CN111098000B - 焊接设备中保护气体的流量控制方法及气体流量控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了焊接设备中保护气体的流量控制方法，即通过压力开关检查管内压力，主动加入气流量的控制；通过电流互感器检测焊接电流自动匹配气流量，与计算机或PLC模拟量模块控制，以电压形式控制流量控制阀的阀体开度从而控制气体流量；当气流量与焊接电流偏离了设定值，则判断为异常，并输出异常信号。本发明还公开了气体流量控制装置，包括集中控制单元、焊接电流检测单元以及气路执行单元，气路执行单元包括依次连接的进气口接头、压力调节阀、流量控制阀、压力开关、出气口接头，集中控制单元与流量控制阀上的通讯接口、压力开关信号、电流互感器信号连接。本发明用于消除焊接气流峰值，节省保护气体，监控焊接电流与气流量，异常报警。

Description

焊接设备中保护气体的流量控制方法及气体流量控制装置

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种焊接设备中保护气体的流量控制方法及气体流量控制装置的技术。

背景技术

弧焊在焊接时需要对保护气体进行检测及控制。在焊接过程中，存在如下问题：

1)焊接电流与保护气流量存在不匹配现象，如经常发生保护气体在满足焊接保护的情况下会超额输出，从而浪费保护气体。

2)在气路开启的时候因开关电磁阀两端的压差导致气流瞬间过大，这种电磁阀安装于焊接机器人本体上，靠近焊枪位置，是气路的控制开关，无法避免。

3)当气路出现故障如漏气或者气源不足，而不停止焊接，就难以确保焊接质量。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种焊接设备中保护气体的流量控制方法及气体流量控制装置，用于消除气流峰值，节省保护气体，监控焊接电流与气流，及时发出故障报警。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明焊接设备中保护气体的流量控制方法，包括下列步骤：在焊接设备中原有的保护气体管路中设置压力开关，通过压力开关检查管内压力，主动加入气流量的控制，所述气流量的控制通过气路执行单元实现，所述气路执行单元包括进气口接头、出气口接头、压力调节阀、流量控制阀以及前述压力开关，压力调节阀与流量控制阀连接，进气口接头与压力调节阀连接，出气口接头与流量控制阀连接，压力开关设在出气口接头与流量控制阀之间，计算机或PLC与所述流量控制阀上的通讯接口连接，计算机或PLC还与压力开关信号连接，计算机或PLC还与电流互感器信号连接；通过电流互感器检测焊接电流自动匹配气流量，与计算机或PLC模拟量模块控制，以电压形式控制流量控制阀阀体开度从而控制气体流量；当气流量与焊接电流偏离了设定值，则判断为异常，并输出异常信号。

所述压力开关设定基准压力值时；

1)焊机焊接关闭时，焊机电磁阀关闭，输出气量为0，当输出气路实际压力大于压力开关基准压力时，通过压力开关反馈，计算机或PLC控制所述流量控制阀关闭，输出气路保压；

2)焊机焊接开启时，焊机电磁阀打开，输出管道压力释放，输出气路实际压力小于压力开关基准压力时，通过压力开关反馈，计算机或PLC控制所述流量控制阀缓慢打开；

3)计算机或PLC控制流量控制阀的开关的控制信号为模拟量信号，通过缓慢升降控制信号，达到消除气峰的目的。

所述流量控制阀控制过程中，电流互感器实时检测焊接电流，通过参数设置，焊接电流与输出气流量成线性关系匹配，焊接电流越大，输出气流越大，焊接电流越小，输出气流越小；前述焊接电流与输出气流量成线性关系匹配是指计算出焊接电流与设置电流值域占空比，用这个占空比乘以输出气流量值域，得出输出气流量，即输出气流量＝(实际焊接电流÷设置电流值域)×输出气流量值域，设置电流值域＝设置电流上限-设置电流下限；输出气流量值域＝设置流量上限-设置流量下限；当焊接电流在设置范围以内时，计算机或PLC以模拟量电压形式自动计算匹配输出气流量，输出气流量不低于设置的流量下限，不高于上限；当焊接电流低于设置的电流下限即低于设置电流下限时，计算机或PLC以所述设置流量下限值输出，保证最低用气量的需求，从而保证焊接质量。

