CN108637434A - 气保焊机智能低飞溅fasw控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种气保焊机智能低飞溅FASW控制系统和方法，其中气保焊机智能低飞溅FASW控制系统包括焊接电源及焊接回路，焊接电源包括输入整流电路、逆变电路、主变压器、输出整流电路、电流采集装置、电压采集装置及主控器，焊接回路包括焊枪及输出电缆；电流采集装置采集焊机电源的输出电流值；电压采集装置采集焊机电源的输出电压值；主控器根据输出电流值和输出电压值，判断焊机电源所处的焊接过渡状态，在检测到焊接过渡状态为预设状态时，调整焊接电源输出至焊枪的功率。使得焊枪在焊丝与工件接触瞬间或在熔滴与焊丝分离瞬间，主动调节焊枪功率，实现低飞溅控制。本发明技术方案简化焊机的控制电路、方便调试及降低成本。

Description

气保焊机智能低飞溅FASW控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种气保焊机智能低飞溅FASW控制系统及方法。

背景技术

近年来，由于气保焊所具有的优点，国内外厂商对气保焊的研发生产进行了大量的投入，气保焊行到了广泛的应用。但由于气保焊飞溅大的问题，造成工件的二次加工等问题，严重影响了气保焊使用的效率，很大程度上制约的其发展。为此，国外厂商开率先开发出了低飞溅气保焊。通常，低飞溅气保焊相对于普通气保焊，具有如下几大优势：(1)普通气保焊由于飞溅大的问题，在焊接完工件之后，通常需要额外的清理工序，将残留在工件中的飞溅进行打磨、抛光、清洁等处理。(2)飞溅的产生造成焊材(焊丝)的浪费。如相同的焊丝数量，由于部分焊丝以飞溅的形式跳出焊缝，低飞溅气保焊所能焊接的焊缝长度，要比普通气保焊所能焊接的焊缝长。低飞溅气保焊相对于普通气保焊，其对焊材(焊丝)的利用率比普通气保焊高2％-3％。(3)低飞溅气保焊对焊缝的热输出入更小，热效率更高，更节能。低飞溅气保焊在焊丝与其所形成的熔滴分离时，焊机会大幅度减小电流输出，故比普通气保焊连续大电流输出所需要的能量小，更加节能环保。

气保焊飞溅产生的主要原因有两点：1.焊丝与工件接触瞬间，由于焊接电源输出较大的电流电压，使焊丝出现爆断，形成短路飞溅。2.焊丝点燃后，在大流的作用下，焊丝末端逐渐形成熔滴，在熔滴与焊丝分离瞬间，在大电流的作用下，部分熔融金属飞出金属熔池范围，形成爆断飞溅。

现有技术是在焊机输出端直接采样输出电流、电压，通过检测输出电压，在焊丝与工件接触瞬间，降低焊接电流输出，避免产生短路飞溅；在焊丝与其所形成的熔滴分离瞬间，用大功率开关器件强行将焊接的输出短路，使焊丝与其所形成的熔滴分离瞬间迅速降低输出电流。

但是这种技术的控制电路较为复杂，调试困难，成本高。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种气保焊机智能低飞溅FASW控制系统及方法，旨在简化焊机的控制电路、方便调试及降低成本。

为实现上述目的，本发明提出的气保焊机智能低飞溅FASW控制系统，所述气保焊机智能低飞溅FASW控制系统包括焊接电源及焊接回路，所述焊接电源包括输入整流电路、逆变电路、主变压器、输出整流电路、电流采集装置、电压采集装置及主控器，所述焊接回路包括焊枪、输出电缆及送丝系统；其中

所述电流采集装置，用于采集所述主变压器原边的电流值；

所述电压采集装置，用于采集所述焊接电源的输出电压值；

所述主控器，用于根据主变压器原边的电流值确定所述焊接电源的输出电流值，根据所述焊接电源的输出电流值和输出电压值，预判所述焊机电源所处的焊接过渡状态；在检测到所述焊接过渡状态为预设状态时，调整所述焊接电源输出至所述焊枪的电压值、电流值及功率，从而对焊枪的功率进行控制。

优选地，所述主控器，还用于在检测到所述电压值的上升速率小于第一预设速率阈值，且检测到所电流值上升速率超过第二预设速率阈值时，控制所述焊机电源输出预设初期短路功率至所述焊枪；

