CN115415647A - 熔化极气体保护焊接短弧控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了熔化极气体保护焊接短弧控制方法及装置，该方法包括：短路发生时，控制实时送丝速度降低至预设值；燃弧阶段，控制实时送丝速度增大，确保短路阶段和燃弧阶段的平均送丝速度不变。实现了在确保短路阶段和燃弧阶段的平均送丝速度不变的前提下，通过分配送丝速度在短路和燃弧阶段的分布，使得弧长更短，从而提高电弧的可控性。
Description
技术领域
本发明涉及熔化极气保护焊接技术领域，特别涉及一种熔化极气体保护焊接短弧控制方法及装置。
背景技术
对于熔化极气体保护焊接而言，焊接效果与电弧的可控性直接关联。因此，为了确保良好的焊接效果，如何提高电弧的可控性是本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高电弧的可控性的熔化极气体保护焊接短弧控制方法及装置。
为达到上述目的，本发明提供了一种熔化极气体保护焊接短弧控制方法，其包括：
短路发生时，控制实时送丝速度降低至预设值；
燃弧阶段，控制实时送丝速度增大，确保短路阶段和燃弧阶段的平均送丝速度不变。
本发明提供一种熔化极气体保护焊接短弧控制装置，用以提高电弧的可控性，其包括：
短路调速模块，用于短路发生时，控制实时送丝速度降低至预设值；
燃弧调速模块，用于燃弧阶段，控制实时送丝速度增大，确保短路阶段和燃弧阶段的平均送丝速度不变。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的熔化极气体保护焊接短弧控制方法。
本发明实施例通过短路发生时，控制实时送丝速度降低至预设值；燃弧阶段，控制实时送丝速度增大，确保短路阶段和燃弧阶段的平均送丝速度不变。实现了在确保短路阶段和燃弧阶段的平均送丝速度不变的前提下，通过分配送丝速度在短路和燃弧阶段的分布，使得弧长更短，从而提高电弧的可控性。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1是本发明实施例的熔化极气体保护焊接短弧控制方法的实现过程示意图；
图2是本发明实施例中构建的PI双闭环的示意图；
图3是本发明实施例中二次开关控制原理示意图；
图4是本发明具体实例中对送丝速度的控制示意图；
图5是本发明具体实例直流焊接电流的送丝速度调整曲线示意图；
图6是本发明具体实例脉冲焊接电流的送丝速度调整曲线示意图；
图7是本发明具体实例中控制结果比对示意图；
图8是本发明实施例的熔化极气体保护焊接短弧控制装置的结构示意图；
图9是本发明实施例中一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本申请进一步详细说明。通过这些说明，本申请的特点和优点将变得更为清楚明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
发明人发现对于熔化极气体保护焊接而言，在焊接稳定的前提下，弧长越短，电弧的可控性越好。
基于上述发现，本发明实施例提供了一种熔化极气体保护焊接短弧控制方法，用以提高提高电弧的可控性，该方法如图1所示，包括：
步骤101：短路发生时，控制实时送丝速度降低至预设值；
步骤102：燃弧阶段，控制实时送丝速度增大，确保短路阶段和燃弧阶段的平均送丝速度不变。
具体实施例中，通过短路发生时，控制实时送丝速度降低至预设值；燃弧阶段，控制实时送丝速度增大，确保短路阶段和燃弧阶段的平均送丝速度不变。实现了在确保短路阶段和燃弧阶段的平均送丝速度不变的前提下，即确保了焊接的稳定，通过分配送丝速度在短路和燃弧阶段的分布，在短路阶段降低实时送丝速度，即减小焊接电流，使得弧长更短，从而提高电弧的可控性，进而保证焊接的稳定性。
首先，短路发生时，控制实时送丝速度降低至预设值。具体实施时，该预设值是基于焊接工况，预先设置的一个速度值，该速度值为正数或零，即控制实时送丝速度降低或停止。该预设值是基于给定送丝速度设置的，在给定送丝速度低于预设阈值，例如10米/分时，该预设值为0；在给定送丝速度高于或等于预设阈值时，该预设值与给定送丝速度之间成比例，即给定送丝速度越大，该预设值越大，且比例系数不固定，但不大于80％。