进一步来说，1)当输出管道压力被释放，压力开关反馈信号，计算机或PLC控制所述流量控制阀打开，流量控制阀反馈有气流输出时，3秒内未检测到焊接电流，计算机或PLC判断为管道漏气故障并输出报警信号；2)当输出管道压力被释放，压力开关反馈信号，计算机或PLC控制所述流量控制阀打开，流量控制阀反馈有气流输出并且检测到焊接电流时，计算机或PLC判断气体流量控制与反馈误差，当误差大于下正负3L/Min时，计算机或PLC判断为流量输出异常故障并输出报警信号。

计算机或PLC模拟量模块控制输出0-5V电压控制流量控制阀，在设定的时间将电压提升到设定值，电压的大小与流量阀的开度成正比，电压范围0-5V。

本发明气体流量控制装置，其特征在于：所述气体流量控制装置包括集中控制单元、焊接电流检测单元以及气路执行单元，气路执行单元包括进气口接头、出气口接头、压力调节阀、流量控制阀以及用于检测输出气路管道压力的压力开关，进气口接头与压力调节阀连接，压力调节阀与流量控制阀连接，出气口接头与流量控制阀连接，所述流量控制阀上设有通讯接口，流量控制阀的出口与出气口接头连接，压力开关设在出气口接头与流量控制阀的出口之间，所述集中控制单元与所述流量控制阀上的通讯接口连接，集中控制单元还与压力开关信号连接，所述焊接电流检测单元包括电流互感器，集中控制单元与电流互感器信号连接。

所述气路执行单元设置有两个、三个或四个。

所述压力调节阀上集成有气体过滤器与气体压力表。

所述流量控制阀通过螺丝固定在安装座上。

所述集中控制单元为计算机或PLC控制器。

所述流量控制阀连接有流量显示仪，计算机或PLC控制器通过流量显示仪与流量控制阀连接。

本发明提供的气体流量控制装置，具有以下有益效果：

本发明由于设置有集中控制单元计算机或PLC控制器、压力调节阀、流量控制阀、压力开关以及电流互感器，这样便可通过压力调节阀调节进气压力并过滤杂质；通过流量控制阀控制气体流量大小，检测实际输出气流量；通过压力开关检测输出气路管道压力；通过电流互感器检测焊接时的输出电流。

因此通过集中控制单元PLC控制器实现节省保护气体：通过检查焊接电流自动匹配保护气流量，使保护气体在满足焊接保护的情况下不会超额输出，从而节省保护气体。

消除气流峰值节省保护气体：在气路开启的时候因开关电磁阀两端的压差导致气流瞬间过大，本发明自动识别介入控制，通过控制流量控制阀的阀芯开度自动消除气峰。

监控焊接电流与气流，确保焊接正常：设备自动根据电流匹配气流量，若因气源、管道等因素导致气流量低于匹配值，设备自动输出异常信号，并在人机界面上以中文显示异常信息。

自动检测工作站管道是否有异常：在主气源安装本发明提供的气体流量控制装置监控管道下游气路，如在没有焊接的情况下仍有气流输出，则视为异常即电磁阀失效、电磁阀故障、管路漏气。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述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获得其他的附图。

图1是本发明气体流量控制装置的结构示意图；

图2是本发明气路执行单元的结构示意图；

图3是焊接气路未使用本发明气体流量控制装置时的示意图；

图4是焊接气路使用了本发明气体流量控制装置时的示意图；

图5是焊接气路使用了本发明气体流量控制装置时随焊接电流自动调节气量的效果示意图；

图6是焊接电流与输出气流成线性关系匹配的示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1、图2所示，本发明气体流量控制装置，包括集中控制单元1、焊接电流检测单元以及气路执行单元3，集中控制单元1为计算机或PLC控制器，气路执行单元3可以是一个，也可以是两个或三个或四个。焊接电流检测单元包括电流互感器2。

