度变化，在起弧瞬间焊丝与母材短路，电流上升速度变大，脉冲峰值电流高，使得焊机电感变大，电弧飞溅大，通过调大电位器P7，降低焊机电感，使得电弧特性变软，降低飞溅程度。
焊机输出分流器取样的是一个电流信号，光耦合器U6用于电弧特性的调节，可以改变焊机的电流调节误差信号的上升率，电流调节误差信号的上升率大，电弧飞溅大。电流调节误差信号实际反应焊机电流的上升速率，即可以反应出焊机电感大小，进而反应电弧特性。
本发明提供的脉冲MIG焊接电弧控制电路，由于采用了焊丝送进速度信号的开环前馈控制方式控制脉冲MIG电弧的维弧宽度或脉冲频率，也就是根据送丝速度调节了焊接平均电流和焊丝熔化速度，使焊丝送进速度和熔化速度保持动态平衡，实现了脉冲参数和熔化速度自动与送丝速度相匹配，保持焊丝送进速度和熔化速度相同；由于采用了电弧长度信号的闭环负反馈控制方式控制脉冲MIG电弧的维弧宽度或脉冲频率，也就是根据电弧长度采用负反馈方式调节了焊接电流的脉冲频率、平均电流和焊丝熔化速度，使焊丝送进速度和熔化速度保持动态平衡，所以，当电弧长度扰动发生时能够维持系统的电弧长度不变。由于上述两种控制方式共同起作用，所以在焊接电流调节、送丝速度扰动或电弧长度扰动发生时，能够保持焊丝送进速度和熔化速度的动态平衡，维持系统的电弧长度不变。由于系统是通过调节脉冲MIG电弧的维弧宽度或脉冲频率来获得焊接平均电流调节和弧长负反馈调节，而不是通过调节电流幅度来实现弧长负反馈调节。所以，在弧长负反馈调节过程中熔滴的射流过渡方式能够维持不变。因为在负反馈过程的调节量是脉冲频率，而影响熔滴过渡方式的脉冲宽度、脉冲峰值电流和维弧电流维持不变。
Claims (1)
1.一种脉冲式气保焊电弧特性的控制电路，其特征在于：电位器的固定触点与第一电阻、光耦合器的发射极顺序连接，电位器的动触点与光耦合器的集电极连接，光耦合器的发射极连接检波二极管的阳极，光耦合器的集电极连接检波二极管的阴极；光耦合器的输入信号端与电焊机的输出分流器连接；光耦合器的集电极分别与运算放大器的同相输入端、第二电阻的一端、电容的一端和二极管的阳极连接，第二电阻的另一端、电容的另一端和二极管的阴极具有共同的接地端；光耦合器的集电极、第三电阻和运算放大器的反相输入端顺序连接，运算放大器的输出端与其反相输入端连接构成跟随电路，运算放大器的输出端还与电流调节误差信号连接，其中，电流调节误差信号用于指示实际焊机输出电压与给定焊机电压阈值的比较信号，给定焊机电压阈值用于衡量焊机电流大小。
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