CN116038074B - 交流氩弧焊控制方法和控制设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种交流氩弧焊控制方法和控制设备。所述方法包括：输出正向焊接电流并持续第一时间；输出正向向反向切换前正向维持电流并持续第二时间；输出正向向反向切换后反向维持电流并持续第三时间；输出反向清理电流并持续第四时间；输出反向向正向切换前反向维持电流并持续第五时间；输出反向向正向切换后正向维持电流并持续第六时间。通过在一个交流换向周期中，分别输出不同大小和极性的电流，使输出的交流信号的波形不是简单的极性变化，而是在一个交流换向周期中具有阶梯式的波形变化。通过此种设置，在进行引弧控制时，可以提升引弧性能，且可以提高换向电弧的稳定性。

Description

交流氩弧焊控制方法和控制设备

技术领域

本申请涉及交流氩弧焊焊接技术领域，特别是涉及一种交流氩弧焊控制方法和控制设备。

背景技术

交流氩弧焊在有色金属焊接方面得到了广泛的应用。交流氩弧焊的焊接电流是周期性变化极性的，在反接期间有清理作用，可清理工件表面的氧化物，保证焊接良好成型。在正接期间输出焊接电流，保证焊接能量输入。交流氩弧焊包含提前送气、引弧、起始电流、电流上升、焊接电流、电流下降、收弧电流、延迟送气等焊接进程。焊接进程之间的切换主要由焊枪操作和通过焊接电流的有无来决定。

交流氩弧焊输出的交流电流贯穿了除提前送气和延迟送气之外的所有进程，这些进程之间的给定电流的大小不同，但波形控制模式是相同的。相关技术中的波形控制模式中，仅简单的控制电流的极性变化，导致引弧性能和交流换向电弧的稳定性不佳。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提升引弧性能和交流换向电弧稳定性的交流氩弧焊控制方法和控制设备。

第一方面，本申请提供了一种交流氩弧焊控制方法。所述方法包括：输出正向焊接电流并持续第一时间；输出正向向反向切换前正向维持电流并持续第二时间；输出正向向反向切换后反向维持电流并持续第三时间；输出反向清理电流并持续第四时间；输出反向向正向切换前反向维持电流并持续第五时间；输出反向向正向切换后正向维持电流并持续第六时间；其中，所述正向焊接电流、所述正向向反向切换前正向维持电流和所述反向向正向切换后正向维持电流为依次减小的正向电流；所述反向清理电流、所述正向向反向切换后反向维持电流和所述反向向正向切换前反向维持电流为依次增大的反向电流；所述第一时间、所述第二时间、所述第三时间、所述第四时间、所述第五时间和所述第六时间的和为交流换向周期。

在其中一个实施例中，所述反向清理电流为所述正向焊接电流与交流清理幅度的乘积。

在其中一个实施例中，所述交流清理幅度的取值范围为60％至140％。

在其中一个实施例中，所述交流换向周期为交流换向频率的倒数，所述交流换向频率的取值范围为0.2赫兹至200赫兹。

在其中一个实施例中，所述第三时间、所述第四时间和所述第五时间的和为反向清理时间，所述反向清理时间为所述交流换向周期与交流清理宽度的乘积。

在其中一个实施例中，所述交流清理宽度的取值范围为10％至70％。

在其中一个实施例中，所述第二时间、所述第三时间、所述第五时间和所述第六时间的取值范围均为25微秒至100微秒。

第二方面，本申请还提供了一种交流氩弧焊控制设备，用于执行上述第一方面实施例所述的交流氩弧焊控制方法。

在其中一个实施例中，所述交流氩弧焊控制设备包括：焊接主电路，所述焊接主电路用于将输入的交流电转换为焊接输出；驱动电路，所述驱动电路连接所述焊接主电路，所述驱动电路用于驱动控制所述焊接主电路；焊接电压检测电路，所述焊接电压检测电路用于检测所述焊接输出的焊接电压；焊接电流检测电路，所述焊接电流检测电路用于检测所述焊接输出的焊接电流；处理器，所述处理器分别连接所述驱动电路、焊接电压检测电路和焊接电流检测电路，所述处理器用于根据所述焊接电压和所述焊接电流生成驱动信号，所述驱动信号用于控制所述驱动电路驱动控制所述焊接主电路。