气路执行单元3包括进气口接头31、出气口接头32、压力调节阀33、流量控制阀34以及用于检测输出气路管道压力的压力开关35，流量控制阀34通过螺丝固定在安装座36上。压力调节阀33上集成有气体过滤器331与气体压力表332。进气口接头31与压力调节阀33之间通过管路连接，压力调节阀33与流量控制阀34之间通过管路连接，在流量控制阀34上设有通讯接口37，流量控制阀34的出口与压力开关35连接，出气口接头32与压力开关35连接，集中控制单元1与所述流量控制阀34上的通讯接口37之间通过电缆进行连接，集中控制单元1还与压力开关35信号连接，流量控制阀34连接有流量显示仪时，计算机或PLC控制器通过流量显示仪与流量控制阀连接。集中控制单元还与电流互感器2之间通过信号电缆进行信号连接。出气口接头32通过管路通往焊机4。计算机或PLC控制器也可以通过信号转换卡直接与流量控制阀34连接。

本发明气体流量控制装置中的压力调节阀33用于调节进气压力并过滤杂质；流量控制阀34用于控制气体流量大小，检测实际输出气流量；压力开关35用于检测输出气路管道压力；电流互感器2用于检测焊接时的输出电流。

本发明焊接设备中保护气体的流量控制方法，包括下列步骤：在焊接设备中原有的保护气体管路中设置压力开关，通过压力开关检查管内压力，主动加入气流量的控制，所述气流量的控制通过气路执行单元实现，所述气路执行单元包括进气口接头、出气口接头、压力调节阀、流量控制阀以及压力开关，压力调节阀与流量控制阀连接，进气口接头与压力调节阀连接，出气口接头与流量控制阀连接，压力开关设在出气口接头与流量控制阀之间，与所述流量控制阀上的通讯接口连接，PLC还与压力开关信号连接，PLC还与电流互感器信号连接；通过电流互感器检测焊接电流自动匹配气流量，与PLC模拟量模块控制，以电压形式控制阀体开度从而控制气体流量；当气流量与焊接电流偏离了设定值，则判断为异常，并输出异常信号。

本发明气体流量控制装置使用时，压力开关设定基准压力值。下述流量阀为流量控制阀的简称。

1)焊机焊接关闭时，前方气阀即焊机电磁阀关闭，输出气量为0，当输出气路实际压力大于压力开关基准压力时，通过压力开关反馈，PLC控制流量阀关闭，输出气路保压。

2)焊机焊接开启时，前方气阀即焊机电磁阀打开，输出管道压力释放，输出气路实际压力小于压力开关基准压力时，通过压力开关反馈，PLC控制流量阀缓慢打开。

3)PLC控制流量阀的开关为模拟量信号，通过缓慢升降控制信号，达到消除气峰的目的。

4)流量阀控制过程中，电流互感器实时检测焊接电流，通过参数设置，与输出气流量成线性关系匹配，焊接电流越大，输出气流越大，焊接电流越小，输出气流越小。

根据焊接电流自动匹配输出气流量，当焊接电流在设置范围以内时，PLC以模拟量电压形式自动计算匹配输出气流量，输出气流量不低于设置的流量下限，不高于上限。当焊接电流低于设置的电流下限时，PLC以设置流量下限值输出，保证最低用气量的需求，从而保证焊接质量。

前述焊接电流与输出气流成线性关系匹配是指计算出焊接电流与设置电流值域占空比，用这个占空比乘以设置流量范围，得出输出气流量：

输出气流量＝(实际焊接电流÷设置电流值域)×输出气流量值域，

设置电流值域＝设置电流上限-设置电流下限；输出气流量值域＝设置流量上限-设置流量下限；

设置电流上限、设置电流下限以及设置流量上限、设置流量下限，根据用户要求来进行设置。

5)为保证焊接质量，输出气流量可设置输出下限值，即使焊接电流低于设定的下限即低于设置电流下限，输出气流量也会以设置的下限值输出即以所述设置流量下限输出。具体而言，如图6所示，根据所述焊接电流自动匹配输出气流量的线性关系，当焊接电流在设置范围以内时即设置电流范围150-250A时，PLC自动计算匹配输出气流量，即对应输出气流量为15-25L/Min；当焊接电流高于设置的电流上限时即250A时，PLC控制输出气流量为设置的流量上限输出即25L/Min；当焊接电流低于设置的电流下限时即150A时，PLC以设置的流量下限值输出即15L/Min，保证最低用气量的需求，从而保证焊接质量。

