CN116000421A - 熔化电极气体保护焊系统及其控制方法、控制器、介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种熔化电极气体保护焊系统及其控制方法、控制器、介质。熔化电极气体保护焊系统的控制方法包括：获取电弧的电信号信息；基于电弧的电信号信息，判断电弧所处的电弧状态，并根据电弧所处的电弧状态生成第一电流值，并向焊接电源输出对应的电流驱动信号；当电弧处于短路状态时切换第一送丝速度，当电弧处于燃弧状态时，在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段切换第三送丝速度，并向送丝装置输出对应的送丝驱动信号；其中，燃弧第一阶段早于燃弧第二阶段，第二送丝速度和第三送丝速度的送丝方向为靠近熔池的方向，第二送丝速度的幅值小于第三送丝速度的幅值。上述方案，能够保持熔滴尺寸大小基本一致和过渡频率比较均匀。

Description

熔化电极气体保护焊系统及其控制方法、控制器、介质

技术领域

本申请涉及焊接技术领域，特别是涉及一种熔化电极气体保护焊系统及其控制方法、控制器、介质。

背景技术

为了拓展熔化电极气体保护焊的应用范围，特别是减小热输入和焊接飞溅，提高焊接速度和焊接成型，通过高频往复送丝，利用熔滴和熔池之间的表面张力促使熔滴过渡的方案被提出来。这种方案属于熔滴短路过渡的应用范畴，拥有短路过渡的一些优点，包括低热输入，低飞溅，短弧长，高挺度等，但也不可避免拥有短路过渡的一些缺点，主要体现在燃弧时间不可控，在进入燃弧后，需要“等待”下一次短路的到来，这意味着燃弧能量和熔滴尺寸不完全可控，这就会造成熔滴过渡不确定因素增加，继而造成焊接稳定性下降。这种情况在用二氧化碳作为保护气体，或者较大送丝速度时，表现的更为明显，这些场合熔池需要得到较大能量以保持润湿性，而熔池能量只能通过在电弧熔化焊丝的同时获得，这使得焊丝在此时获得较大能量，并且持续时间不可控。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种熔化电极气体保护焊系统及其控制方法、控制器、介质，能够保持熔滴尺寸大小基本一致和过渡频率比较均匀，减小了大颗粒焊接飞溅发生概率，改善了焊缝成型，提升了焊接速度。

为了解决上述问题，本申请第一方面提供了一种熔化电极气体保护焊系统的控制方法，所述控制方法包括：获取电弧的电信号信息；所述电信号信息包括电压信号和电流信号；基于所述电弧的电信号信息，判断所述电弧所处的电弧状态，并根据所述电弧所处的电弧状态生成第一电流值，并向焊接电源输出对应的电流驱动信号；根据所述电弧所处的电弧状态切换送丝速度，当所述电弧处于短路状态时切换第一送丝速度，当所述电弧处于燃弧状态时，在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段切换第三送丝速度，并向送丝装置输出对应的送丝驱动信号；其中，所述第一送丝速度的送丝方向为远离熔池的方向，所述燃弧第一阶段早于所述燃弧第二阶段，所述第二送丝速度和所述第三送丝速度的送丝方向为靠近熔池的方向，所述第二送丝速度的幅值小于所述第三送丝速度的幅值。

其中，所述当所述电弧处于燃弧状态时，在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段切换第三送丝速度，包括：在所述电弧从短路状态进入燃弧状态时，进入所述燃弧第一阶段并切换所述第二送丝速度，同时启动燃弧时间计时器；当所述燃弧时间计时器的计时时间超过设定时间值后，进入所述燃弧第二阶段并切换所述第三送丝速度。

其中，所述向焊接电源输出对应的电流驱动信号，包括：调节所述电弧处于燃弧状态时的电流，生成第二电流值，以控制所述电弧的平均电压处于恒压状态；将所述第一电流值和所述第二电流值进行累加，得到目标电流值，并向焊接电源输出关于所述目标电流值的电流驱动信号。

其中，所述调节所述电弧处于燃弧状态时的电流，生成第二电流值，以控制所述电弧的平均电压处于恒压状态，包括：在所述电弧处于燃弧状态时，若所述电弧的弧长变短，则控制燃弧初始阶段以及燃弧拖尾阶段对应的所述第二电流值大于0，若所述电弧的弧长变长，则控制燃弧初始阶段以及燃弧拖尾阶段对应的所述第二电流值小于0。

为解决上述问题，本申请第二方面提供了一种控制器，应用于包括焊接电源和送丝装置的熔化电极气体保护焊系统，所述控制器包括：电信号采样模块，所述电信号采样模块与所述焊接电源连接，用于获取电弧的电信号信息；所述电信号信息包括电压信号和电流信号；电弧状态判断模块，所述电弧状态判断模块与所述电信号采样模块连接，用于基于所述电弧的电信号信息，判断所述电弧所处的电弧状态，并根据所述电弧所处的电弧状态生成第一电流值；电源驱动模块，所述电源驱动模块与所述电弧状态判断模块连接，用于基于所述第一电流值，生成并输出对应的电流驱动信号至所述焊接电源；送丝往复控制模块，所述送丝往复控制模块与所述电弧状态判断模块连接，用于根据所述电弧所处的电弧状态确定送丝方向；送丝速度控制模块，所述送丝速度控制模块与所述送丝往复控制模块连接，用于根据所述电弧所处的电弧状态和所述送丝方向切换送丝速度，当所述电弧处于短路状态时切换第一送丝速度，当所述电弧处于燃弧状态时，在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段切换第三送丝速度；其中，所述第一送丝速度的送丝方向为远离熔池的方向，所述燃弧第一阶段早于所述燃弧第二阶段，所述第二送丝速度和所述第三送丝速度的送丝方向为靠近熔池的方向，所述第二送丝速度的幅值小于所述第三送丝速度的幅值；送丝驱动模块，所述送丝驱动模块分别与所述送丝速度控制模块和所述送丝装置连接，用于基于所述送丝速度控制模块切换的送丝速度，生成并输出对应的送丝驱动信号至所述送丝装置。

