CN109317786A - 短路过渡焊接控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种短路过渡焊接控制方法，包括：检测焊机是否处于影响焊接的电缆盘圈状态；当检测到焊机处于影响焊接的电缆盘圈状态时，设定一定电压值，其中定电压值小于燃弧阶段的最小电极电压且大于短路阶段的最大电极电压；当检测到反馈电压小于定电压值时，调节焊机能量输出量使得焊接回路电流以第一预定方式上升直到检测到反馈电压大于定电压值为止，并使得上升过程中的焊接回路电流不大于短路阶段的最大焊接回路电流；以及当检测到反馈电压大于定电压值时，调节焊机能量输出量使得焊接回路电流以第二预定方式下降直到检测到反馈电压小于定电压值为止，并使得下降过程中的焊接回路电流不小于燃弧阶段的最小焊接回路电流。

Description

短路过渡焊接控制方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体而言，涉及一种短路过渡焊接控制方法。

背景技术

近年来,航空航天、交通运输、海洋工程等工业的发展,极大地推动了焊接技术的发展。伴随着产品、材料、使用条件的多种多样,对焊接质量的要求越来越高,因此如何用优质、高效的焊接技术来满足当前的需要,是焊接工作者面临的任务。提高焊接生产效率和焊接质量、实现焊接自动化生产、减少焊接缺陷成为实际生产的迫切要求。焊接生产率的提高主要有两个方面：一是薄板焊接时焊接速度的提高；二是中、厚板焊接时熔敷率的提高。

全数字气保焊机具有节能、高效、低飞溅、低热输入、成型美观、熔深较大等优势，因而随着技术发展，全数字气保焊机普及程度越来越高。

全数字焊机的优良性能得益于全数字焊机对熔滴形成到脱落全过程更加精细的控制。以短路过渡焊接为例，焊机根据反馈电压判断电极(正负极分别为焊丝和工件)的短路燃弧状态。发生短路时，液态金属将正负极导通，回路电流迅速上升，正负极之间电压瞬间降低至接近0，电压值/电压变化率超过判定阈值，焊机判定发生短路并采用定电流控制，焊机根据预设电流指令与回路实际电流差值调节能量输出，回路电流增大，直至熔滴脱落；熔滴脱落后，导电介质由液态金属变为电弧，正负极之间电压迅速升高，电压值/电压变化率超过判定阈值，焊机判定发生电弧并切换为定电压控制，电流根据实际电压与设定电压的差值调节能量输出，回路电流平缓下降，熔滴逐渐长大，直至下一次发生短路。。

因此，为了保证焊接效果，应当使反馈电压要尽可能真实反映电极两端电压。现有全数字焊机主流的反馈电压采集方式为：反馈电压正极采集点设置在送丝机或焊枪上，反馈电压负极采集点设置在输出回路负极上或工件上，如图1所示，图中各字母表示如下：

A：电源；

B：正极焊接电缆；

C：控制电缆(电压反馈正极采集线)连接方式一；

C’：电压反馈正极采集线连接方式二；

D：送丝机；

E：焊枪与焊丝；

F：负极焊接电缆；

G：电压反馈负极采集线可能的连接方式；

H：工件；

I：电弧。

实际生产中，尤其是在造船等工件尺寸较大的行业中，为了扩大焊机的作业范围，正极焊接电缆和控制电缆长度可达三十甚至五十米，当作业位置与焊机摆放位置较近时，为了维持作业现场整洁、降低事故风险，一般要求将正极焊接电缆和控制电缆盘圈使用，如图3。这样带来的问题是：对于采取上述反馈电压采集方式的焊机，正极焊接电缆与控制电缆(电压反馈线)同向绕制，形成变比为1:1的空心变压器，焊接时，焊接电缆上快速而剧烈变化的电流会在控制电缆(反馈电压采集线)上产生一个最大几十伏的感应电动势，这个电动势会引起焊机的短路燃弧状态误判定，导致焊机不能正常焊接。

因此，需要一种新的短路过渡焊接控制方法。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种短路过渡焊接控制方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的问题。

