CN117226224B - 一种焊接保护气流量实时智能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊接保护气流量实时智能控制方法，首先进行焊接状态判断，在熄弧状态下，基于实际管道压力和比例阀开合度判断管道内是否通气，并进行相应控制，避免后续焊接事故；在起弧状态下，通过计算所需增幅流量，并由相应执行单元进行控制，使保护气流量变化趋势匹配焊接电流变化趋势；此外，本发明还实时采集实际气体流速与目标气体流速的差值，基于差值进行校准；本发明提供的保护气流流量实时智能控制方法不仅可以智能控制保护气流量，达到有效节省保护气用量的效果，同时给出了未通气情况下执行单元的控制方法，避免后续焊接质量问题。

Description

一种焊接保护气流量实时智能控制方法

技术领域

本发明属于智慧焊接技术领域，特别涉及一种焊接保护气流量实时智能控制方法。

背景技术

工业焊接过程中，需要利用气体对焊缝进行实时保护。电弧焊接过程中如果不采用保护气实时保护焊缝，大气中的氧气及其他气体会侵入电弧和熔池，与高温熔化的金属发生反反应，从而引起焊接缺陷，影响产品的适应性能。焊接保护气主要功能是保护待焊金属免受其他气体和杂质的污染，保障焊接产品的质量；另一方面焊接保护气的性能对焊接速度、焊缝熔深、成形、焊接烟尘、电弧稳定性等产生相应影响。

对于焊接管道供气，由于其集中供气和大规模供气的特性，使得对保护气的精准控制成为了可能，针对具体焊接工艺，通过对保护气的实时智能控制，可以实现保护气用量“该大的时候大，该小的时候小”。相比于传统线性的大流量供气，可以有效节省保护气成本，当保护气单价较高时具有很高的经济价值。

发明内容

发明目的：针对上述背景技术中提供的研究方向，本发明提供了一种焊接保护气流量实时智能控制方法，基于焊接电流进行实时分析，在熄弧过程中进行管道供气判断，防止管道内不合理的气体流量影响焊接质量。在起弧时通过执行单元控制比例阀实时匹配气体流量，使气体流量变化趋势实时匹配焊接电流大小，在保证焊接质量的情况下使得气体流量合理增大或减小，此外还提供了详细的校准方法。

技术方案：一种焊接保护气流量实时智能控制方法，包括以下步骤：

步骤S1、设置基础流量basic_flow、增幅流量increase_speed、焊接电流上限max_current和焊接电流下限min_current；

步骤S2、电流传感器实时接收焊接电流数据，进行焊接状态判断；当处于熄弧状态时，进一步基于实际管道压力和比例阀开合度判断管道内是否通气；若管道内未通气，则不进行操作；若管道内通气，则通过控制比例阀开合度使管道内气体流量快速升至基础流量basic_flow；

步骤S3、当进入焊接起弧状态时，以滑动窗current_list不断接收焊接电流点，并计算current_list中相邻两个电流点的差值Δcurrent；当Δcurrent=0时，不进行任何操作，当Δcurrent不为0时，计算所需增幅流量Δspeed如下：

；

步骤S4、获取所需增幅流量Δspeed后，MCU对比例阀进行控制，实时控制比例阀开合度；同时实时采集测量气路中实际气体流速actual_speed。当actual_speed与目标流速差值小于0.5L/min时，控制流程结束；当差值大于等于0.5L/min时，根据差值进行校准。