所述主控器，还用于延时第一预设时间后，控制所述焊机电源输出预设中期短路功率至所述焊枪；

所述主控器，还用于在检测到所述预设中期短路功率不再增大时，关断焊接电源输出。

优选地，所述主控器还用于在关断焊接电源输出并延时第二预设时间后，控制焊接电源输出预设燃弧功率至所述焊枪。

优选地，所述第一预设时间范围为200微秒至500微秒。

优选地，所述预设燃弧功率的大小根据焊丝直径设定。

优选地，所述主控器与所述逆变电路、电流采集装置、电压采集装置及送丝系统分别连接；所述焊接电源正极与所述焊枪连接，所述焊接电源负极与焊接工件连接，所述送丝系统与所述焊枪连接。

优选地，所述电流采集装置采集的电流为逆变桥电流，所述电压采集装置采集的电压为焊接电源输出电压。

为实现上述目的，本发明还提出一种气保焊机智能低飞溅FASW控制方法，包括以下步骤：

所述电流采集装置采集所述主变压器原边的电流值，所述电压采集装置采集所述焊机电源的输出电压值；

所述主控器根据主变压器原边的电流值确定所述焊接电源的输出电流值，根据所述焊接电源的输出电流值和输出电压值，预判所述焊机电源所处的焊接过渡状态，在检测到所述焊接过渡状态为预设状态时，调整所述焊接电源输出至所述焊枪的电压值、电流值及功率。

优选地，所述根据所述焊接电源的输出电流值和输出电压值，预判所述焊机电源所处的焊接过渡状态，在检测到所述焊接过渡状态为预设状态时，调整所述焊接电源输出至所述焊枪的电压值、电流值及功率，具体包括：

所述主控器在检测到所述电压值的上升速率小于第一预设速率阈值，且检测到所述电流值上升速率超过第二预设速率阈值时，控制所述焊机电源输出预设初期短路功率至所述焊枪；

所述主控器延时第一预设时间后，控制所述焊机电源输出预设中期短路功率至所述焊枪；

所述主控器在检测到所述预设中期短路功率不再增大时，关断焊接电源输出。

优选地，在所述主控器在检测到所述预设中期短路功率不再增大时，关断焊接电源输出之后，所述气保焊机防飞溅控制方法还包括：

所述主控器在关断焊接电源输出并延时第二预设时间后，控制焊接电源输出预设燃弧功率至所述焊枪。

本发明技术方案通过所述电流采集装置采集所述焊机电源的输出电流值，通过所述电压采集装置采集所述焊机电源的输出电压值；所述主控器根据所述输出电流值和输出电压值，判断所述焊机电源所处的焊接过渡状态，在检测到所述焊接过渡状态为预设状态时，调整所述焊接电源输出至所述焊枪的功率，从而对焊枪的功率进行控制，使得焊枪在焊丝与工件接触瞬间或在熔滴与焊丝分离瞬间，主动调节焊枪功率，防止飞溅。本发明技术方案简化焊机的控制电路、方便调试及降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明气保焊机智能低飞溅FASW控制方法一实施例的结构示意图；

图2为本发明主气保焊机智能低飞溅FASW控制方法焊接过程中电流及电压波形图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	整流桥	700	电流采集装置
200	逆变电路	800	电压采集装置
				300	主控器	C	电容
400	送丝系统	T	主变压器
				500	焊枪	L	电感
600	工件	D2	第二二极管
				D1	第一二极管

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种气保焊机智能低飞溅FASW控制系统及方法。

参照图1，在本发明实施例中，该气保焊机智能低飞溅FASW控制系统，所述气保焊机智能低飞溅FASW控制系统包括焊接电源及焊接回路，所述焊接电源包括由输入整流电路100、逆变电路200、主变压器T、输出整流电路(未标示)、电流采集装置700、电压采集装置800及主控器300，所述焊接回路包括焊枪500、输出电缆(未标示)、送丝系统400；其中，所述输出整流电路包括第一二极管D1、第二二极管D2及电感L。其中所述电流采集装置700，用于采集所述主变压器T原边的电流值；所述电压采集装置800，用于采集所述焊机电源的输出电压值。