本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。

根据本发明的一示例实施方式，公开一种短路过渡焊接控制方法，其中短路过渡焊接在正常工作状态下包括多个燃弧阶段和多个短路阶段，且燃弧阶段和短路阶段依次交替，以及设定正常工作状态下焊丝和工件之间的电压为电极电压，并设定反馈电压采集线采集到的焊丝和工件之间的电压为反馈电压，其特征在于，所述方法包括：

检测焊机是否处于影响焊接的电缆盘圈状态；

当检测到焊机处于影响焊接的电缆盘圈状态时，设定一定电压值，其中定电压值小于燃弧阶段的最小电极电压且大于短路阶段的最大电极电压，以及电缆包括焊接输出电缆和反馈电压采集线；

当检测到反馈电压小于定电压值时，调节焊机能量输出量使得焊接回路电流以第一预定方式上升直到检测到反馈电压大于定电压值为止，并使得上升过程中的焊接回路电流不大于短路阶段的最大焊接回路电流；以及

当检测到反馈电压大于定电压值时，调节焊机能量输出量使得焊接回路电流以第二预定方式下降直到检测到反馈电压小于定电压值为止，并使得下降过程中的焊接回路电流不小于燃弧阶段的最小焊接回路电流。

根据本发明的一示例实施方式，其中以第一预定方式上升包括：匀速上升。

根据本发明的一示例实施方式，其中以第一预定方式上升包括：焊接回路电流波形曲线为弧形。

根据本发明的一示例实施方式，其中以第二预定方式下降包括：匀速下降。

根据本发明的一示例实施方式，其中以第二预定方式下降包括：焊接回路电流波形曲线为弧形。

根据本发明的一示例实施方式，其中检测焊机是否处于影响焊接的电缆盘圈状态包括：当电缆没有盘圈或盘圈方式不影响焊接时判定焊机不处于影响焊接的电缆盘圈状态。

根据本发明的一示例实施方式，其中检测焊机是否处于影响焊接的电缆盘圈状态包括：将反馈电压波形与焊机内存储装置记录的电极电压波形进行对比。

根据本发明的一示例实施方式，其中检测焊机是否处于影响焊接的电缆盘圈状态包括：检测反馈电压波形有无电压尖波。

根据本发明的一示例实施方式，其中检测焊机是否处于影响焊接的电缆盘圈状态还包括：当检测到反馈电压波形具有电压尖波时，检测电压尖波幅值是否大于一预定幅值以及检测电压尖波频率是否处于一预定频率范围。

根据本发明的一示例实施方式，其中检测焊机是否处于影响焊接的电缆盘圈状态包括：检测反馈电压中最大值和最小值的差值是否大于第一预定阈值或是否小于第二预定阈值，其中第一预定阈值大于第二预定阈值。

根据本发明的一些示例实施方式，通过首先对电缆盘圈状态做出判定，并根据判定结果自动选择控制方法，这种控制方式不需要根据短路燃弧状态改变控制方式，电缆盘圈、反馈电压失真对焊接状态没有影响。

根据本发明的一些示例实施方式，根据焊接时电流的变化率对焊机输出能量的方式进行调节，抵消电缆盘圈状态和操作习惯对电弧形态及焊接质量的影响。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出焊机示意图。

图2示出电缆盘圈的实拍图。

图3示出根据一示例实施方式的一种短路过渡焊接控制方法的流程图。

图4示出电缆盘圈状态判定原理图。

图5示出根据一示例实施方式的一种短路过渡焊接控制方法的波形图。

具体示例实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本发明将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本发明的各方面。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本发明概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的，因此不能用于限制本发明的保护范围。