进一步地，所述步骤S2中当连续n个电流点均低于预设阈值th1时，判断处于熄弧状态；当处于熄弧状态时，判断管道是否处于通气状态，具体方法包括：

步骤S2.1、设定若干管道压力档位，手动调节控制比例阀开合度的恒流控制信号，直至阀门关闭，对应获得不同管道压力情况下使阀门关闭的恒流控制信号；

步骤S2.2、当处于熄弧状态时，实时读取此时管道压力；

当管道内流速小于预设阈值V1时，判断管道处于非通气状态。根据管道压力及对应使阀门关闭的恒流控制信号，进行以下控制：

（a）若前端焊接管道未通气导致管道内流速小于V1，则不进行处理，此时恒流控制信号为上次焊接时记录的记忆信号；比例阀直接根据该记忆信号调节至对应开合度；

（b）当前端焊接管道通气，但管道内流速仍小于V1，此时代表比例阀开合度过小，增大控制信号，打开比例阀，避免后续焊接事故；

重复步骤S2.1-步骤S2.2若干次。

进一步地，所述步骤S3中当前n-1个电流点均低于th1，第n个电流点大于等于th1时，认为从第n个点开始进入焊接起弧状态。

进一步地，步骤S4中基于差值进行校准的具体方法包括：

步骤S4.1、连续采集m个气流及对应电流数据，分别算相邻气流数据点的一阶差分值和相邻电流数据点的一阶差分值；

步骤S4.2、当气流数据点的一阶差分值与对应电流数据点的一阶差分值之差小于预设阈值th2，且气流变化满足增幅流量时，代表气流变化趋势与电流变化趋势相同，无需校准；

当气流数据点的一阶差分值与对应电流数据点的一阶差分值之差大于等于预设阈值th2时，代表趋势不一致，此时需要进行气流调节；具体地，由MCU计算当前流速与目标流速的差值，获得当前压力状态下对应比例阀开合度的恒流控制信号。

进一步地，当气流变化趋势与电流一致时，若实际气体流速与目标气体流速差值不超过1L/min，则进行误差累积，当误差连续3次超过1L/min时，则针对累积的误差进行一次性补偿。

一种采用上述焊接保护气流量实时智能控制方法的控制装置，包括压力传感器采集电路板、差压流量计主控电路板、测量气路和比例阀；

将测量气路部署于焊接保护气管道内部，测量气路内部采用差压式流量计进行管道流量测量，并且与比例阀连接；压力传感器采集板采集测量气路内部差压流量计的压差数据并传输至差压流量计主控电路板；电路板内部包括依次连接的数据采集通路、MCU、D/A转换模块和电压/电流转换模块；MCU接收压差数据，并实时计算气体流量，此外MCU还接收外部电流传感器传输的实时焊接电流数据，并基于本实施例设计的保护气流量实时智能控制方法，实时产生数字形式的控制信号；控制信号依次经过D/A转换和电压/电流转换，实现0-200mA的恒流输出；比例阀与差压流量计主控电路板电连接，接收恒流输出并进行开合度控制，实现管道内气流的实时智能反馈控制效果。

本发明采用的技术方案与现有技术方案相比，具有以下有益效果：

本发明采用的焊接保护气流量实时智能控制方法基于实际焊接工况，根据焊接电流变化趋势实时调整气流。当未发生焊接时，检测管道是否通气，解决可能存在的管道漏气问题。此外在起弧状态下通过实时控制气流，匹配焊接电流趋势，并根据实际流速和目标流速差值进行校准，有效解决了焊接气流控制的精准度问题。

附图说明

图1为本发明提供的焊接保护气流量测控装置原理图；

图2为本发明提供的焊接保护气流量实时智能控制方法原理图。

实施方式

本发明提供了一种焊接保护气流量实时智能控制方法，针对焊接作业中不同焊接工艺需要的焊接电流、保护气流量均不相同的问题，设计了一种保护气流量实时智能控制方法，基于实际焊接电流变化，实时调整焊接保护气流量，在符合焊接工艺的前提下，确保保护气流量实时、精准地匹配焊接电流。下面结合附图提供一份具体实施例，详细阐述本发明核心技术方案。

如图1所示，本实施例中设计的焊接保护气流量实时智能控制方法应用于图1中的焊接保护气管道流量测控装置。该装置核心采用差压流量计，包括压力传感器采集电路板、差压流量计主控电路板、测量气路和比例阀。