当固定输出时，以流量下限值即设置流量下限输出；本发明气体流量控制装置关闭时，以最大量如30L/Min流量输出。

线性输出时，即焊接电流设定区域与输出气流量设定区域成线性关系，焊接电流低于电流下限，以流量下限值输出，焊接电流平均采样数值越小，检测响应速度越快，设定值越大，检测越稳定，但响应速度越慢。焊接电流设定区域是设置电流上限与设置电流下限之间的范围；输出气流量设定区域是设置流量上限与设置流量下限之间的范围。

6)集中控制单元采用PLC加触摸屏的方式集中控制，一个集中控制单元最多可控制四路焊接设备气体输出，各路间互不干涉，可自由搭配。

本发明功能效果对比：

如图3，焊接气路中未使用本发明气体流量控制装置功能：气阀开启时气流峰值超过检测范围上限，即图中上方粗实线一5所示为气体实时流量，产生气峰，超过检测范围上限。

如图4，焊接气路中未使用本发明气体流量控制装置功能后：气阀开启时气峰被消除。即图中上方粗实线二6所示为气体实时流量，无气峰。

如图5，焊接气路中未使用本发明气体流量控制装置功能后：线条一7为实际焊接电流；线条二8为实际输出气流量；随焊接电流自动调节气量功能。

本发明气体流量控制装置的报警功能：

1)当输出管道压力被释放，压力开关反馈信号，PLC控制流量控制阀打开，流量控制阀反馈有气流输出时，3秒内未检测到焊接电流，PLC系统判断为管道漏气故障并输出报警信号；

2)当输出管道压力被释放，压力开关反馈信号，PLC控制流量控制阀打开，流量控制阀反馈有气流输出并且检测到焊接电流时，PLC系统判断气体流量控制与反馈误差，当误差大于下正负3L/Min时，PLC系统判断为流量输出异常故障并输出报警信号。

综上所述，本发明气体流量控制装置主要功能：

节省保护气体：通过检查焊接电流自动匹配保护气流量，使保护气体在满足焊接保护的情况下不会超额输出。效果体现于同一焊接工件不同输出电流。

消除气流峰值节省保护气体：在气路开启的时候因开关电磁阀两端的压差导致气流瞬间过大，设备自动识别介入控制，通过PLC模拟量输出模块控制阀芯缓慢打开自动消除气峰。效果体现于频繁开关气路电磁阀。

监控焊接电流与气流，确保焊接正常：设备自动根据电流匹配气流量，若因气源、管道等因素导致气流量低于匹配值，设备自动输出异常信号，并人机界面以中文显示异常信息。

自动检测工作站管道是否有异常：在主气源安装流量控制器监控管道下游气路，在没有焊接的情况下仍有气流输出，视为异常即电磁阀失效、电磁阀故障、管路漏气。

本发明气体流量控制装置原理：

通过监控焊接电流自动匹配保护气流量。

通过控制阀芯开度自动消除气峰：1)焊接在待机状态时焊机原有电磁阀及流量控制阀在关闭状态，中间形成密封管路存在压力，当焊机启动时会先打开焊机电磁阀，这时气路控制单元的压力传感器检测到压力减少，主动加人控制。2)当流量控制阀在关闭状态，一头连大气，一头连保护气体气源(气源压力高于大气)，当焊机电磁阀打开时会产生气峰(即流量瞬间变大，一定时间后才恢复设定流量)。此时本发明通过PLC模拟量模块控制输出0-5V电压控制流量控制阀(在设定的时间将电压提升到设定值，电压的大小与流量阀的开度成正比，电压范围0-5V)。焊机电磁阀是在原有的气路就有的，用于控制气路开关，电磁阀安装于焊接机器人本体，靠近焊枪位置；本发明气体流量控制装置是在原有的气路上加装的；气体流量控制装置加装方便，不需要进行大的工程动作，使用起来非常方便，故也大大降低安装成本与使用成本。

节省保护气体；检测焊接配气的比例，确保达到设定的气量，从而保证焊接质量。

通过管路相应位置增加传感器自检工作站管路是否正常。

本发明气体流量控制装置主要构成：主要由三个单元组成。

主电控单元即集中控制单元：具体而言，如PLC集中控制，人机界面显示及操作，可一个控制单元同时检测、控制多个气路。人机界面主要显示内容：以曲线图形式显示各气路及对应的电流，显示当前单个的气流量及总气流量，以中文显示异常信息。

