CN114769856A - 一种基于电磁阀组的激光焊接保护气体自动控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光焊节气降本制造技术，具体涉及一种基于电磁阀组的激光焊接保护气体自动控制方法；由初级电磁阀、保护气体主脉冲电磁阀组、保护气体维持脉冲电磁阀组和末级电磁阀组成的多级电磁阀组实现对激光焊接保护气体流量的自动调节控制，基于多个步骤实现对于激光焊接时保护气体的自动控制；本发明能够在焊接过程中根据激光输出能量大小实现保护气流量的自动匹配与自动控制，减少焊接保护气体的用量，从而降低焊接生产制造成本消耗，并且在不影响焊接区域保护效果和焊接质量的同时实现节气效果。

Description

一种基于电磁阀组的激光焊接保护气体自动控制方法
技术领域
本发明涉及激光焊节气降本制造技术，具体涉及一种基于电磁阀组的激光焊接保护气体自动控制方法。
背景技术
激光焊是一种广泛应用的熔化焊接方法，通常使用纯度99.99％及其以上的惰性气体，例如Ar作为焊接保护气体。
长久以来，激光焊中的保护气体均设定为定流量使用，其流量设定值多数根据焊接工艺中使用的激光能量大小来进行适当匹配，当采用较小激光能量施焊时，可设定较小保护气体流量值，当采用较大激光能量施焊时，可设定较大保护气体流量值。一旦设定流量值后，焊接过程中保护气体流量是保持恒定不变的。但是，实际焊接过程中，激光与材料的相互作用过程会随着激光等离子体等造成的焊接稳定性波动等而产生干扰。若能根据激光等离子体波动实现焊接过程中的保护气体流量实时调节，可以在不影响焊接区域保护效果的前提下达到减少保护气体使用量、降低生产制造成本的目的。因此，本发明对于降低激光焊接生产制造中的工业气体消耗，构建低碳绿色制造体系具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用电磁阀组自动控制激光焊接保护气体的方法，可以在不影响焊缝区保护效果的前提下减少焊接保护气体使用量，降低焊接生产制造成本。
本发明是这样实现的：
本发明所述一种基于电磁阀组的激光焊接保护气体自动控制方法，由初级电磁阀、保护气体主脉冲电磁阀组、保护气体维持脉冲电磁阀组和末级电磁阀组成的多级电磁阀组实现对激光焊接保护气体流量的自动调节控制，所述方法包括如下步骤：
S1，调节初级电磁阀对应的节流阀校正初级电磁阀通气流量，使初级电磁阀通气流量在2～6L/min之间；
S2，调节保护气体主脉冲电磁阀组对应的节流阀校正所有电磁阀通气流量，使保护气体主脉冲电磁阀通气流量为6～25L/min之间的任一相同值；
S3，调节保护气体维持脉冲电磁阀组对应的节流阀校正所有电磁阀通气流量，使所有保护气体维持脉冲电磁阀通气流量为6～20L/min之间的任一相同值；
S4，调节末级电磁阀对应的节流阀校正末级电磁阀通气流量，使末级电磁阀通气流量为激光焊接工艺所需的滞后停气流量值；
S5，启动激光焊接，首先触发开通初级电磁阀，开启提前送气，直至传感器检测到激光能量输出并开始焊接；
S6，焊接过程中，保持初级电磁阀处于开通状态，由微控制单元根据激光能量特征值数据查询保护气体流量匹配数据库以自动匹配保护气体流量值；
S7，微控制单元根据自动匹配的保护气体流量值查询电磁阀工作脉冲时序特征匹配数据库，以自动匹配保护气体主脉冲电磁阀组和保护气体维持脉冲电磁阀组中的电磁阀工作脉冲时序，从而控制保护气体流量值；
S8，由气体流量传感器实时检测受控后的保护气体流量值，并由微控制单元实时采集该流量数据；
S9，微控制单元根据该流量数据查询电磁阀工作脉冲时序特征匹配数据库，并控制电磁阀工作脉冲，使保护气体流量值稳定于微控制单元自动匹配的保护气体流量值；
S10，焊接结束焊接电流归零时，关断所有处于打开状态的电磁阀，同时触发末级电磁阀开通，开启滞后停气直至焊接结束。
进一步，所述初级电磁阀和末级电磁阀分别为一个工作于脉冲开通状态的电磁阀；所述保护气体主脉冲电磁阀组和保护气体维持脉冲电磁阀组分别由多个工作于脉冲开通状态的电磁阀组成。
进一步，当激光能量脉冲输出焊接时，由保护气体主脉冲电磁阀组的各电磁阀按照工作脉冲时序组合实现激光脉冲能量峰值期间的脉动送气保护，由保护气体维持脉冲电磁阀组的各电磁阀按照工作时序组合实现激光脉冲能量谷值期间的脉动送气保护；当激光能量连续输出焊接时，可单独由保护气体主脉冲电磁阀组提供脉动送气保护，也可由保护气体主脉冲电磁阀组和保护气体维持脉冲电磁阀组共同提供脉动送气保护。