接着，在燃弧阶段，控制实时送丝速度增大，确保短路阶段和燃弧阶段的平均送丝速度不变。此外，并不限制燃弧阶段的焊接电流，燃弧阶段的焊接电流可以是直流输出，也可以是脉冲输出。具体实施时，基于PI双闭环控制方法，构建PI双闭环，控制燃弧阶段的实时送丝速度增大，使得短路阶段和燃弧阶段的平均送丝速度为给定送丝速度。
双闭环控制是自动控制原理的一种基本控制方式，基础的PI双闭环控制方法，含有两个控制部分：电流内环PI控制器和电压外环PI控制器。电流内环控制器通过电流负反馈的手段使得流过电感上的电流为给定幅值和相位的电流，电压外环的作用是引入电压的负反馈，使得直流侧电压稳定为给定值。将其拓展到送丝速度的控制上来，可基于其控制原理，构建PI双闭环。
具体地，如图2所示，为构建的PI双闭环，其中，该PI双闭环，包括：
实时送丝速度控制内环和平均送丝速度控制外环；
实时送丝速度控制内环，以实时送丝速度为控制目标；
平均送丝速度控制外环，以平均送丝速度和给定送丝速度差值为输入，以平均送丝速度为控制目标。
实时送丝速度控制内环，采用实时送丝速度调整的方法，以实时送丝速度和某一特定时刻给定的送丝速度为输入，经过内环PI控制器后，结合电机传递函数G(S)(用于描述导通角与送丝速度的关系)，得到实际送丝速度，同时存在送丝反馈传递函数F(S)作为内环闭环反馈。平均送丝速度控制外环，以平均送丝速度和给定送丝速度差值为输入，经过外环PI控制器后的输出作为实时送丝速度控制内环闭环的输入的一部分，同时，存在送丝反馈传递函数V(S)作为外环闭环反馈。
设定给定送丝速度为Sg，实际送丝速度为：SA；
则节点1可以表示为：
ΔS＝Sg-SA×V(S) (1)
其中，V(S)是采样时段内的送丝速度的平均值，该采样时段的时长一般比较小，例如可以是20ms。
又：
由公式(1)以及(2)可知，节点2可以表示为：
N2(S)＝M(s)+KP1×ΔS+KI1×∫ΔS-SA×F(s) (3)
其中，F(s)是送丝速度瞬间值的反馈；
KP1：外环PI的比例项系数；
KI1：外环PI的积分项系数；
则节点3可以表示为：
N3(S)＝(KP2·N2(S)+KI2·∫N2(S))·G(S) (4)
KP2：内环PI的比例项系数；
KI2：内环PI的积分项系数。
由此可见，通过上述构建的PI双闭环能够实现短路阶段结束后，燃弧阶段送丝启动的同时，逐步确保平均送丝速度与预置送丝速度一致的控制目的。
具体实施例中，提供的熔化极气体保护焊接短弧控制方法，还包括：在短路阶段中实时送丝速度变化的时刻，控制二次开关闭合。如图3所示，为二次开关控制原理示意图，即短路发生时，二次开关关闭，电流迅速降低到最小值，防止飞溅产生，以促使短路过渡完成，降低热输入量；短路结束后，二次开关开启，降低飞溅。具体实施例中，根据短路情况或焊接经验总结等，预先设置二次开关的工作时长，确保二次开关在实时送丝速度变化的时刻关闭，按照预设的工作时长，延时开启。
通过对送丝速度的控制和二次开关的配合，实现了更小的弧长下的稳定焊接，从而提高电弧稳定性，改善焊接效果。
为了更好地说明本发明实施例提供的熔化极气体保护焊接短弧控制方法，本发明具体实施例中还提供一个具体实例，该具体实施例中对送丝速度的控制如图4所示，具体控制按照图2所示的PI双闭环进行。
图5所示为直流焊接电流的送丝速度调整曲线，图6所示为脉冲焊接电流的送丝速度调整曲线，其中，二次开关闭合在短路阶段中送丝速度变化的时刻，从电流变化曲线也可以看出，电流突然下降的一段曲线即为二次开关闭合的时段。通过在短路发生前后利用二次开关，促使短路过渡完成。
该具体实例，设计了直流焊接120A进行试验。由于120A是标准的短路过渡电流段。使用此电流段进行试验，可以充分验证算法的有效性。
如表1所示，为该具体实例的焊接规范表及编号。1#和2#为应用本发明实施例中的熔化极气体保护焊接短弧控制方法的实验组，3#和4#为对比组。
直流120A，规范编号1#，2#，3#，4#四组试验情况如图7所示。
表1焊接规范表
将1#与3#作为对比，2#与4#作为对比。宏观上分析，可见使用了本发明实施例提供的熔化极气体保护焊接短弧控制方法后，焊接稳定性提升明显。尤其是当焊接电压比较低时，焊接稳定性大幅提升。