在其中一个实施例中，所述交流氩弧焊控制设备还包括：人机交互模块，所述人机交互模块连接所述处理器，所述人机交互模块用于进行焊接参数设定并进行实时参数显示。

上述交流氩弧焊控制方法和控制设备，通过在一个交流换向周期中，分别输出正向焊接电流、正向向反向切换前正向维持电流、正向向反向切换后反向维持电流、反向清理电流、反向向正向切换前反向维持电流和反向向正向切换后正向维持电流，使输出的交流信号的波形不是简单的极性变化，而是在一个交流换向周期中具有阶梯式的波形变化。通过此种设置，在进行引弧控制时，可以提升引弧性能，且可以提高换向电弧的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为一个实施例中交流氩弧焊控制方法的流程示意图；

图2为一个实施例中交流氩弧焊交流换向波形图；

图3为一个实施例中交流氩弧焊控制设备的模块示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种交流氩弧焊控制方法，包括以下步骤：

步骤S110，输出正向焊接电流并持续第一时间。具体的，正向焊接电流为在正接期间输出的焊接电流，以保证焊接能量的输出。可以理解的是，正向焊接电流根据焊机进程的切换，依次为起始电流、电流上升阶段电流(上升时间内起始电流向焊接电流变化的电流)、焊接电流、电流下降阶段电流(下降时间内焊接电流向收弧电流变化的电流)、收弧电流等，这些电流均可根据实际焊接要求来进行设置和改变，以满足不同的焊接要求。

步骤S120，输出正向向反向切换前正向维持电流并持续第二时间。具体的，正向向反向切换前正向维持电流为在一个交流周期中，正向焊接电流向反向清理电流切换前的正向维持电流，其电流大小小于正向维持电流。

步骤S130，输出正向向反向切换后反向维持电流并持续第三时间。具体的，正向向反向切换后反向维持电流为在一个交流周期中，正向焊接电流向反向清理电流切换后的反向维持电流，其电流大小大于反向清理电流。

步骤S140，输出反向清理电流并持续第四时间。具体的，反向清理电流在反接期间有清理作用，可清理工件表面的氧化物，保证焊接良好成型，其大小可以根据实际焊接需求进行设置。

步骤S150，输出反向向正向切换前反向维持电流并持续第五时间。具体的，反向向正向切换前反向维持电流为在一个交流周期中，反向清理电流向正向焊接电流切换前的反向维持电流，其电流大小大于正向向反向切换后反向维持电流。

步骤S160，输出反向向正向切换后正向维持电流并持续第六时间。具体的，反向向正向切换后正向维持电流为在一个交流周期中，反向清理电流向正向焊接电流切换后的正向维持电流，其电流大小小于正向向反向切换前正向维持电流。

具体的，正向焊接电流、正向向反向切换前正向维持电流和反向向正向切换后正向维持电流为依次减小的正向电流；反向清理电流、正向向反向切换后反向维持电流和反向向正向切换前反向维持电流为依次增大的反向电流；第一时间、第二时间、第三时间、第四时间、第五时间和第六时间的和为交流换向周期。

具体示例，如图2所示，为一个实施例中交流氩弧焊交流换向波形图。其中，正向焊接电流的大小为I1，正向向反向切换前正向维持电流的大小为I2，正向向反向切换后反向维持电流的大小为I5，反向清理电流的大小为I6，反向向正向切换前反向维持电流的大小为I4，反向向正向切换后正向维持电流的大小为I3，与之对应的电流持续时间分别为：第一时间t1、第二时间t2、第三时间t3、第四时间t4、第五时间t5和第六时间为t6，整个交流换向周期即为T，且I1＞I2＞I3，I6＜I5＜I4，T＝t1+t2+t3+t4+t5+t6。