本发明的目的在于提供一种短路过渡焊接控制方法，其中短路过渡焊接在正常工作状态下包括多个燃弧阶段和多个短路阶段，且燃弧阶段和短路阶段依次交替，以及设定正常工作状态下焊丝和工件之间的电压为电极电压，并设定反馈电压采集线采集到的焊丝和工件之间的电压为反馈电压，其特征在于，所述方法包括：检测焊机是否处于影响焊接的电缆盘圈状态；当检测到焊机处于影响焊接的电缆盘圈状态时，设定一定电压值，其中定电压值小于燃弧阶段的最小电极电压且大于短路阶段的最大电极电压，以及电缆包括焊接输出电缆和反馈电压采集线；当检测到反馈电压小于定电压值时，调节焊机能量输出量使得焊接回路电流以第一预定方式上升直到检测到反馈电压大于定电压值为止，并使得上升过程中的焊接回路电流不大于短路阶段的最大焊接回路电流；以及当检测到反馈电压大于定电压值时，调节焊机能量输出量使得焊接回路电流以第二预定方式下降直到检测到反馈电压小于定电压值为止，并使得下降过程中的焊接回路电流不小于燃弧阶段的最小焊接回路电流。通过首先对电缆盘圈状态做出判定，并根据判定结果自动选择控制方法，这种控制方式不需要根据短路燃弧状态改变控制方式，电缆盘圈、反馈电压失真对焊接状态没有影响。同时，根据焊接时电流的变化率对焊机输出能量的方式进行调节，抵消电缆盘圈状态和操作习惯对电弧形态及焊接质量的影响。

下面结合图3-5对本发明的短路过渡焊接控制方法进行具体说明，其中，图3示出根据一示例实施方式的一种短路过渡焊接控制方法的流程图；图4示出电缆盘圈状态判定原理图；图5示出根据一示例实施方式的一种短路过渡焊接控制方法的波形图。

图3示出根据一示例实施方式的一种短路过渡焊接控制方法的流程图，其中短路过渡焊接在正常工作状态下包括多个燃弧阶段和多个短路阶段，且燃弧阶段和短路阶段依次交替，以及设定正常工作状态下焊丝和工件之间的电压为电极电压，并设定反馈电压采集线采集到的焊丝和工件之间的电压为反馈电压。

如图3所示，在S101，检测焊机是否处于影响焊接的电缆盘圈状态。

根据本发明的一示例实施方式，其中检测焊机是否处于影响焊接的电缆盘圈状态包括：当电缆没有盘圈或盘圈方式不影响焊接时判定焊机不处于影响焊接的电缆盘圈状态。

根据本发明的一示例实施方式，其中检测焊机是否处于影响焊接的电缆盘圈状态包括：将反馈电压波形与焊机内存储装置记录的电极电压波形进行对比。其中焊机内存储装置记录的电极电压波形可以在焊机出厂前由焊机厂商指定，也可以由用户在使用过程中指定。

根据本发明的一示例实施方式，其中检测焊机是否处于影响焊接的电缆盘圈状态包括：检测反馈电压波形有无电压尖波。

根据本发明的一示例实施方式，其中检测焊机是否处于影响焊接的电缆盘圈状态还包括：当检测到反馈电压波形具有电压尖波时，检测电压尖波幅值是否大于一预定幅值以及检测电压尖波频率是否处于一预定频率范围，其中预定频率范围可为100赫兹至1500赫兹。

根据本发明的一示例实施方式，其中检测焊机是否处于影响焊接的电缆盘圈状态包括：检测反馈电压中最大值和最小值的差值是否大于第一预定阈值或是否小于第二预定阈值，其中第一预定阈值大于第二预定阈值。也就是说，电压中最大值和最小值的差值在正常工作状态下应处于一个合适的范围，若超出这一范围则说明受到了电缆盘圈导致的感应电动势的影响。

具体来说，由于焊接位置随时可能发生变化，电缆盘圈状态也在不断变化，如果每次变换焊接位置时都需要重新设置焊机，不仅对操作者的专业知识要求较高，而且严重影响生产效率，会给实际生产带来很大的不便，因此本发明首先对电缆盘圈状态做出判定。并根据判定结果自动选择控制方法。