进一步，当激光能量为连续输出时，所述激光能量特征值指激光功率幅值；当激光能量为脉冲输出时，所述激光能量特征值指激光功率幅值和激光脉冲频率。
进一步，所述保护气体流量匹配数据库为激光能量特征值与保护气体流量之间的对应关系数学模型。
进一步，所述电磁阀工作脉冲时序特征匹配数据库为保护气体流量与电磁阀组触发脉冲时序之间的对应关系数学模型。
进一步，所述初级、保护气体主脉冲电磁阀组、保护气体维持脉冲电磁阀组和末级电磁阀可以连接手动节流阀实现电磁阀通气流量的手动校正，也可以连接电子节流阀实现电磁阀通气流量的电子校正。
进一步，所述微控制单元由PLC或单片机控制系统实现。
进一步，当激光能量脉冲输出焊接时，所述保护气体主脉冲电磁阀组的电磁阀通气流量需大于保护气体维持脉冲电磁阀组的电磁阀通气流量。
上述方案的有益效果：
1、本发明所述方法能够在焊接过程中根据激光输出能量大小实现保护气流量的自动匹配与自动控制。
2、本发明所述方法能够减少焊接保护气体的用量，从而降低焊接生产制造成本消耗。
3、本发明所述方法可以在不影响焊接区域保护效果和焊接质量的同时实现节气效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为发明提供的是多级电磁阀组组成结构示意图；
图2为发明提供的利用多级电磁阀组实现激光焊接保护气体自动控制的原理图；
图3为发明提供的电磁阀组工作脉冲时序示意图。
图示：
1—保护气体进气口，2—稳压阀，3—第一多通分流器，4—初级节流阀，5—末级节流阀，6～11—保护气体主脉冲电磁阀组对应节流阀，12～14—保护气体维持脉冲电磁阀组对应节流阀，15—初级电磁阀，16—末级电磁阀，17～22—组成保护气体主脉冲电磁阀组的电磁阀，23～25—组成保护气体维持脉冲电磁阀组的电磁阀，26—第二多通分流器，27—保护气体输出，28—保护气体主脉冲电磁阀组，29—保护气体维持脉冲电磁阀组，30—气体流量传感器，31—微控制单元，32—第一微控制单元信号采集端，33—第二微控制单元信号采集端，34—微控制单元触发信号输出端，35—微控制单元控制信号输出端，36—气体流量传感器信号输出端，37—第三微控制单元信号采集端口，38—激光能量脉冲，39～44—组成保护气体主脉冲电磁阀组的电磁阀17～22的工作脉冲，45～47—组成保护气体维持脉冲电磁阀组的电磁阀23～25的工作脉冲。
具体实施方式
应当理解的是，本文所描述的示范性实施例应当仅被认为是描述性的，而不是为了限制的目的。对每个示范性实施例中的特征或方面的描述应当通常被认为可用于其他示范性实施例中类似的特征或方面。
参考附图提供上述描述，以助于对权利要求所限定的本发明的各种实施例的全面理解。其包含各种特定的细节以助于该理解，但这些细节应当被视为仅是示范性的。相应地，本领域普通技术人员将认识到，在不背离由随附的权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以对本文所描述的各种实施例做出变化和改进。此外，为了清楚和简洁起见，可能省略对熟知的功能和构造的描述。
下文的描述和权利要求中所使用的术语和词语不限于书面的含义，而是仅由发明人使用以允许对本发明的清楚和一致的理解。相应地，对本领域技术人员显而易见的是，提供对本发明的各种实施例的下列描述，仅是为了解释的目的，而不是为了限制由随附的权利要求所限定的本发明。
贯通本申请文件的说明书和权利要求，词语“包括”和“含有”以及词语的变型，例如“包括有”和“包括”意味着“包含但不限于”，而不意在(且不会)排除其他部件、整体或步骤。
结合本发明的特定的方面、实施例或示例所描述的特征、整体或特性将被理解为可应用于本文所描述的任意其他方面、实施例或示例，除非与其不兼容。
应当理解的是，单数形式“一”、“一个”和“该”包含复数的指代，除非上下文明确地另有其他规定。在本发明中，表述“或”包含一起列举的词语的任意或所有的组合。例如，“A或B”可以包含A或者B，或可以包含A和B两者。