将测量气路部署于焊接保护气管道内部，测量气路内部采用差压式流量计进行管道流量测量，并且与比例阀连接。压力传感器采集板采集测量气路内部差压流量计的压差数据并传输至差压流量计主控电路板。电路板内部包括依次连接的数据采集通路、MCU、D/A转换模块和电压/电流转换模块。MCU接受压差数据，并实时计算气体流量，此外MCU还接收外部电流传感器传输的实时焊接电流数据，并基于本实施例设计的保护气流量实时智能控制方法，实时产生数字形式的控制信号。控制信号依次经过D/A转换和电压/电流转换，实现0-200mA的恒流输出。比例阀与差压流量计主控电路板电连接，接收恒流输出并进行开合度控制，实现管道内气流的实时智能反馈控制效果。

如图2所示为本实施例设计的保护气流量实时智能控制方法原理图。具体包括以下步骤：

步骤S1、设置基础流量basic_flow、增幅流量increase_speed、焊接电流上限max_current和焊接电流下限min_current。

步骤S2、电流传感器实时接收焊接电流数据，首先进行焊接状态判断；当连续n个电流点均低于预设阈值th1时，判断处于熄弧状态；此时基于实际管道压力和比例阀开合度判断管道内是否通气。当管道内未通气时，不进行操作；当管道内通气时，通过控制比例阀开合度使管道内气体流量快速升至基础流量basic_flow。此时气体流量误差为±0.5L/min。

上述判断管道是否处于通气状态，具体方法如下：

步骤S2.1、首先设定若干管道压力档位，手动调节控制比例阀开合度的恒流控制信号，直至阀门关闭，对应获得不同管道压力情况下使阀门关闭的恒流控制信号；

步骤S2.2、当处于熄弧状态时，实时读取此时管道压力；

当管道内流速小于预设阈值V1时，判断管道处于非通气状态。根据管道压力及对应使阀门关闭的恒流控制信号，进行以下控制：

（a）若管道未通气导致管道内流速小于V1，则不进行处理，此时恒流控制信号为上次焊接时记录的记忆信号。比例阀直接根据该记忆信号调节至对应开合度，下次焊接时可以直接到达指定流速，可以有效延长比例阀的使用寿命。

（b）当焊接管道通气，但管道内流速仍小于V1时，此时代表比例阀开合度过小，马上增大控制信号，避免后续焊接事故。

由于实际焊接过程中压力存在波动，实际测量时需要重复进行三次管道状态判断。

步骤S3、当前n-1个电流点均低于th1，第n个电流点大于等于th1时，认为从第n个点开始进入焊接起弧状态。此时MCU连接采集焊接电流点，并设置滑动窗current_list，计算current_list中相邻两个电流点的差值Δcurrent；当Δcurrent=0时，不进行任何操作，当Δcurrent不为0时，计算所需增幅流量Δspeed如下：

；

步骤S4、获取所需增幅流量Δspeed后，MCU对比例阀进行控制，实时控制比例阀开合度。同时实时采集测量气路中实际气体流速actual_speed。当actual_speed与目标流速差值小于0.5L/min时，控制流程结束；当差值大于等于0.5L/min时，根据差值进行校准。具体地，

步骤S4.1、连续采集m个气流及对应电流数据，分别算相邻气流数据点的一阶差分值和相邻电流数据点的一阶差分值；

步骤S4.2、当气流数据点的一阶差分值与对应电流数据点的一阶差分值之差小于预设阈值th2，且气流变化满足增幅流量时，代表气流变化趋势与电流变化趋势相同，无需校准；

当气流数据点的一阶差分值与对应电流数据点的一阶差分值之差大于等于预设阈值th2时，代表趋势不一致，此时需要进行气流调节；具体地，由MCU计算当前流速与目标流速的差值，获得当前压力状态下对应比例阀开合度的恒流控制信号；

步骤S4.3、当气流变化趋势与电流一致时，若实际气体流速与目标气体流速差值不超过1L/min，则进行误差累积，当误差连续3次超过1L/min时，则针对累积的误差进行一次性补偿。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种焊接保护气流量实时智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、设置基础流量basic_flow、增幅流量increase_speed、焊接电流上限max_current和焊接电流下限min_current；