所述主控器300，用于根据主变压器T原边的电流值确定所述焊接电源的输出电流值，用于根据所述焊接电源的输出电流值和输出电压值，预判所述焊机电源所处的焊接过渡状态，在检测到所述焊接过渡状态为预设状态时，调整所述焊接电源输出至所述焊枪500的电压值、电流值及功率，从而对焊枪500的功率进行控制。

本实施例中，所述焊机电源包括依次连接的整流桥100、逆变电路200、主变压器、输出整流电路及电感；所述气保焊机智能低飞溅FASW控制系统还包括送丝系统400，所述主控器300与所述逆变电路200、电流采集装置700、电压采集装置800及送丝系统400分别连接；所述焊接电源正极与所述焊枪500连接，所述焊接电源负极与焊接工件600连接，所述送丝系统400与所述焊枪500连接。所述电流采集装置700采集的电流为逆变桥电流，所述电压采集装置800采集的电压为焊接电源的输出电压。

其中，由整流桥100和电解电容C组成的整流滤波电路，由逆变电路200和主变压器组成的逆变器，由二极管D1/D2和输出电感L组成的输出整流滤波电路，由线缆焊枪500和工件600组成的输出焊接回路。焊丝由送丝系统400通过焊枪500恒速送进焊丝与工件600间形成的金属熔池中，完成工件600焊接。

焊接回路正负极输出端之间设有电压检测装置，电压检测装置将采样到的电压信号值经过简单的处理直接送给主控器300，由主控器300对采集到的电压数据进行数字信号处理，准确检测到输出电压。电流反馈信号采用前馈式采样方式，电流采样互感器设置在主变压器原边上，实时采样主变压器原边的电流大小，并通过主变压器原边-副边匝数比，准确计算出焊接系统的输出电流。通过对采集到的电压、电流信号处理，实现实时采集并控制焊接系统输出电流、输出电压、输出功率，并由于主动预判焊接过渡状态，提前进行焊接电流、电压和功率控制(前馈式电弧波形稳定控制)。同时，结合主控器300自身输出PWM控制信号时序，能实时检测逆变电路200各桥臂的工作电流，防止开关管IGBT电流过大而损坏，提供及时保护。通过一元化焊接给定接收用户使用需求，系统根据接收到的一元化焊接给定数据，自动匹配焊接专家数据库，实现智能化焊接。主控器300根据焊接需求，同步控制送丝系统400，使焊丝按约定速度进入焊接熔池中。

市电经过整流桥100和滤波电容C之后，变成直流电，供逆变器使用。逆变器在主控器300的作用下，将直流高压电通过主变压器转换成频率为50KHz幅值为60V(不限于此电压值，频率、电压幅值可根据实际应用调整)的交流方波电压。主控器300根据用户给定信号、电压反馈信号、电流反馈信号，调节PWM脉宽，实时控制逆变器开关管的导通时间，使主变压器的输出方波电压脉宽实时可控。主变压器输出电压经二极管D1/D2，输出电感L整流滤波后，根据主控器300输出PWM脉冲宽度大小，焊接系统的焊接电源可输出0-60V的直流电压及0-450A直流电流，以满足焊接过程中不同阶段的电流、电压波形需求。

本发明技术方案通过所述电流采集装置700采集所述焊机电源的输出电流值，通过所述电压采集装置800采集所述焊机电源的输出电压值；所述主控器300根据所述输出电流值和输出电压值，判断所述焊机电源所处的焊接过渡状态，在检测到所述焊接过渡状态为预设状态时，调整所述焊接电源输出至所述焊枪500的功率，从而对焊枪500的功率进行控制，使得焊枪500在焊丝与工件600接触瞬间或在熔滴与焊丝分离瞬间，主动调节焊枪500功率，防止飞溅。本发明技术方案简化焊机的控制电路、方便调试及降低成本。

参照图2，具体地，所述主控器300，还用于在检测到所述电压值的上升速率小于第一预设速率阈值，且检测到所电流值上升速率超过第二预设速率阈值时，控制所述焊机电源输出预设初期短路功率至所述焊枪500。