焊接电流检测单元：通过电流互感器实时监控焊接电流。

气路执行单元：1)内置压力传感器监控气路压差，主动介入工作；2)内置流量控制阀执行气流量控制；3)内置过滤调压阀，保护气路系统。

本发明气体流量控制装置的控制逻辑即控制方法是：

1、通过压力传感器即压力开关检查管内压力，主动加入控制；

2、通过电流互感器检测焊接电流自动匹配气流量，与PLC模拟量模块控制，以电压形式控制阀体开度达到控制流量目的；

3、综合上两点当气流量与焊接电流偏离了设定值，系统判断为异常，并输出异常信号。

本发明气体流量控制装置安装：固定主电控单元并接上220V电源，电流互感器感应器部分以扣合形式连接焊接主电路，另一端与主控制单元连接通信，在保护气路电磁阀前连接气路执行单元，并连接主控制单元。

本发明中的流量控制阀可以是现有技术如中国专利申请号200910262030.9中所述的质量流量控制器。压力调节阀、压力开关与PLC控制器均为现有技术产品。

本发明中的的管路连接都可以采用螺丝接头且密封进行固定连接。

需要声明的是，上述具体实施方式仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种焊接设备中保护气体的流量控制方法，其特征在于所述焊接设备中保护气体的流量控制方法，包括下列步骤：

在焊接设备中原有的保护气体管路中设置压力开关，通过压力开关检查管内压力，主动加入气流量的控制，所述气流量的控制通过气路执行单元实现，所述气路执行单元包括进气口接头、出气口接头、压力调节阀、流量控制阀以及前述压力开关，压力调节阀与流量控制阀连接，进气口接头与压力调节阀连接，出气口接头与流量控制阀连接，压力开关设在出气口接头与流量控制阀之间，计算机或PLC与所述流量控制阀上的通讯接口连接，计算机或PLC还与压力开关信号连接，计算机或PLC还与电流互感器信号连接；

通过电流互感器检测焊接电流，自动匹配气流量，与计算机或PLC模拟量模块控制，以电压形式控制所述流量控制阀的阀体开度从而控制气体流量；

当气流量与焊接电流偏离了设定值，则判断为异常，并输出异常信号；

所述压力开关设定基准压力值时；

1)焊机焊接关闭时，焊机电磁阀关闭，输出气量为0，当输出气路实际压力大于压力开关基准压力时，通过压力开关反馈，计算机或PLC控制所述流量控制阀关闭，输出气路保压；

2)焊机焊接开启时，焊机电磁阀打开，输出管道压力释放，输出气路实际压力小于压力开关基准压力时，通过压力开关反馈，计算机或PLC控制所述流量控制阀缓慢打开；

3)计算机或PLC控制流量控制阀的开关的控制信号为模拟量信号，通过缓慢升降控制信号，达到消除气峰的目的；

所述流量控制阀控制过程中，电流互感器实时检测焊接电流，通过参数设置，焊接电流与输出气流量成线性关系匹配，焊接电流越大，输出气流越大，焊接电流越小，输出气流越小；

当焊接电流在设置范围以内时，计算机或PLC以模拟量电压形式自动计算匹配输出气流量，输出气流量不低于设置的流量下限，不高于上限；当焊接电流低于设置的电流下限即低于设置电流下限时，计算机或PLC以所述设置的流量下限输出，保证最低用气量的需求，从而保证焊接质量。

2.根据权利要求1所述的焊接设备中保护气体的流量控制方法，其特征在于：

1)当输出管道压力被释放，压力开关反馈信号，计算机或PLC控制所述流量控制阀打开，流量控制阀反馈有气流输出时，3秒内未检测到焊接电流，计算机或PLC判断为管道漏气故障并输出报警信号；

2)当输出管道压力被释放，压力开关反馈信号，计算机或PLC控制所述流量控制阀打开，流量控制阀反馈有气流输出并且检测到焊接电流时，计算机或PLC判断气体流量控制与反馈误差，当误差大于下正负3L/Min时，计算机或PLC判断为流量输出异常故障并输出报警信号。

3.根据权利要求1所述的焊接设备中保护气体的流量控制方法，其特征在于：计算机或PLC模拟量模块控制输出0-5V电压控制流量控制阀，在设定的时间将电压提升到设定值，电压的大小与流量阀的开度成正比，电压范围0-5V。