步骤S2、电流传感器实时接收焊接电流数据，进行焊接状态判断；当连续n个电流点均低于预设阈值th1时，判断处于熄弧状态；当处于熄弧状态时，进一步基于实际管道压力和比例阀开合度判断管道内是否通气；若管道内未通气，则不进行操作；若管道内通气，则通过控制比例阀开合度使管道内气体流量快速升至基础流量basic_flow；具体方法包括：

步骤S2.1、设定若干管道压力档位，手动调节控制比例阀开合度的恒流控制信号，直至阀门关闭，对应获得不同管道压力情况下使阀门关闭的恒流控制信号；

步骤S2.2、当处于熄弧状态时，实时读取此时管道压力；

当管道内流速小于预设阈值V1时，判断管道处于非通气状态；根据管道压力及对应使阀门关闭的恒流控制信号，进行以下控制：

（a）若前端焊接管道未通气导致管道内流速小于V1，则不进行处理，此时恒流控制信号为上次焊接时记录的记忆信号；比例阀直接根据该记忆信号调节至对应开合度；

（b）当前端焊接管道通气，但管道内流速仍小于V1，此时代表比例阀开合度过小，增大控制信号，打开比例阀，避免后续焊接事故；

重复步骤S2.1-步骤S2.2若干次；

步骤S3、当进入焊接起弧状态时，以滑动窗current_list不断接收焊接电流点，并计算current_list中相邻两个电流点的差值Δcurrent；当Δcurrent=0时，不进行任何操作，当Δcurrent不为0时，计算所需增幅流量Δspeed如下：

；

步骤S4、获取所需增幅流量Δspeed后，MCU对比例阀进行控制，实时控制比例阀开合度；同时实时采集测量气路中实际气体流速actual_speed；当actual_speed与目标流速差值小于0.5L/min时，控制流程结束；当差值大于等于0.5L/min时，根据差值进行校准。

2.根据权利要求1所述的一种焊接保护气流量实时智能控制方法，其特征在于，所述步骤S3中当前n-1个电流点均低于th1，第n个电流点大于等于th1时，认为从第n个点开始进入焊接起弧状态。

3.根据权利要求1所述的一种焊接保护气流量实时智能控制方法，其特征在于，步骤S4中基于差值进行校准的具体方法包括：

步骤S4.1、连续采集m个气流及对应电流数据，分别算相邻气流数据点的一阶差分值和相邻电流数据点的一阶差分值；

步骤S4.2、当气流数据点的一阶差分值与对应电流数据点的一阶差分值之差小于预设阈值th2，且气流变化满足增幅流量时，代表气流变化趋势与电流变化趋势相同，无需校准；

当气流数据点的一阶差分值与对应电流数据点的一阶差分值之差大于等于预设阈值th2时，代表趋势不一致，此时需要进行气流调节；具体地，由MCU计算当前流速与目标流速的差值，获得当前压力状态下对应比例阀开合度的恒流控制信号。

4.根据权利要求3所述的一种焊接保护气流量实时智能控制方法，其特征在于，当气流变化趋势与电流一致时，若实际气体流速与目标气体流速差值不超过1L/min，则进行误差累积，当误差连续3次超过1L/min时，则针对累积的误差进行一次性补偿。

5.一种采用权利要求1-4中任一项所述焊接保护气流量实时智能控制方法的控制装置，其特征在于，包括压力传感器采集电路板、差压流量计主控电路板、测量气路和比例阀；

将测量气路部署于焊接保护气管道内部，测量气路内部采用差压式流量计进行管道流量测量，并且与比例阀连接；压力传感器采集板采集测量气路内部差压流量计的压差数据并传输至差压流量计主控电路板；电路板内部包括依次连接的数据采集通路、MCU、D/A转换模块和电压/电流转换模块；MCU接收压差数据，并实时计算气体流量，此外MCU还接收外部电流传感器传输的实时焊接电流数据，并基于本实施例设计的保护气流量实时智能控制方法，实时产生数字形式的控制信号；控制信号依次经过D/A转换和电压/电流转换，实现0-200mA的恒流输出；比例阀与差压流量计主控电路板电连接，接收恒流输出并进行开合度控制，实现管道内气流的实时智能反馈控制效果。