其中，所述送丝速度控制模块执行当所述电弧处于燃弧状态时，在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段切换第三送丝速度的步骤，包括：在所述电弧从短路状态进入燃弧状态时，进入所述燃弧第一阶段并切换所述第二送丝速度，同时启动燃弧时间计时器；当所述燃弧时间计时器的计时时间超过设定时间值后，进入所述燃弧第二阶段并切换所述第三送丝速度。

其中，所述控制器还包括弧长控制模块，所述弧长控制模块与所述电信号采样模块连接，用于调节所述电弧处于燃弧状态时的电流，生成第二电流值，以控制所述电弧的平均电压处于恒压状态；所述电源驱动模块还与所述弧长控制模块连接，所述电源驱动模块执行基于所述第一电流值，生成并输出对应的电流驱动信号至所述焊接电源的步骤，包括：将所述第一电流值和所述第二电流值进行累加，得到目标电流值，并向焊接电源输出关于所述目标电流值的电流驱动信号。

其中，所述弧长控制模块执行调节所述电弧处于燃弧状态时的电流，生成第二电流值，以控制所述电弧的平均电压处于恒压状态的步骤，具体包括：在所述电弧处于燃弧状态时，若所述电弧的弧长变短，则控制燃弧初始阶段以及燃弧拖尾阶段对应的所述第二电流值大于0，若所述电弧的弧长变长，则控制燃弧初始阶段以及燃弧拖尾阶段对应的所述第二电流值小于0。

为解决上述问题，本申请第三方面提供了一种控制器，包括相互连接的处理器以及存储器；其中，所述存储器存储有程序指令，所述处理器从所述存储器调取所述程序指令以执行上述第一方面的熔化电极气体保护焊系统的控制方法。

为解决上述问题，本申请第四方面提供了一种熔化电极气体保护焊系统，所述熔化电极气体保护焊系统包括焊接电源、送丝装置和控制器，所述控制器分别与所述焊接电源和所述送丝装置连接，所述控制器为上述第二方面或第三方面的控制器。

为解决上述问题，本申请第五方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序指令，所述程序指令被处理器执行时实现上述第一方面的熔化电极气体保护焊系统的控制方法。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请的熔化电极气体保护焊系统的控制方法中，通过获取电弧的电信号信息，电信号信息包括电压信号和电流信号，于是可以基于电弧的电信号信息，判断电弧所处的电弧状态，并根据电弧所处的电弧状态生成第一电流值，向焊接电源输出对应的电流驱动信号；并且根据电弧所处的电弧状态切换送丝速度，具体地，当电弧处于短路状态时切换第一送丝速度，当电弧处于燃弧状态时，在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段切换第三送丝速度，其中，第一送丝速度的送丝方向为远离熔池的方向，燃弧第一阶段早于燃弧第二阶段，第二送丝速度和第三送丝速度的送丝方向为靠近熔池的方向，第二送丝速度的幅值小于第三送丝速度的幅值，并向送丝装置输出对应的送丝驱动信号。由于本申请可以基于电弧的电信号信息，判断电弧所处的电弧状态，并根据电弧所处的电弧状态生成第一电流值，即焊接电源具有短路、燃弧判断和电流波形控制功能，并且可以根据电弧所处的电弧状态切换送丝速度，当电弧处于短路状态时切换第一送丝速度，当电弧处于燃弧状态时，在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段切换第三送丝速度，第一送丝速度的送丝方向为远离熔池的方向，第二送丝速度和第三送丝速度的送丝方向为靠近熔池的方向，并向送丝装置输出对应的送丝驱动信号，因此，熔化电极气体保护焊系统可以通过焊接电源的电流波形控制，同时辅助焊丝在短路时候的回抽控制，共同促进焊接过程中熔滴过渡的稳定，并在很大范围内保持熔滴的一致性；另一方面，当电弧处于燃弧状态时，在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段切换第三送丝速度，其中，燃弧第一阶段早于燃弧第二阶段，第二送丝速度和第三送丝速度的送丝方向为靠近熔池的方向，第二送丝速度的幅值小于第三送丝速度的幅值，通过加入第三送丝速度，燃弧时间通过机械的方式得到有效控制，即使在燃弧能量较大、送丝速度较快、保护气体配比中二氧化碳占比较高时，熔滴的大体尺寸依然可以得到有效控制，这保证了熔滴的一致性，减小了大颗粒焊接飞溅发生概率，改善了焊缝成型，提升了焊接速度。