在交流换向波形实现的过程中，可以采用单片机的一个定时器TIM1的定时中断，来实现以上波形的各个阶段的不同电流输出、各个阶段的时间定时控制、二次逆变电流的输出方向控制等功能。具体示例，当引弧成功后，交流氩弧焊机控制二次逆变正向输出，输出电流I1，同时启动t1倒计时，当t1倒计时时间为0时，进入t2时间段；交流氩弧焊机控制二次逆变正向输出，输出电流I2，同时启动t2倒计时，当t2倒计时时间为0时，进入t3时间段；交流氩弧焊机控制二次逆变反向输出，输出电流I5，同时启动t3倒计时，当t3倒计时时间为0时，进入t4时间段；交流氩弧焊机控制二次逆变反向输出，输出电流I6，同时启动t4倒计时，当t4倒计时时间为0时，进入t5时间段；交流氩弧焊机控制二次逆变反向输出，输出电流I4，同时启动t5倒计时，当t5倒计时时间为0时，进入t6时间段；交流氩弧焊机控制二次逆变正向输出，输出电流I3，同时启动t6倒计时，当t6倒计时时间为0时，进入t1时间段，从而完成周期性的交流换向波形的输出。可以理解的是，用户可以根据焊接材料和焊接规格等因素，合理设置I1、I2、I3、I4、I5和I6各电流参数，t1、t2、t3、t4、t5、t6和T各时间参数，配合交流换向波形实现的算法，能很好地完成各种情况下交流氩弧焊接的需求，且换向电弧稳定、噪声小，并可以提升引弧性能。在一些其他实施例中，还能将多种特定焊接参数的配置进行存储，并根据情况调用，以节省用户的调试时间。

在一个实施例中，反向清理电流为正向焊接电流与交流清理幅度的乘积。具体的，反向清理电流I6与正向焊接电流I1之间的大小关系为：I6＝I1*D1，其中，D1即为交流清理幅度。

在一个实施例中，交流清理幅度的取值范围为60％至140％。具体的，交流清理幅度D1的值太小，会影响清理效果；D1的值太大，会使电极发热，影响电弧电极的寿命，同时影响焊接效率。

在一个实施例中，交流换向周期为交流换向频率的倒数，交流换向频率的取值范围为0.2赫兹至200赫兹。具体的，交流换向周期T＝1/f，f即为交流换向频率，用户可以通过人机交互界面进行设置，且交流换向频率f的设置范围为0.2赫兹至200赫兹。

在一个实施例中，第三时间、第四时间和第五时间的和为反向清理时间，反向清理时间为交流换向周期与交流清理宽度的乘积。具体的，反向清理时间为交流氩弧焊机控制二次逆变反向输出时的时间，反向清理时间T_反＝T*D2，其中，D2即为交流清理宽度。

在一个实施例中，交流清理宽度的取值范围为10％至70％。具体的，交流清理宽度D2的值太小，会影响清理效果；D2的值太大，会使电极发热，影响电弧电极的寿命，同时影响焊接效率。

在一个实施例中，第二时间、第三时间、第五时间和第六时间的取值范围均为25微秒至100微秒。具体的，第二时间t2输出的电流为正向向反向切换前正向维持电流I2，第三时间t3输出的电流为正向向反向切换后反向维持电流I5，第五时间t5输出的电流为反向向正向切换前反向维持电流I4，第六时间t6输出的电流为反向向正向切换后正向维持电流I3，其持续时间均可通过人机交互界面进行设定，且设定范围均为25微秒至100微秒。t2、t3、t5和t6的持续时间设置太小，会使交流换向时电弧不稳定；设置太大，会使换向时间增大，从而影响焊接效果。

在一个实施例中，本申请还提出一种交流氩弧焊控制设备，用于执行上述实施例中的交流氩弧焊控制方法。具体的，上述交流氩弧焊控制设备，通过在一个交流换向周期中，分别输出正向焊接电流、正向向反向切换前正向维持电流、正向向反向切换后反向维持电流、反向清理电流、反向向正向切换前反向维持电流和反向向正向切换后正向维持电流，使输出的交流信号的波形不是简单的极性变化，而是在一个交流换向周期中具有阶梯式的波形变化。通过此种设置，在进行引弧控制时，可以提升引弧性能，且可以提高换向电弧的稳定性。

在一个实施例中，如图3所示，交流氩弧焊控制设备包括：焊接主电路、驱动电路、焊接电压检测电路、焊接电流检测电路和处理器，其中：焊接主电路用于将输入的交流电转换为焊接输出；驱动电路连接焊接主电路，驱动电路用于驱动控制焊接主电路；焊接电压检测电路用于检测焊接输出的焊接电压；焊接电流检测电路用于检测焊接输出的焊接电流；处理器分别连接驱动电路、焊接电压检测电路和焊接电流检测电路，处理器用于根据焊接电压和焊接电流生成驱动信号，驱动信号用于控制驱动电路驱动控制焊接主电路。