需要说明的是，在焊丝维弧阶段(t0-t1)，主控器300实时检测输出电压、电流大小，当检测到焊接电流急剧增长，焊接电压不增长时，此时主控器300提前主动预判焊丝与工件600即将短路，此时焊机电源输出一较小的预设初期短路功率，持续时间一定时间，防止因焊丝初期短路时焊接电源输出功率过大而产生短路飞溅。此阶段焊接电源负载由电弧负载转为电阻负载。

焊机进入焊丝维弧阶段(t0-t1)。焊机电源恒压输出，可根据所需弧长，设置焊接电源输出电压大小，此时焊接电源负载为电弧负载。

所述主控器300，还用于延时第一预设时间后，控制所述焊机电源输出预设中期短路功率至所述焊枪500。

焊丝短路初期阶段(t1-t2)持续一定时间后，焊接电源输出一逐渐增加的预设中期短路功率，预设中期短路功率大小根据焊丝直径设定。此时焊丝熔滴进入金属熔池，并开始呈现与焊丝末端分离的态势。此阶段，主控器300实时检测焊接电源的输出功率，焊接电源负载为电阻负载。

所述主控器300，还用于在检测到所述预设中期短路功率不再增大时，关断焊接电源输出。

在焊丝短路中期阶段(t2-t3)，当检测到焊接电源输出功率不再增长时，此时主控器300提前主动预判熔滴与焊丝末端即将分离，焊接电源主动关闭焊接输出一定时间，此时焊接输出功率极小，仅由输出电抗L储存的能量作为焊接电源的输出功率。这样，保证熔滴与焊丝末端分离时，不会因为焊接电源输出功率过大而产生爆断飞溅。此阶段焊接电源负载由电阻负载转为电弧负载。

进一步地，所述主控器300还用于在关断焊接电源输出并延时第二预设时间后，控制焊接电源输出预设燃弧功率至所述焊枪500。

焊丝与熔滴分离后，进入燃弧阶段(t4～t5)，焊接电源输出一随时间变化的固定功率，即预设燃弧功率，保证每次形成的熔滴大小趋近相同，输出的预设燃弧功率根据不同的焊丝直径设定。此阶段焊丝末端重新形成熔滴，重新进入焊丝维弧阶段。

主控器300循环上述t0～t6的工作步骤。本实施例中地，所述第一预设时间范围为200微秒至500微秒。

本发明主控器300采用前馈式电弧波形控制方法(检测主变压器原边电流作为系统的控制信号)，以软件的方式对焊接过程中的电流、电压进行实时的控制，简化了电路，调试方便，使高端的低飞溅气保焊通用化和低成本化。

本发明采用实时主动的功率控制方法，根据电压变化率，主动预断熔滴与焊丝末端分离时间点，主动关断焊接输出，抑制爆断飞溅，无需额外增加一级大功率开关器件电路，大幅降产品成本，同时提高了能源的利用率，更加节能环保。

为实现上述目的，基于上述气保焊机智能低飞溅FASW控制系统，本发明还提出一种气保焊机智能低飞溅FASW控制方法，包括以下步骤：

所述电流采集装置700采集所述主变压器T原边的电流值，所述电压采集装置800采集所述焊机电源的输出电压值；

所述主控器300根据主变压器原边的电流值确定所述焊接电源的输出电流值，根据所述焊接电源的输出电流值和输出电压值，预判所述焊机电源所处的焊接过渡状态，在检测到所述焊接过渡状态为预设状态时，调整所述焊接电源输出至所述焊枪500的电压值、电流值及功率。

具体地，所述主控器300根据所述焊接电源的输出电流值和输出电压值，预判所述焊机电源所处的焊接过渡状态，在检测到所述焊接过渡状态为预设状态时，调整所述焊接电源输出至所述焊枪500的电压值、电流值及功率，具体包括：

所述主控器300在检测到所述电压值的上升速率小于第一预设速率阈值，且检测到所电流值上升速率超过第二预设速率阈值时，控制所述焊机电源输出预设初期短路功率至所述焊枪500。