附图说明

图1是本申请熔化电极气体保护焊系统的控制方法一实施例的流程示意图；

图2是本申请熔化电极气体保护焊系统的控制方法另一实施例的流程示意图；

图3是本申请一应用场景中电压、电流和送丝速度的波形示意图；

图4是本申请一应用场景中熔滴过渡周期的过程显示示意图；

图5是本申请控制器一实施例的框架结构示意图；

图6是本申请控制器另一实施例的框架结构示意图；

图7是本申请熔化电极气体保护焊系统的框架结构示意图；

图8是本申请计算机可读存储介质一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本申请实施例的方案进行详细说明。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请。

本文中术语“系统”和“网络”在本文中常被可互换使用。本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。此外，本文中的“多”表示两个或者多于两个。

请参阅图1，图1是本申请熔化电极气体保护焊系统的控制方法一实施例的流程示意图。具体地，请结合图7，图7是本申请熔化电极气体保护焊系统的框架结构示意图，该熔化电极气体保护焊系统70包括：焊接电源700、焊丝701、电弧702、母材703、送气装置704以及送丝装置706，其中焊接电源700分别为焊丝701、电弧702以及母材703提供能量，用以熔化焊丝701、维持电弧702以及加热母材703。当需要焊接时，首先通过焊接电源700为各个装置提供电源，用户设置各焊接部件的各种参数，例如气体、焊丝材质、焊接电压和焊接电流等，然后用户按下焊枪705的开关，焊接电源700进入引弧阶段，电弧702熔化焊丝701和母材703形成的熔池及焊接区域在惰性气体或活性气体的保护下，可以有效地阻止周围环境空气的有害作用，再经过熔滴过渡的过程，完成焊接。熔滴过渡是指在电弧702的热作用下，焊丝701端部的熔化金属形成熔滴，受到各种力的作用从焊丝701端部脱离并过渡到熔池的全过程，它与焊接过程稳定性、焊缝成形、飞溅大小等有直接关系，并最终影响焊接质量和生产效率。

本申请实施例中的熔化电极气体保护焊系统70还包括控制器707，控制器707分别与焊接电源700和送丝装置706连接，本实施例中的熔化电极气体保护焊系统的控制方法的执行主体为控制器707，其控制方法包括以下步骤：

步骤S11：获取电弧的电信号信息；所述电信号信息包括电压信号和电流信号。

步骤S12：基于所述电弧的电信号信息，判断所述电弧所处的电弧状态，并根据所述电弧所处的电弧状态生成第一电流值，并向焊接电源输出对应的电流驱动信号。

具体地，请结合图4，图4是本申请一应用场景中熔滴过渡周期的过程显示示意图，熔滴过渡的形式为短路过渡，短路过渡具体是指当电流较小、电弧电压较低时，弧长较短，熔滴未长成大滴就与熔池接触形成液态金属短路，电弧702熄灭，随之金属熔滴在表面张力及电磁收缩力的作用下过渡到熔池中去，熔滴脱落之后电弧702重新引燃，如此交替进行的过渡方式。短路过渡是燃弧、熄弧交替进行的，短路过渡时，焊接平均电流较小。由于焊接时存在短路过程，故电源电压不能太高，则稳态时的燃弧电流较小，所以短路结束后的电流变化过程是燃弧能力的重要组成部分。也就是说，焊接电源700的动态特性对焊缝成形和熔深有重要的影响。动特性越慢，短路结束后电流过渡时间越长，所提供的燃弧能力越大，焊缝成形越好，熔深越大；但过慢的动特性又会使电流增长率过缓，而导致飞溅严重，甚至破坏电弧702的稳定性。因此，需要对焊接电源700进行适当和精准的控制，才能保证焊接工艺的要求，保证焊接过程的稳定性。

因此，本申请实施例中的熔化电极气体保护焊系统70中的焊接电源700需要具有电流波形控制功能，请结合图3，图3是本申请一应用场景中电压、电流和送丝速度的波形示意图，如图3所示，其示出的电流波形示意图的横坐标代表时间，纵坐标代表输出电流，采用电流波形控制模式控制焊接电源700时，需要区分熔滴过渡的各个阶段，并在不同阶段调整电流波形的形状，控制熔滴尺寸，达到更优的熔滴过渡效果和熔池加热效果，同时减少焊接飞溅，调整焊接熔深。这个过程需要通过检测电弧702的电压信号和电流信号，然后通过特定的硬件滤波和判断电路或者软件算法实现对焊接过程中电弧702所处的电弧状态，从而根据电弧状态实现短路、燃弧阶段的判断；于是，基于焊接电源700的电流波形控制功能，可以根据电弧702所处的短路、燃弧阶段生成对应的第一电流值。

步骤S13：根据所述电弧所处的电弧状态切换送丝速度，当所述电弧处于短路状态时切换第一送丝速度，当所述电弧处于燃弧状态时，在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段切换第三送丝速度，并向送丝装置输出对应的送丝驱动信号；其中，所述第一送丝速度的送丝方向为远离熔池的方向，所述燃弧第一阶段早于所述燃弧第二阶段，所述第二送丝速度和所述第三送丝速度的送丝方向为靠近熔池的方向，所述第二送丝速度的幅值小于所述第三送丝速度的幅值。