尽管可能使用例如“第一”和“第二”的表述来描述本发明的各个元件，它们并未意在限定相对应的元件。例如，上述表述并未意在限定相对应元件的顺序或重要性。上述表述可以用于将一个部件和另一个部件区分开。
本发明中所使用的术语集仅是为了描述特定实施例的目的，而并非意在限制本发明。除非另有限定，本文中所使用的全部术语(包含技术术语与科学术语)具有与本申请所属的技术领域的普通技术人员所通常理解的相同含义。还应理解的是，术语(比如常用词典中限定的那些术语)，应解释为具有与相关领域和本说明书的上下文中一致的含义，并且不应以理想化或过于形式化的意义来解释，除非在本文中明确地这样限定。
以下针对本发明实施例提供的激光焊接保护气体自动控制方法进行具体说明：
一种基于电磁阀组的激光焊接保护气体自动控制方法，多级电磁阀组组成结构参见图1，利用多级电磁阀组实现激光焊接保护气体自动控制的基本原理参见图2。多级电磁阀组由初级电磁阀15，保护气体主脉冲电磁阀组28、保护气体维持脉冲电磁阀组29和末级电磁阀16组成。其中，保护气体主脉冲电磁阀组28由电磁阀17～22组成，共6个电磁阀；保护气体维持脉冲电磁阀组29由电磁阀23～25组成，共3个电磁阀。待焊件为2.0mm厚的Q235钢板，焊接采用的方法为脉冲激光焊。激光能量脉冲38的波形如图3所示，峰值功率2kW，脉冲宽度5ms，脉冲频率20Hz。采用的保护气体为纯Ar气。所述方法包括如下步骤：
S1，将集中供气或气瓶供气接至稳压阀2的保护气体进气口1。将第一多通分流器3的进气端接至稳压阀2，分流端分别与初级节流阀4、末级节流阀5、保护气体主脉冲电磁阀组对应节流阀6～11、保护气体维持脉冲电磁阀组对应节流阀12～14相连。然后节流阀分别接至初级电磁阀15、末级电磁阀16、组成保护气体主脉冲电磁阀组的电磁阀17～22、组成保护气体维持脉冲电磁阀组的电磁阀23～25。所有的电磁阀通过连接第二多通分流器26形成保护气体输出27；
S2，检测激光器输出激光能量特征值的传感器信号端分别接至第一微控制单元信号采集端32和第二微控制单元信号采集端33；所有电磁阀触发端接至微控制单元触发信号输出端34；气体流量传感器信号输出端36接至第三微控制单元信号采集端37；
S3，调节初级节流阀4校正初级电磁阀15通气流量为2L/min；
S4，调节保护气体主脉冲电磁阀组对应节流阀6～11，校正组成保护气体主脉冲电磁阀组的电磁阀17～22的通气流量为10L/min；
S5，调节保护气体维持脉冲电磁阀组对应节流阀12～14，校正组成保护气体维持脉冲电磁阀组的电磁阀23～25的通气流量为3L/min；
S6，调节末级节流阀5，校正末级电磁阀16通气流量为5L/min；
S7，启动激光焊接，触发开通初级电磁阀15，开启提前送气，提前送气气流量为2L/min，直至传感器检测到激光能量输出并开始焊接过程；
S8，焊接过程中，保持初级电磁阀15处于开通状态，传感器检测激光器输出的激光功率幅值和激光脉冲频率，并由微控制单元31采集该激光能量特征值数据；
S9，由微控制单元31根据激光功率幅值和激光脉冲频率数据查询保护气体流量匹配数据库并自动匹配保护气体流量值；
S10，微控制单元31根据自动匹配的保护气体流量值查询电磁阀工作脉冲时序特征匹配数据库，并自动匹配组成保护气体主脉冲电磁阀组的电磁阀17～22的工作脉冲39～44，即电磁阀17～22依次触发开通，形成保护气体主脉冲频率为120Hz，送气脉冲幅值为12L/min；同时，自动匹配组成保护气体维持脉冲电磁阀组的电磁阀23～25的工作脉冲45～47，即电磁阀23～25依次触发开通，形成保护气体维持脉冲频率为60Hz，送气脉冲幅值为5L/min；
S11，气体流量传感器30实时检测受控后的保护气体流量值，并由微控制单元31实时采集该流量数据；
S12，微控制单元31根据流量数据波动查询电磁阀工作脉冲时序特征匹配数据库，并控制电磁阀工作脉冲，使实际保护气体流量值稳定在微控制单元31自动匹配的保护气体流量值；
S13，焊接结束焊接电流归零时，关断所有处于打开状态的电磁阀，同时触发末级电磁阀16开通，开启滞后停气，滞后停气的气流量为5L/min，滞后停气时间为4s，直至焊接结束。
本发明提出的基于电磁阀组的激光焊接保护气体自动控制方法可以在不影响焊接区域保护效果和焊接质量的前提下，减少焊接保护气体的用量，降低焊接生产制造成本消耗，具有广阔的推广应用前景。