判断方法如图4所示，不加延长电缆或者延长电缆不盘圈即焊机处于正常工作状态时，焊机接收到的反馈电压与实际电极电压相近(为了简便起见，以下认为两者相同)，如图4中虚线所示(为方便表述，以下将正常工作状态下的反馈电压波形即电极电压波形称为标准电压波形)，当延长电缆(正极输出电缆和控制电缆)盘圈时，正极焊接电缆上强剧烈变化的电流会在控制电缆(反馈电压采集线上)感应产生一个电动势，该感应电动势与正常反馈电压叠加，导致焊机接收到的反馈电压会有一系列尖波，如图中黑色实线所示。

所以，每次焊接时，焊机默认采用原标准控制，并在某次判定发生短路后，开始记录此后一段时间内的反馈电压波形，并与标准电压波形按如下条件进行对比：

1)反馈电压与焊机存储的标准电压波形差异；

2)反馈电压有无电压尖波；

3)尖波频率f；

4)尖波幅值A；

5)短路燃弧期间最大最小电压差值。

根据上述一个或多个条件，判定电缆有无盘圈。当判定没有盘圈或盘圈方式不影响焊接时，焊机继续采用原标准控制输出，当判定电缆盘圈方式影响焊接时，焊机自动切换为本发明的控制方式。

焊机可根据采集的反馈电压波形与焊机内存储装置记录的电压波形进行对比，根据一系列条件判断电缆是否盘圈或盘圈状态是否对焊接造成影响，当电缆盘圈状态影响焊接效果时，焊机自动启用本发明所述控制方法。

上述采集的反馈电压波形参数与存储的电压波形参数可以是一个确切数值也可以是预设的一个范围，或根据测得的确切数值按一定算法拓宽的一个范围。

在S102，当检测到焊机处于影响焊接的电缆盘圈状态时，设定一定电压值，其中定电压值小于燃弧阶段的最小电极电压且大于短路阶段的最大电极电压，以及电缆包括焊接输出电缆和反馈电压采集线。

在S103，当检测到反馈电压小于定电压值时，调节焊机能量输出量使得焊接回路电流以第一预定方式上升直到检测到反馈电压大于定电压值为止，并使得上升过程中的焊接回路电流不大于短路阶段的最大焊接回路电流，如图5所示。

根据本发明的一示例实施方式，其中以第一预定方式上升包括：匀速上升。

根据本发明的一示例实施方式，其中以第一预定方式上升包括：焊接回路电流波形曲线为弧形，如图5所示。

也就是说，当电极发生短路时，电极两端电压瞬间降低，实际反馈电压低于设定的定电压值。

焊机可根据一定关系函数关系：

I_设定1＝f₁(U_设定1，U_实际1)

计算一个目标电流值，其中此处的目标电流值不大于(正常工作状态下)短路阶段的最大焊接回路电流，并根据一定函数关系

E₁＝f₁(I_设定1，I_实际1)

调节焊机能量输出量。此时回路电流逐渐增大，熔滴顺利发生缩颈并脱落。

在S104，当检测到反馈电压大于定电压值时，调节焊机能量输出量使得焊接回路电流以第二预定方式下降直到检测到反馈电压小于定电压值为止，并使得下降过程中的焊接回路电流不小于燃弧阶段的最小焊接回路电流。

根据本发明的一示例实施方式，其中以第二预定方式下降包括：匀速下降。

根据本发明的一示例实施方式，其中以第二预定方式下降包括：焊接回路电流波形曲线为弧形，如图5所示。

同理，熔滴脱落后，实际反馈电压高于设定的定电压值，

焊机可根据下述关系式

I_设定2＝f₂(U_设定2，U_实际2)

计算一个目标电流值，其中此处的目标电流值不小于(正常工作状态下)燃弧阶段的最小焊接回路电流，并根据一定函数关系

E₂＝f₂(I_设定2，I_实际2)

调节焊机能量输出量。回路电流平缓降低，在电弧能作用下，焊丝熔化形成熔滴，直至下一次发生短路。

这种控制方式不需要根据短路燃弧状态改变控制方式，电缆盘圈、反馈电压失真对电弧稳定性没有影响。

电缆盘圈状态影响回路电感量进而影响电弧形态：电缆盘圈量较多时，回路电感大，电感对电流变化阻碍作用明显，短路期间电流爬升速率和燃弧期间电流下降速率小，电弧发散、柔和、宽度较宽，焊缝余高较小；电缆盘圈量较少时与之相反，电弧集中、挺度好、焊缝宽度较窄，焊缝余高较大。