具体地，请结合图7，本申请实施例中的熔化电极气体保护焊系统70还包括送丝装置706，焊丝701被送丝装置706以一定的速度送进焊枪705的送丝管，供电弧702将其熔化，焊丝701的送进速度与焊丝701的熔化速度保持一致，才能保证焊接过程的稳定，因此，焊丝701的送进速度是影响焊接过程稳定的一个重要因素。请结合图3和图4，在熔滴过渡的不同阶段需要设定相应的送丝的方向和幅值，于是在步骤S12中判断出电弧702所处的电弧状态后，送丝装置706可以根据具体处于短路阶段或者燃弧阶段来切换设定好的送丝方向和幅值，当所述电弧处于短路状态时触发短路同步信号，切换第一送丝速度，当所述电弧处于燃弧状态时触发燃弧同步信号，在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段触发燃弧超时信号并切换第三送丝速度，并向送丝装置输出对应的送丝驱动信号。具体地，在短路期间，第一送丝速度的送丝方向通常设置为远离熔池的方向，以实现熔滴脱离熔池的操作，送丝速度幅值可以在短路的不同阶段设置为不同的值；而在燃弧期间，第二送丝速度和第三送丝速度的送丝方向通常设置为接近熔池的方向，送丝速度幅值可以在燃弧的不同阶段设置为不同的值，在燃弧第一阶段的第二送丝速度的幅值较小，在燃弧第二阶段的第三送丝速度的幅值较大，第三送丝速度应有能力在绝大多数情况下保证熔滴在2毫秒到3毫秒时间内接触到熔池，于是燃弧时间通过机械的方式得到有效控制，这保证了熔滴的一致性，减小了大颗粒焊接飞溅发生概率，改善了焊缝成型，提升了焊接速度。

上述方案，通过基于电弧702的电信号信息，判断电弧702所处的电弧状态，并根据电弧702所处的电弧状态生成第一电流值，即焊接电源700具有短路、燃弧判断和电流波形控制功能，并且可以根据电弧702所处的电弧状态切换送丝速度，当电弧702处于短路状态时切换第一送丝速度，当电弧702处于燃弧状态时，在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段切换第三送丝速度，第一送丝速度的送丝方向为远离熔池的方向，第二送丝速度和第三送丝速度的送丝方向为靠近熔池的方向，并向送丝装置706输出对应的送丝驱动信号，因此，熔化电极气体保护焊系统70可以通过焊接电源700的电流波形控制，同时辅助焊丝701在短路时候的回抽控制，共同促进焊接过程中熔滴过渡的稳定，并在很大范围内保持熔滴的一致性；另一方面，当电弧702处于燃弧状态时，在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段切换第三送丝速度，其中，燃弧第一阶段早于燃弧第二阶段，第二送丝速度和第三送丝速度的送丝方向为靠近熔池的方向，第二送丝速度的幅值小于第三送丝速度的幅值，通过加入第三送丝速度，燃弧时间通过机械的方式得到有效控制，即使在燃弧能量较大、送丝速度较快、保护气体配比中二氧化碳占比较高时，熔滴的大体尺寸依然可以得到有效控制，这保证了熔滴的一致性，减小了大颗粒焊接飞溅发生概率，改善了焊缝成型，提升了焊接速度。

进一步地，在一实施例中，上述步骤S13中的当所述电弧处于燃弧状态时，在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段切换第三送丝速度的步骤，包括：在所述电弧从短路状态进入燃弧状态时，进入所述燃弧第一阶段并切换所述第二送丝速度，同时启动燃弧时间计时器；当所述燃弧时间计时器的计时时间超过设定时间值后，进入所述燃弧第二阶段并切换所述第三送丝速度。

请结合图3，图3反映了本申请实施例中送丝速度的控制时序，本申请实施例的熔化电极气体保护焊系统的控制方法保留了普通高频回抽短路过渡方法中的前两部分，即短路时，采用方向远离熔池的第一送丝速度，进行回抽操作，利用熔滴和熔池之间的表面张力使熔池脱离；在燃弧初期，采用靠近熔池的第二送丝速度，在通过电弧702加热焊丝701和熔池的同时，准备进入下一次短路。与现有方案不同的是，在电弧702从短路状态进入燃弧状态时，就进入了处于燃弧初期的燃弧第一阶段，此时切换为第二送丝速度，同时启动燃弧时间计时器；当燃弧时间计时器的计时时间超过设定时间值后，表示进入了燃弧第二阶段，此时切换为第三送丝速度，第三送丝速度的送丝方向与第二送丝速度一样为靠近熔池的方向，只是幅值远大于燃弧初期的第二送丝速度，该第三送丝速度应有能力在绝大多数情况下保证熔滴在2毫秒到3毫秒时间内接触到熔池，于是燃弧时间通过机械的方式有效控制在燃弧第一阶段的设定时间值再加上2毫秒到3毫秒时间内，熔滴的大体尺寸可以得到有效控制，保证了熔滴的一致性，减小了大颗粒焊接飞溅发生概率，改善了焊缝成型，提升了焊接速度。

请参阅图2，图2是本申请熔化电极气体保护焊系统的控制方法另一实施例的流程示意图。本实施例中的熔化电极气体保护焊系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤S21：获取电弧的电信号信息；所述电信号信息包括电压信号和电流信号。