针对波形进一步分析，选取固定时间位置的20组短路过渡时间作为基础数据进行分析，分析的原理包括：
短路过渡时间的平均值越小，说明短路过渡越顺畅；反之，说明发生顶丝的概率越高，过渡越困难。
短路过渡时间的平均值差值平方和越小，说明短路过渡越均匀，反之，说明短路过程变化较大，过渡均匀一致性差，短路过渡不稳定。
得到的对比结果如表2所示。
表2直流120A短路时间对比分析表(单位：ms)
| 1# | 2# | 3# | 4# | |
| 第1组短路过渡时间 | 3.15 | 4.15 | 3.48 | 4.42 |
| 第2组短路过渡时间 | 2.5 | 3.3 | 3.1 | 4.18 |
| 第3组短路过渡时间 | 4.25 | 5.55 | 2.48 | 3.9 |
| 第4组短路过渡时间 | 3.1 | 5.65 | 3.68 | 3.08 |
| 第5组短路过渡时间 | 2.55 | 2.85 | 3.1 | 3 |
| 第6组短路过渡时间 | 2.85 | 3.45 | 2.9 | 3.26 |
| 第7组短路过渡时间 | 3.10 | 4.2 | 4.26 | 2.58 |
| 第8组短路过渡时间 | 2.95 | 2.2 | 2.85 | 2.2 |
| 第9组短路过渡时间 | 2.55 | 5.1 | 4.42 | 4.7 |
| 第10组短路过渡时间 | 3.25 | 2.75 | 3.22 | 2.8 |
| 第11组短路过渡时间 | 3.2 | 5.25 | 3.3 | 2.92 |
| 第12组短路过渡时间 | 4.25 | 2.7 | 2.64 | 4.8 |
| 第13组短路过渡时间 | 2.65 | 3.85 | 3.62 | 3.34 |
| 第14组短路过渡时间 | 5.1 | 2.8 | 3.08 | 5.58 |
| 第15组短路过渡时间 | 3.75 | 3.45 | 3.78 | 7.84 |
| 第16组短路过渡时间 | 4.25 | 2.85 | 3.86 | 7.96 |
| 第17组短路过渡时间 | 3.85 | 3 | 2.58 | 10.74 |
| 第18组短路过渡时间 | 3.3 | 2.95 | 2.46 | 9.1 |
| 第19组短路过渡时间 | 3.65 | 2.75 | 3.1 | 8.92 |
| 第20组短路过渡时间 | 4.15 | 2.85 | 2.62 | 9.04 |
| 平均值 | 3.4 | 3.6 | 3.2 | 5.2 |
| 平均值差值平方和 | 9.6 | 21.2 | 6.2 | 136.3 |
由表2可以看出：利用本发明实施例提供的熔化极气体保护焊接短弧控制方法后，当焊接电压较高时(1#与3#)，短路过渡时间的平均值及短路过渡时间平均值差值平方和相差不大；而当焊接电压较低时(2#与4#)，熔化极气体保护焊接短弧控制后，这两项指标具有明显优势，即稳定性大大提高。
由此可见，应用本发明实施例提供的熔化极气体保护焊接短弧控制方法后，实现了更短弧长下的稳定焊接，能够得到较佳的焊接效果。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种熔化极气体保护焊接短弧控制装置，所解决问题的原理相似，重复之处不再赘述，具体结构如图8所示，包括：
短路调速模块801，用于短路发生时，控制实时送丝速度降低至预设值；
燃弧调速模块802，用于燃弧阶段，控制实时送丝速度增大，确保短路阶段和燃弧阶段的平均送丝速度不变。
具体实施例中提供的熔化极气体保护焊接短弧控制装置，在图8的基础上，还包括：二次开关控制模块，用于在短路阶段中实时送丝速度变化的时刻，控制二次开关闭合。
具体实施例中，燃弧调速模块802，具体用于：基于PI双闭环控制方法，构建PI双闭环，控制燃弧阶段的实时送丝速度增大，使得短路阶段和燃弧阶段的平均送丝速度为给定送丝速度。
本发明实施例还提供一种计算机设备，图9为本发明实施例中计算机设备的示意图，该计算机设备能够实现上述实施例中的熔化极气体保护焊接短弧控制方法中全部步骤，该计算机设备具体包括如下内容：
处理器(processor)901、存储器(memory)902、通信接口(CommunicationsInterface)903和通信总线904；