具体的，焊接主电路的输入电源可以为220V或380V的交流电，焊接主电路中包括一次整流滤波电路、一次逆变电路、二次整流滤波电路、二次逆变电路等模块，用于将交流电进行整流滤波后转换为焊接输出。焊接输出为输出合适的焊接电压和焊接电流，并施加在焊把和焊条上。焊接电压检测电路用于将输出的焊接电压进行隔离和调理，并生成处理器可以采集的电压信号，以供处理器进行ADC检测。焊接电流检测电路用于将输出的焊接电流进行隔离和调理，并生成处理器可以采集的电压信号，以供处理器进行ADC检测。处理器可以为单片机，通过内置的焊接参数，实时检测输出的焊接电压和焊接电流，并且根据具体的工艺需求，采用对应的算法，生成脉冲的驱动信号，控制焊接主电路输出合适的焊接电压和焊接电流，以供交流氩弧焊焊接使用。

在一个实施例中，如图3所示，交流氩弧焊控制设备还包括：人机交互模块，人机交互模块连接处理器，人机交互模块用于进行焊接参数设定并进行实时参数显示。人机交互模块包括触摸屏和显示屏等，用户可以通过触摸屏实时进行焊接参数的设定，且通过显示屏对焊接参数的显示，便于用户控制选择交流氩弧焊时的焊接参数。在一些其他实施例中，也可以不单独设置人机交互模块，在出厂时即可设置好相应的焊接参数，以供用户后续的焊接使用。可以理解的是，交流氩弧焊控制设备还包括了焊枪开关，通过焊枪开关输出的触发信号，可以控制引弧电路开始工作。

上述交流氩弧焊控制设备中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种交流氩弧焊控制方法，其特征在于，所述方法包括：

输出正向焊接电流并持续第一时间；

输出正向向反向切换前正向维持电流并持续第二时间；

输出正向向反向切换后反向维持电流并持续第三时间；

输出反向清理电流并持续第四时间；

输出反向向正向切换前反向维持电流并持续第五时间；

输出反向向正向切换后正向维持电流并持续第六时间；

其中，所述正向焊接电流、所述正向向反向切换前正向维持电流和所述反向向正向切换后正向维持电流为依次减小的正向电流；所述反向清理电流、所述正向向反向切换后反向维持电流和所述反向向正向切换前反向维持电流为依次增大的反向电流；所述第一时间、所述第二时间、所述第三时间、所述第四时间、所述第五时间和所述第六时间的和为交流换向周期，所述第二时间、所述第三时间、所述第五时间和所述第六时间的取值范围均为25微秒至100微秒。

2.根据权利要求1所述的交流氩弧焊控制方法，其特征在于，所述反向清理电流为所述正向焊接电流与交流清理幅度的乘积。

3.根据权利要求2所述的交流氩弧焊控制方法，其特征在于，所述交流清理幅度的取值范围为60%至140%。

4.根据权利要求1所述的交流氩弧焊控制方法，其特征在于，所述交流换向周期为交流换向频率的倒数，所述交流换向频率的取值范围为0.2赫兹至200赫兹。

5.根据权利要求1所述的交流氩弧焊控制方法，其特征在于，所述第三时间、所述第四时间和所述第五时间的和为反向清理时间，所述反向清理时间为所述交流换向周期与交流清理宽度的乘积。

6.根据权利要求5所述的交流氩弧焊控制方法，其特征在于，所述交流清理宽度的取值范围为10%至70%。

7.一种交流氩弧焊控制设备，其特征在于，用于执行权利要求1至6任一项所述的交流氩弧焊控制方法，所述控制设备包括：

焊接主电路，所述焊接主电路用于将输入的交流电转换为焊接输出；

驱动电路，所述驱动电路连接所述焊接主电路，所述驱动电路用于驱动控制所述焊接主电路；

焊接电压检测电路，所述焊接电压检测电路用于检测所述焊接输出的焊接电压；

焊接电流检测电路，所述焊接电流检测电路用于检测所述焊接输出的焊接电流；

处理器，所述处理器分别连接所述驱动电路、焊接电压检测电路和焊接电流检测电路，所述处理器用于根据所述焊接电压和所述焊接电流生成驱动信号，所述驱动信号用于控制所述驱动电路驱动控制所述焊接主电路。

8.根据权利要求7所述的交流氩弧焊控制设备，其特征在于，所述控制设备还包括：人机交互模块，所述人机交互模块连接所述处理器，所述人机交互模块用于进行焊接参数设定并进行实时参数显示。