步骤S22：基于所述电弧的电信号信息，判断所述电弧所处的电弧状态，并根据所述电弧所处的电弧状态生成第一电流值。

步骤S23：调节所述电弧处于燃弧状态时的电流，生成第二电流值，以控制所述电弧的平均电压处于恒压状态。

具体地，可以通过特定弧长控制算法，在宏观周期上控制电弧702上的压降接近恒定，如图3所示，在本申请的熔滴过渡周期的各个阶段，实际的电压大小呈现出高频变化的特征，将每个时间点的电压控制为恒定电压不可能，但从宏观上看，长周期的平均电压恒定是可能的；通过将平均电压控制在恒压状态，使得电弧702可以根据自调节作用保持电弧稳定。

在一实施例中，上述步骤S23可以包括：在所述电弧处于燃弧状态时，若所述电弧的弧长变短，则控制燃弧初始阶段以及燃弧拖尾阶段对应的所述第二电流值大于0，若所述电弧的弧长变长，则控制燃弧初始阶段以及燃弧拖尾阶段对应的所述第二电流值小于0。具体地，如图3所示，当弧长变短时，燃弧初始电流以及燃弧拖尾电流会变大，相反，当弧长变长时，燃弧初始电流以及燃弧拖尾电流会变小；于是，通过对燃弧阶段的电流进行调节，调节量为第二电流值，使得电弧702稳定性增强，电弧702的抗干扰能力得到进一步提升。

步骤S24：将所述第一电流值和所述第二电流值进行累加，得到目标电流值，并向焊接电源输出关于所述目标电流值的电流驱动信号。

可以理解的是，将基于焊接电源700的电流波形控制功能，根据电弧702所处的短路、燃弧阶段所生成的第一电流值，与上述基于电弧702自调节作用而在电弧702处于燃弧状态生成的第二电流值进行累加，所得到的目标电流值可以作为焊接电源700的驱动电流，然后可以向焊接电源700输出关于目标电流值的电流驱动信号，以促使焊接电源700输出合适的电流值。

在一实施方式中，在熔化电极气体保护焊系统70中，焊接电源700的输出端串联斩波吸收模块708。熔化电极气体保护焊系统的控制方法还可以基于所述电弧的电信号信息，判断所述电弧处于熔滴缩颈阶段的时间，并在所述电弧处于熔滴缩颈阶段之前启动斩波吸收模块，以限制所述电弧处于熔滴缩颈阶段时对应的所述焊接电源的目标电流值至预设阈值，以避免熔滴缩颈过渡时的电爆炸。

步骤S25：根据所述电弧所处的电弧状态切换送丝速度，当所述电弧处于短路状态时切换第一送丝速度，当所述电弧处于燃弧状态时，在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段切换第三送丝速度，并向送丝装置输出对应的送丝驱动信号；其中，所述第一送丝速度的送丝方向为远离熔池的方向，所述燃弧第一阶段早于所述燃弧第二阶段，所述第二送丝速度和所述第三送丝速度的送丝方向为靠近熔池的方向，所述第二送丝速度的幅值小于所述第三送丝速度的幅值。

本实施例中的步骤S21、S22和S25与上述熔化电极气体保护焊系统的控制方法一实施例中的步骤S11至S13基本类似，此处不再赘述。

请参阅图5，图5是本申请控制器一实施例的框架结构示意图。本实施例中的控制器50应用于包括焊接电源和送丝装置的熔化电极气体保护焊系统。具体地，所述控制器50包括电信号采样模块500、电弧状态判断模块501、电源驱动模块503、送丝往复控制模块504、送丝速度控制模块509、送丝驱动模块505。所述电信号采样模块500与所述焊接电源连接，用于获取电弧的电信号信息；所述电信号信息包括电压信号和电流信号；所述电弧状态判断模块501与所述电信号采样模块500连接，用于基于所述电弧的电信号信息，判断所述电弧所处的电弧状态，并根据所述电弧所处的电弧状态生成第一电流值；所述电源驱动模块503与所述电弧状态判断模块501连接，用于基于所述第一电流值，生成并输出对应的电流驱动信号至所述焊接电源；所述送丝往复控制模块504与所述电弧状态判断模块501连接，用于根据所述电弧所处的电弧状态确定送丝方向；送丝速度控制模块509与所述送丝往复控制模块504连接，用于根据所述电弧所处的电弧状态和所述送丝方向切换送丝速度，当所述电弧处于短路状态时切换第一送丝速度，当所述电弧处于燃弧状态时，在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段切换第三送丝速度；其中，所述第一送丝速度的送丝方向为远离熔池的方向，所述燃弧第一阶段早于所述燃弧第二阶段，所述第二送丝速度和所述第三送丝速度的送丝方向为靠近熔池的方向，所述第二送丝速度的幅值小于所述第三送丝速度的幅值；所述送丝驱动模块505分别与所述送丝往复控制模块504和所述送丝装置连接，用于基于所述送丝速度控制模块509切换的送丝速度，生成并输出对应的送丝驱动信号至所述送丝装置。

在一实施例中，所述送丝速度控制模块509执行当所述电弧处于燃弧状态时，在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段切换第三送丝速度的步骤，包括：在所述电弧从短路状态进入燃弧状态时，进入所述燃弧第一阶段并切换所述第二送丝速度，同时启动燃弧时间计时器；当所述燃弧时间计时器的计时时间超过设定时间值后，进入所述燃弧第二阶段并切换所述第三送丝速度。