本实施例中，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本实施例中，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于电磁阀组的激光焊接保护气体自动控制方法，其特征在于，由初级电磁阀、保护气体主脉冲电磁阀组、保护气体维持脉冲电磁阀组和末级电磁阀组成的多级电磁阀组实现对激光焊接保护气体流量的自动调节控制，所述方法包括如下步骤：
S1，调节初级电磁阀对应的节流阀校正初级电磁阀通气流量，使初级电磁阀通气流量在2～6L/min之间；
S2，调节保护气体主脉冲电磁阀组对应的节流阀校正所有电磁阀通气流量，使保护气体主脉冲电磁阀通气流量为6～25L/min之间的任一相同值；
S3，调节保护气体维持脉冲电磁阀组对应的节流阀校正所有电磁阀通气流量，使所有保护气体维持脉冲电磁阀通气流量为6～20L/min之间的任一相同值；
S4，调节末级电磁阀对应的节流阀校正末级电磁阀通气流量，使末级电磁阀通气流量为激光焊接工艺所需的滞后停气流量值；
S5，启动激光焊接，首先触发开通初级电磁阀，开启提前送气，直至传感器检测到激光能量输出并开始焊接；
S6，焊接过程中，保持初级电磁阀处于开通状态，由微控制单元根据激光能量特征值数据查询保护气体流量匹配数据库以自动匹配保护气体流量值；
S7，微控制单元根据自动匹配的保护气体流量值查询电磁阀工作脉冲时序特征匹配数据库，以自动匹配保护气体主脉冲电磁阀组和保护气体维持脉冲电磁阀组中的电磁阀工作脉冲时序，从而控制保护气体流量值；
S8，由气体流量传感器实时检测受控后的保护气体流量值，并由微控制单元实时采集该流量数据；
S9，微控制单元根据流量数据查询电磁阀工作脉冲时序特征匹配数据库，并控制电磁阀工作脉冲，使保护气体流量值稳定于微控制单元自动匹配的保护气体流量值；
S10，焊接结束焊接电流归零时，关断所有处于打开状态的电磁阀，同时触发末级电磁阀开通，开启滞后停气直至焊接结束。
2.根据权利要求1所述的基于电磁阀组的激光焊接保护气体自动控制方法，其特征在于：所述初级电磁阀和末级电磁阀分别为一个工作于脉冲导通状态的电磁阀；所述保护气体主脉冲电磁阀组和保护气体维持脉冲电磁阀组分别由多个工作于脉冲导通状态的电磁阀组成。
3.根据权利要求1所述的基于电磁阀组的激光焊接保护气体自动控制方法，其特征在于：所述激光能量脉冲输出焊接时，由保护气体主脉冲电磁阀组的各电磁阀按照工作脉冲时序组合实现激光脉冲能量峰值期间的脉动送气保护，由保护气体维持脉冲电磁阀组的各电磁阀按照工作时序组合实现激光脉冲能量谷值期间的脉动送气保护；所述激光能量连续输出焊接时，可单独由保护气体主脉冲电磁阀组提供脉动送气保护，也可由保护气体主脉冲电磁阀组和保护气体维持脉冲电磁阀组共同提供脉动送气保护。
4.根据权利要求1所述的基于电磁阀组的激光焊接保护气体自动控制方法，其特征在于：所述激光能量为连续输出时，所述激光能量特征值指激光功率幅值；所述激光能量为脉冲输出时，所述激光能量特征值指激光功率幅值和激光脉冲频率。
5.根据权利要求1所述的基于电磁阀组的激光焊接保护气体自动控制方法，其特征在于：所述保护气体流量匹配数据库为激光能量特征值与保护气体流量之间的对应关系数学模型。
6.根据权利要求1所述的基于电磁阀组的激光焊接保护气体自动控制方法，其特征在于：所述电磁阀工作脉冲时序特征匹配数据库为保护气体流量与电磁阀组触发脉冲时序之间的对应关系数学模型。
7.根据权利要求1所述的基于电磁阀组的激光焊接保护气体自动控制方法，其特征在于：所述初级电磁阀、所述保护气体主脉冲电磁阀组、保护气体维持脉冲电磁阀组和所述末级电磁阀校正方式包括连接手动节流阀实现电磁阀通气流量的手动校正，还包括连接电子节流阀实现电磁阀通气流量的电子校正。
8.根据权利要求1所述的基于电磁阀组的激光焊接保护气体自动控制方法，其特征在于：所述微控制单元由PLC或单片机控制系统实现。
9.根据权利要求3所述的基于电磁阀组的激光焊接保护气体自动控制方法，其特征在于：所述激光能量脉冲输出焊接时，保护气体主脉冲电磁阀组的电磁阀通气流量需大于保护气体维持脉冲电磁阀组的电磁阀通气流量。
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