所述主控器300延时第一预设时间后，控制所述焊机电源输出预设中期短路功率至所述焊枪500。

所述主控器300在检测到所述预设中期短路功率不再增大时，关断焊接电源输出。

进一步地，在所述主控器300在检测到所述预设中期短路功率不再增大时，关断焊接电源输出之后，所述气保焊机防飞溅控制方法还包括：

所述主控器300在关断焊接电源输出并延时第二预设时间后，控制焊接电源输出预设燃弧功率至所述焊枪500。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种气保焊机智能低飞溅FASW控制系统，其特征在于，所述气保焊机智能低飞溅FASW控制系统包括焊接电源及焊接回路，所述焊接电源包括输入整流电路、逆变电路、主变压器、输出整流电路、电流采集装置、电压采集装置及主控器，所述焊接回路包括焊枪、输出电缆及送丝系统；其中

所述电流采集装置，用于采集所述主变压器原边的电流值；

所述电压采集装置，用于采集所述焊接电源的输出电压值；

所述主控器，用于根据主变压器原边的电流值确定所述焊接电源的输出电流值，根据所述焊接电源的输出电流值和输出电压值，预判所述焊机电源所处的焊接过渡状态；

在检测到所述焊接过渡状态为预设状态时，调整所述焊接电源输出至所述焊枪的电压值、电流值及功率；

所述主控器，还用于在检测到所述电压值的上升速率小于第一预设速率阈值，且检测到所电流值上升速率超过第二预设速率阈值时，控制所述焊机电源输出预设初期短路功率至所述焊枪；

所述主控器，还用于延时第一预设时间后，控制所述焊机电源输出预设中期短路功率至所述焊枪；

所述主控器，还用于在检测到所述预设中期短路功率不再增大时，关断焊接电源输出。

2.如权利要求1所述的气保焊机智能低飞溅FASW控制系统，其特征在于，所述主控器还用于在关断焊接电源输出并延时第二预设时间后，控制焊接电源输出预设燃弧功率至所述焊枪。

3.如权利要求1至2中任意一项所述的气保焊机智能低飞溅FASW控制系统，其特征在于，所述第一预设时间范围为200微秒至500微秒。

4.如权利要求1所述的气保焊机智能低飞溅FASW控制系统，其特征在于，所述预设燃弧功率的大小根据焊丝直径设定。

5.如权利要求1所述的气保焊机智能低飞溅FASW控制系统，其特征在于，所述主控器与所述逆变电路、电流采集装置、电压采集装置及送丝系统分别连接；所述焊接电源正极与所述焊枪连接，所述焊接电源输出负极与焊接工件连接，所述送丝系统与所述焊枪连接。

6.如权利要求1所述的气保焊机智能低飞溅FASW控制系统，其特征在于，所述电流采集装置采集的电流为逆变桥输出电流，所述电压采集装置采集的电压为焊接电源的输出电压。

7.一种气保焊机智能低飞溅FASW控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述电流采集装置采集所述焊接电源的输出电流值，所述电压采集装置采集所述焊接电源的输出电压值；

所述主控器用于根据主变压器原边的电流值确定所述焊接电源的输出电流值，根据所述焊接电源的输出电流值和输出电压值，预判所述气保焊机智能低飞溅FASW控制系统所处的焊接过渡状态，在检测到所述焊接过渡状态为预设状态时，调整所述焊接电源输出至所述焊枪的电压值、电流值及功率。

8.如权利要求7所述的气保焊机智能低飞溅FASW控制方法，其特征在于，所述主控器根据所述焊接电源的输出电流值和输出电压值，预判所述气保焊机智能低飞溅FASW控制系统所处的焊接过渡状态，在检测到所述焊接过渡状态为预设状态时，调整所述焊接电源输出至所述焊枪的功率，具体包括：

所述主控器在检测到所述电压值的上升速率小于第一预设速率阈值，且检测到所述电流值上升速率超过第二预设速率阈值时，控制所述焊接电源输出预设初期短路功率至所述焊枪；

所述主控器延时第一预设时间后，控制所述焊机电源输出预设中期短路功率至所述焊枪；

所述主控器在检测到所述预设中期短路功率不再增大时，关断焊接电源输出。

9.如权利要求8所述的气保焊机智能低飞溅FASW控制方法，其特征在于，在所述主控器在检测到所述预设中期短路功率不再增大时，关断焊接电源输出之后，所述气保焊机智能低飞溅FASW控制方法还包括：

所述主控器在关断焊接电源输出并延时第二预设时间后，控制焊接电源输出预设燃弧功率至所述焊枪。