在一实施例中，所述控制器50还包括弧长控制模块502，所述弧长控制模块502与所述电信号采样模块500连接，用于调节所述电弧处于燃弧状态时的电流，生成第二电流值，以控制所述电弧的平均电压处于恒压状态；此时，所述电源驱动模块503还与所述弧长控制模块502连接，所述电源驱动模块503执行基于所述第一电流值，生成并输出对应的电流驱动信号至所述焊接电源的步骤，包括：将所述第一电流值和所述第二电流值进行累加，得到目标电流值，并向焊接电源输出关于所述目标电流值的电流驱动信号。

在一实施例中，所述弧长控制模块502执行调节所述电弧处于燃弧状态时的电流，生成第二电流值，以控制所述电弧的平均电压处于恒压状态的步骤，具体包括：在所述电弧处于燃弧状态时，若所述电弧的弧长变短，则控制燃弧初始阶段以及燃弧拖尾阶段对应的所述第二电流值大于0，若所述电弧的弧长变长，则控制燃弧初始阶段以及燃弧拖尾阶段对应的所述第二电流值小于0。

在一应用场景中，请结合图7，在熔化电极气体保护焊系统70中，焊接电源700的输出端串联斩波吸收模块708，为电弧702提供能量，焊接电源700与斩波吸收模块708的组合应有能力至少实现500安培电流输出，以适应大部分气体保护焊应用场合，同时也应有能力在100微秒以内将电流从当前值减小为设定值，以避免熔滴缩颈过渡时的电爆炸；焊接电源700与斩波吸收模块708的组合从宏观上看工作于恒压模式或准恒压模式，即该组合的输出平均电压接近恒定；该组合应可以根据电弧702所处的电弧状态，判断是否处于短路或者燃弧阶段，并调节在各个阶段的电流波形，以促进熔滴过渡；该组合应能够通过采样的电弧702的电信号信息预判熔滴过渡的熔滴缩颈阶段，以能够通过斩波吸收模块708实现熔滴缩颈控制。送丝装置706包括由焊丝储存组件7060、后级送丝组件7061、焊丝缓冲组件7062以及前级送丝组件7063组成的送丝回路，送丝装置706可以实现0.8米/分钟～18米/分钟范围内的稳定送丝，以适应绝大多数气体保护焊应用场合；送丝装置706能够实现50赫兹～200赫兹级别的焊丝回抽，以促进实现宽范围的熔滴短路过渡。另外，通过通用的送气装置704提供保护气体。前述的三个物理量在焊枪705处汇集，并通过焊枪705内部的导电嘴形成电弧702。

请结合图5和图7，控制器50可以包括数字信号处理器(DSP)，DSP通过电信号采样模块500，以50kHz以上速率采集电弧702的电信号信息，保证基本能还原电弧702的真实情况，并将模拟信号转换为数字信号。电弧702的电信号被采集入DSP后，通过采样滤波模块510中特定的数字滤波算法，将可能存在的干扰信号滤除，以得到能够真实的电弧信息。然后可以将滤波以后得到的电弧702的电信号信息，分别送入电弧状态判断模块501和弧长控制模块502。其中电弧状态判断模块501可以用来判断出的电弧702所处的电弧状态，并产生符合熔滴过渡要求的电流波形，具体操作是在短路和燃弧阶段采用不同的电流上升、下降斜率以及幅值，甚至在短路状态和燃弧状态内部再细分出不同的阶段，采取不同的电流上升、下降斜率以及幅值。这些电流变化斜率和幅值的作用是在熔滴过渡的各个阶段施加不同的电弧力和电弧能量，促进熔滴的生成和过渡。另外，电弧状态判断模块501所判断出的电弧702所处的电弧状态，可以为后面的送丝装置706提供送丝往复运动的判断依据。弧长控制模块502可以通过特定的弧长控制算法，在宏观周期上控制电弧702上的压降接近恒定。弧长控制模块502的调节量是燃弧阶段的电流，当弧长变短时，燃弧初始电流以及燃弧拖尾电流会变大，相反，当弧长变长时，燃弧初始电流以及燃弧拖尾电流会变小。将电弧状态判断模块501和弧长控制模块502的输出累加，得到目标电流值，目标电流值作为焊接电源700部分的驱动，由电源驱动模块503向焊接电源700输出关于所述目标电流值的电流驱动信号，促使电源输出合适的电流值。因此，可以通过上述电源驱动模块503，实现对焊接电源700和与焊接电源700的输出串联的斩波吸收模块708的控制。另外，电弧状态判断模块501的输出同时还可以连接到送丝往复控制模块504，送丝往复控制模块504用于根据所述电弧所处的电弧状态确定送丝方向；而送丝往复控制模块504与送丝速度控制模块509连接，送丝速度控制模块509可以根据所述电弧所处的电弧状态和所述送丝方向切换送丝速度，设定电弧702处于短路和燃弧期间时送丝的方向和幅值，并且根据电弧状态判断模块501的输出生成设定好的送丝方向和幅值，然后由送丝驱动模块505驱动送丝装置706进行送丝速度切换。具体地，在短路期间，送丝方向通常设置为远离熔池的方向，以实现熔滴脱离熔池的操作，送丝速度幅值可以在短路的不同阶段设置为不同的值；在燃弧期间，送丝方向通常设置为接近熔池的方向，送丝速度幅值可以在燃弧的不同阶段设置为不同的值。例如，送丝速度控制模块509关于送丝方向和幅值的具体设定可以包括：当所述电弧处于短路状态时切换第一送丝速度，当所述电弧处于燃弧状态时，在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段切换第三送丝速度；其中，所述第一送丝速度的送丝方向为远离熔池的方向，所述燃弧第一阶段早于所述燃弧第二阶段，所述第二送丝速度和所述第三送丝速度的送丝方向为靠近熔池的方向，所述第二送丝速度的幅值小于所述第三送丝速度的幅值。