其中，所述处理器901、存储器902、通信接口903通过所述通信总线904完成相互间的通信；所述通信接口903用于实现相关设备之间的信息传输；
所述处理器901用于调用所述存储器902中的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例中的熔化极气体保护焊接短弧控制方法。
综上所述，本具体实施例提供的熔化极气体保护焊接短弧控制方法及装置具有如下优点：
通过短路发生时，控制实时送丝速度降低至预设值；燃弧阶段，控制实时送丝速度增大，确保短路阶段和燃弧阶段的平均送丝速度不变。实现了在确保短路阶段和燃弧阶段的平均送丝速度不变的前提下，通过分配送丝速度在短路和燃弧阶段的分布，使得弧长更短，从而提高电弧的可控性，进而保证焊接的稳定性和良好的焊接效果。
虽然本发明提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。
本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、装置(系统)或计算机程序产品。因此，本说明书实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本发明的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种熔化极气体保护焊接短弧控制方法，其特征在于，包括：
短路发生时，控制实时送丝速度降低至预设值；
燃弧阶段，控制实时送丝速度增大，确保短路阶段和燃弧阶段的平均送丝速度不变。
2.根据权利要求1所述的熔化极气体保护焊接短弧控制方法，其特征在于，还包括：
在短路阶段中实时送丝速度变化的时刻，控制二次开关闭合。
3.根据权利要求1所述的熔化极气体保护焊接短弧控制方法，其特征在于，燃弧阶段，控制实时送丝速度增大，确保短路阶段和燃弧阶段的平均送丝速度不变，包括：
基于PI双闭环控制方法，构建PI双闭环，控制燃弧阶段的实时送丝速度增大，使得短路阶段和燃弧阶段的平均送丝速度为给定送丝速度。
4.根据权利要求3所述的熔化极气体保护焊接短弧控制方法，其特征在于，所述PI双闭环，包括：
实时送丝速度控制内环和平均送丝速度控制外环；
所述实时送丝速度控制内环，以实时送丝速度为控制目标；
所述平均送丝速度控制外环，以平均送丝速度和给定送丝速度差值为输入，以平均送丝速度为控制目标。
5.一种熔化极气体保护焊接短弧控制装置，其特征在于，包括：
短路调速模块，用于短路发生时，控制实时送丝速度降低至预设值；
燃弧调速模块，用于燃弧阶段，控制实时送丝速度增大，确保短路阶段和燃弧阶段的平均送丝速度不变。
6.根据权利要求5所述的熔化极气体保护焊接短弧控制装置，其特征在于，还包括：
二次开关控制模块，用于在短路阶段中实时送丝速度变化的时刻，控制二次开关闭合。
7.根据权利要求5所述的熔化极气体保护焊接短弧控制装置，其特征在于，所述燃弧调速模块，具体用于：
基于PI双闭环控制方法，构建PI双闭环，控制燃弧阶段的实时送丝速度增大，使得短路阶段和燃弧阶段的平均送丝速度为给定送丝速度。
8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4任一所述的熔化极气体保护焊接短弧控制方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，响应于所述计算机程序被处理器执行，实施了权利要求1至4任一所述的熔化极气体保护焊接短弧控制方法的操作。
10.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现：权利要求1至4任一所述的熔化极气体保护焊接短弧控制方法。
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2022
- 2022-10-14 CN CN202211261057.8A patent/CN115415647A/zh active Pending
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