这会导致电缆盘圈状态发生变化时焊接质量随之发生变化，这是实际生产中不希望遇到的。为了避免这种情况的发生，本发明控制方法每隔一段时自动检测短路燃弧期间电流上升下降速率，并据此调节上述函数，保证焊接回路电流上升下降速率不变，以此抵消电缆盘圈状态变化对电弧形态的影响。保证电缆盘圈状态发生变化时，焊接质量不变。

为适应不同操作者手法习惯的差异，本控制方法还可以通过焊机电弧特性旋钮对上述两个函数关系进行微调，旋钮负向调节，使电弧发散、柔和、宽度变宽，旋钮正向调节，电弧集中、挺度好、宽度窄。

通过以上的详细描述，本领域的技术人员易于理解，根据本发明实施例的短路过渡焊接控制方法具有以下优点中的一个或多个。

根据本发明的一些示例实施方式，通过首先对电缆盘圈状态做出判定，并根据判定结果自动选择控制方法，这种控制方式不需要根据短路燃弧状态改变控制方式，电缆盘圈、反馈电压失真对焊接状态没有影响。

根据本发明的一些示例实施方式，根据焊接时电流的变化率对焊机输出能量的方式进行调节，抵消电缆盘圈状态和操作习惯对电弧形态及焊接质量的影响。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其他实施例。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种短路过渡焊接控制方法，其中短路过渡焊接在正常工作状态下包括多个燃弧阶段和多个短路阶段，且燃弧阶段和短路阶段依次交替，以及设定正常工作状态下焊丝和工件之间的电压为电极电压，并设定反馈电压采集线采集到的焊丝和工件之间的电压为反馈电压，其特征在于，所述方法包括：

检测焊机是否处于影响焊接的电缆盘圈状态；

当检测到焊机处于影响焊接的电缆盘圈状态时，设定一定电压值，其中定电压值小于燃弧阶段的最小电极电压且大于短路阶段的最大电极电压，以及电缆包括焊接输出电缆和反馈电压采集线；

当检测到反馈电压小于定电压值时，调节焊机能量输出量使得焊接回路电流以第一预定方式上升直到检测到反馈电压大于定电压值为止，并使得上升过程中的焊接回路电流不大于短路阶段的最大焊接回路电流；以及

当检测到反馈电压大于定电压值时，调节焊机能量输出量使得焊接回路电流以第二预定方式下降直到检测到反馈电压小于定电压值为止，并使得下降过程中的焊接回路电流不小于燃弧阶段的最小焊接回路电流。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中以第一预定方式上升包括：匀速上升。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中以第一预定方式上升包括：焊接回路电流波形曲线为弧形。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中以第二预定方式下降包括：匀速下降。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中以第二预定方式下降包括：焊接回路电流波形曲线为弧形。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中检测焊机是否处于影响焊接的电缆盘圈状态包括：当电缆没有盘圈或盘圈方式不影响焊接时判定焊机不处于影响焊接的电缆盘圈状态。

7.如权利要求1或6所述的方法，其特征在于，其中检测焊机是否处于影响焊接的电缆盘圈状态包括：将反馈电压波形与焊机内存储装置记录的电极电压波形进行对比。

8.如权利要求1或6所述的方法，其特征在于，其中检测焊机是否处于影响焊接的电缆盘圈状态包括：检测反馈电压波形有无电压尖波。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，其中检测焊机是否处于影响焊接的电缆盘圈状态还包括：当检测到反馈电压波形具有电压尖波时，检测电压尖波幅值是否大于一预定幅值以及检测电压尖波频率是否处于一预定频率范围。

10.如权利要求1或6所述的方法，其特征在于，其中检测焊机是否处于影响焊接的电缆盘圈状态包括：检测反馈电压中最大值和最小值的差值是否大于第一预定阈值或是否小于第二预定阈值，其中第一预定阈值大于第二预定阈值。