进一步地，DSP还可以通过送丝速度采样模块508实时采集送丝速度，因为往复送丝的频率需要达到50Hz至200Hz左右，该采样速率往往需要达到50kHz以上才能不丢失实时送丝速度信息。在送丝速度采样模块508采集到送丝速度后，可以将送丝速度采集值作为输入，提供给送丝速度控制模块509。将送丝速度控制模块509的输出量作为送丝装置706的电机驱动的给定，由送丝驱动模块505向送丝装置706输出对应的送丝驱动信号，促使送丝速度呈现往复运动模式。

结合图3所示，在本申请的方案下，送丝装置706的送丝速度根据电弧702所处的电弧状态进行调整；焊接电源700与斩波吸收模块708的组合输出的实际电流也不断调整，以达到稳定的平均电压。通过焊接电源700的电流波形控制和熔滴缩颈控制，同时辅助焊丝701在短路时候的回抽控制，共同促进熔滴过渡的稳定，并在很大范围内保持熔滴的一致性，这种方法极大的避免了单纯依靠焊丝往复运动或者电流波形控制的问题。并且，当电弧702进入燃弧状态时触发燃弧同步信号，送丝装置706在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段触发燃弧超时信号，切换第三送丝速度，其中，燃弧第一阶段早于燃弧第二阶段，第二送丝速度和第三送丝速度的送丝方向为靠近熔池的方向，第二送丝速度的幅值小于第三送丝速度的幅值，通过加入第三送丝速度，燃弧时间通过机械的方式得到有效控制，即使在燃弧能量较大、送丝速度较快、保护气体配比中二氧化碳占比较高时，熔滴的大体尺寸依然可以得到有效控制，这保证了熔滴的一致性，减小了大颗粒焊接飞溅发生概率，改善了焊缝成型，提升了焊接速度。另一方面，因为设置有恒压或准恒压控制，使得电弧702的抗干扰能力得到进一步提升，这也间接提升了本申请方案的使用范围，使得焊接的热输入进一步降低，从而可以焊接更薄的金属；并且可以得到较为均一的热输入，电流电压值在整个焊接过程中都较为恒定，避免了很多不可知因素对热输入的影响，简化了调试者的工作。

请参阅图6，图6是本申请控制器另一实施例的框架结构示意图。本实施例中的控制器60包括相互连接的处理器601以及存储器602；其中，所述存储器602存储有程序指令，所述处理器601从所述存储器602调取所述程序指令以执行上述任一熔化电极气体保护焊系统的控制方法实施例的步骤。

具体而言，处理器601用于控制其自身以及存储器602以实现上述任一熔化电极气体保护焊系统的控制方法实施例的步骤。处理器601还可以称为CPU(Central ProcessingUnit，中央处理单元)。处理器601可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器601还可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。另外，处理器601可以由集成电路芯片共同实现。

关于本申请处理器601实现熔化电极气体保护焊系统的控制方法的具体内容请参阅上述熔化电极气体保护焊系统的控制方法实施例中的内容，此处不再赘述。

请参阅图7，图7是本申请熔化电极气体保护焊系统的框架结构示意图。本实施例中的熔化电极气体保护焊系统70包括焊接电源700、送丝装置706和控制器707，所述控制器707分别与所述焊接电源700和所述送丝装置706连接，所述控制器707为上述任意实施例中的控制器50或控制器60。

请参阅图8，图8是本申请计算机可读存储介质一实施例的结构示意图。本申请计算机可读存储介质80，其上存储有程序指令800，程序指令800被处理器执行时实现上述任一熔化电极气体保护焊系统的控制方法实施例中的步骤。

该计算机可读存储介质80具体可以为U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等可以存储程序指令800的介质，或者也可以为存储有该程序指令800的服务器，该服务器可将存储的程序指令800发送给其他设备运行，或者也可以自运行该存储的程序指令800。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、设备和装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备和装置实施方式仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (11)

1.一种熔化电极气体保护焊系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

获取电弧的电信号信息；所述电信号信息包括电压信号和电流信号；

基于所述电弧的电信号信息，判断所述电弧所处的电弧状态，并根据所述电弧所处的电弧状态生成第一电流值，并向焊接电源输出对应的电流驱动信号；

根据所述电弧所处的电弧状态切换送丝速度，当所述电弧处于短路状态时切换第一送丝速度，当所述电弧处于燃弧状态时，在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段切换第三送丝速度，并向送丝装置输出对应的送丝驱动信号；其中，所述第一送丝速度的送丝方向为远离熔池的方向，所述燃弧第一阶段早于所述燃弧第二阶段，所述第二送丝速度和所述第三送丝速度的送丝方向为靠近熔池的方向，所述第二送丝速度的幅值小于所述第三送丝速度的幅值。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述当所述电弧处于燃弧状态时，在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段切换第三送丝速度，包括：

在所述电弧从短路状态进入燃弧状态时，进入所述燃弧第一阶段并切换所述第二送丝速度，同时启动燃弧时间计时器；

当所述燃弧时间计时器的计时时间超过设定时间值后，进入所述燃弧第二阶段并切换所述第三送丝速度。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述向焊接电源输出对应的电流驱动信号，包括：

调节所述电弧处于燃弧状态时的电流，生成第二电流值，以控制所述电弧的平均电压处于恒压状态；

将所述第一电流值和所述第二电流值进行累加，得到目标电流值，并向焊接电源输出关于所述目标电流值的电流驱动信号。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述调节所述电弧处于燃弧状态时的电流，生成第二电流值，以控制所述电弧的平均电压处于恒压状态，包括：

在所述电弧处于燃弧状态时，若所述电弧的弧长变短，则控制燃弧初始阶段以及燃弧拖尾阶段对应的所述第二电流值大于0，若所述电弧的弧长变长，则控制燃弧初始阶段以及燃弧拖尾阶段对应的所述第二电流值小于0。

5.一种控制器，其特征在于，应用于包括焊接电源和送丝装置的熔化电极气体保护焊系统，所述控制器包括：

电信号采样模块，所述电信号采样模块与所述焊接电源连接，用于获取电弧的电信号信息；所述电信号信息包括电压信号和电流信号；

电弧状态判断模块，所述电弧状态判断模块与所述电信号采样模块连接，用于基于所述电弧的电信号信息，判断所述电弧所处的电弧状态，并根据所述电弧所处的电弧状态生成第一电流值；

电源驱动模块，所述电源驱动模块与所述电弧状态判断模块连接，用于基于所述第一电流值，生成并输出对应的电流驱动信号至所述焊接电源；

送丝往复控制模块，所述送丝往复控制模块与所述电弧状态判断模块连接，用于根据所述电弧所处的电弧状态确定送丝方向；

送丝速度控制模块，所述送丝速度控制模块与所述送丝往复控制模块连接，用于根据所述电弧所处的电弧状态和所述送丝方向切换送丝速度，当所述电弧处于短路状态时切换第一送丝速度，当所述电弧处于燃弧状态时，在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段切换第三送丝速度；其中，所述第一送丝速度的送丝方向为远离熔池的方向，所述燃弧第一阶段早于所述燃弧第二阶段，所述第二送丝速度和所述第三送丝速度的送丝方向为靠近熔池的方向，所述第二送丝速度的幅值小于所述第三送丝速度的幅值；

送丝驱动模块，所述送丝驱动模块分别与所述送丝速度控制模块和所述送丝装置连接，用于基于所述送丝速度控制模块切换的送丝速度，生成并输出对应的送丝驱动信号至所述送丝装置。

6.根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述送丝速度控制模块执行当所述电弧处于燃弧状态时，在燃弧第一阶段切换第二送丝速度，在燃弧第二阶段切换第三送丝速度的步骤，包括：

在所述电弧从短路状态进入燃弧状态时，进入所述燃弧第一阶段并切换所述第二送丝速度，同时启动燃弧时间计时器；

当所述燃弧时间计时器的计时时间超过设定时间值后，进入所述燃弧第二阶段并切换所述第三送丝速度。

7.根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述控制器还包括弧长控制模块，所述弧长控制模块与所述电信号采样模块连接，用于调节所述电弧处于燃弧状态时的电流，生成第二电流值，以控制所述电弧的平均电压处于恒压状态；

所述电源驱动模块还与所述弧长控制模块连接，所述电源驱动模块执行基于所述第一电流值，生成并输出对应的电流驱动信号至所述焊接电源的步骤，包括：将所述第一电流值和所述第二电流值进行累加，得到目标电流值，并向焊接电源输出关于所述目标电流值的电流驱动信号。

8.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，所述弧长控制模块执行调节所述电弧处于燃弧状态时的电流，生成第二电流值，以控制所述电弧的平均电压处于恒压状态的步骤，具体包括：在所述电弧处于燃弧状态时，若所述电弧的弧长变短，则控制燃弧初始阶段以及燃弧拖尾阶段对应的所述第二电流值大于0，若所述电弧的弧长变长，则控制燃弧初始阶段以及燃弧拖尾阶段对应的所述第二电流值小于0。

9.一种控制器，其特征在于，包括相互连接的处理器以及存储器；其中，所述存储器存储有程序指令，所述处理器从所述存储器调取所述程序指令以执行如权利要求1-4任一项所述的熔化电极气体保护焊系统的控制方法。

10.一种熔化电极气体保护焊系统，其特征在于，所述熔化电极气体保护焊系统包括焊接电源、送丝装置和控制器，所述控制器分别与所述焊接电源和所述送丝装置连接，所述控制器为权利要求5-8或权利要求9任一项所述的控制器。

11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有程序指令，所述程序指令被处理器执行时实现如权利要求1-4任一项所述的熔化电极气体保护焊系统的控制方法。

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