CN117600609A - 一种抑制短路异常电压的波形控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制短路焊接异常电压的波形控制方法，在焊接过程中实时的检测电弧电压，当电弧电压低于短路判定值时，系统进行短路处理，恒流输出，当电弧电压高于燃弧判定值时，系统进行燃弧处理，在燃弧处理初期，系统一直统计多个燃弧初期T0内的反馈电压U0、U1、U2、U3、Un……。并计算多个燃弧初期的平均反馈电压arc(avgv)＝(U0+U0+……+Un)/n，在统计范围内均无异常电压产生，并将该燃弧初期的平均反馈电压存在寄存器内；在燃弧发生后，系统先按一个固定的PWM输出一段时间，之后再切向定电压燃弧控制，即燃弧控制包含两个阶段，固定PWM阶段和定电压控制阶段，固定PWM阶段可以有效的抑制短路切燃弧时异常电压的产生，从而改善电弧稳定型。

Description

一种抑制短路异常电压的波形控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种抑制短路异常电压的波形控制方法及系统，属于焊接技术领域。

背景技术

在短路焊接过程中，为了维持电弧的稳定，需要尽可能的保持短路过渡平稳均匀，然而在实际焊接过程中由于焊丝干伸长、母材材质、焊材质量、保护气体纯度以及外电波动等因素，尤其是不锈钢短路焊接，短路切燃弧时极容易产生异常电压，从高速摄像可以明显的观察到发生异常电压时，阴极斑点飘忽不定，从而导致电弧不稳，焊缝成型变差。传统的短路控制燃弧时直接切到定电压控制，当异常电压产生时，电压升高，电流降低，系统并没有对产生的异常电压做相应的处理，此时，可能导致断弧、扎丝等不稳定的现象，鉴于以上课题，急需研究一种新的短路控制方法，以解决短路焊接过程中由于异常电压导致的电弧不稳定的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抑制短路异常电压的波形控制方法及系统，以解决现有技术熔化极气保护短路焊接过程中出现的异常电压，进而导致电弧不稳的问题。

第一方面：

一种抑制短路异常电压的波形控制方法，所述方法包括：

实时检测焊接过程中的反馈电压，响应于反馈电压小于短路判定预设电压值时，系统判定为短路，进行恒流控制；

响应于反馈电压大于燃弧判定预设电压值时，系统判定为燃弧阶段，所述燃弧阶段包括固定PWM控制阶段和定电压控制阶段；

预先求得燃弧阶段中燃弧初期T₀内的平均反馈电压；

响应于实时反馈电压与平均反馈电压之差的绝对值大于阈值A₁，则先在燃弧初期调整PWM的开通量以及调整开通时间，再进行定电压控制。

进一步地，所述PWM开通量进行调整的调整公式包括：

PWM_预＝＝F(S,L)

T_预＝f(S,L)

△PWM＝K₃*{K₁*[U-arc(avgv)]+K₂*[U-arc(avgv)]+C₁}，

△T＝k₃*{k₁*[U-arc(avgv)]+k₂*[U-arc(avgv)]+C₂}，

调整后：PWM＝PWM_预+PWM；T＝T_预+△T

其中，S为送丝速度，L为干伸长，由实际焊接确定PWM_预与S、L的关系以及T_预与S、L的关系，K₁、K₂、K₃、k₁、k₂、k₃为比例系数，U为实时反馈电压，arc(avgv)为平均反馈电压，C₁与C₂为常数，且不等于0。

进一步地，所述PWM开通量进行调整的调整方法包括：

若|U-arc(avgv)|＜A₁系统判定焊接无异常，系统按预设的PWM输出，不需要对PWM的开通量进行调整，其中A₁为预设阈值。

进一步地，所述PWM开通量进行调整的调整方法包括：

基于所述PWM开通量进行调整的调整公式，若U-arc(avgv)＞A₁，系统判定为异常电压，U-arc(avgv)＜-A₁，系统判定为反馈电压偏低，则均需要对PWM开通量以及开通时间进行调整。

进一步地，所述燃弧初期的平均反馈电压的计算方法包括：

统计多个燃弧初期T₀内的反馈电压U₀、U₁、U₂、U₃、U_n……此期间均无异常电压发生，若产生异常电压，统计顺延到下一周期；

根据多个燃弧初期T₀内的反馈电压，计算燃弧初期的出平均反馈电压arc(avgv)＝(U₀+U₀+……+U_n)/n，并将燃弧初期的出平均反馈电压存入系统寄存器内。

进一步地，所述固定PWM开通量的数值以及调整时间T与母材、丝径以及气体相关，母材、丝径以及气体中的一个参量或者多个参量变化，固定PWM的调整时间T也跟着变化。

第二方面：

一种抑制短路异常电压的波形控制系统，所述系统包括：

第一判断模块，实时检测焊接过程中的反馈电压，响应于反馈电压小于短路判定预设电压值时，系统判定为短路，进行恒流控制；

第二判断模块，响应于反馈电压大于燃弧判定预设电压值时，系统判定为燃弧阶段；

第一计算模块，预先求得燃弧阶段中燃弧初期T₀内的平均反馈电压；

第二计算模块，响应于实时反馈电压与平均反馈电压之差的绝对值大于阈值A₁，则先在燃弧初期调整PWM的开通量以及调整开通时间，再进行定电压控制。

进一步地，所述系统还包括调整模块；

所述调整模块，用于根据调整公式进行调整，若|U-arc(avgv)|＜A₁系统判定焊接无异常，系统按预设的PWM输出，不需要对PWM的开通量进行调整，其中A₁为预设阈值；

若U-arc(avgv)＞A₁，系统判定为异常电压，U-arc(avgv)＜-A₁，系统判定为反馈电压偏低，则需要对PWM开通量以及开通时间进行调整。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明在燃弧初期增加固定PWM控制后，可以明显有效的抑制异常电压的产生，减少了焊丝端与导电嘴打火的倾向，也有利于提升导电嘴的使用周期，尤其是对于不锈钢这种异常电压较多的材料，增加新控制后，电弧更加稳定，飞溅降低，从而提升焊接质量。

附图说明

图1是常规短路控制的异常电压波形示意图；

图2是改进后的短路波形示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1：

本发明公开了一种抑制短路异常电压的波形控制方法，所述方法包括：

步骤1，实时检测焊接过程中的反馈电压，响应于反馈电压小于短路判定预设电压值时，系统判定为短路，进行恒流控制；

步骤2，基于实时检测焊接过程中的反馈电压，响应于反馈电压大于燃弧判定预设电压值时，系统判定为燃弧阶段；所述燃弧阶段包括固定PWM控制阶段和定电压控制阶段；步骤3，预先求得燃弧阶段中燃弧初期T₀内的平均反馈电压；其中此阶段求得的平均反馈电压均无异常电压；

步骤4，响应于实时反馈电压与平均反馈电压之差的绝对值大于阈值A₁，则先在燃弧初期调整PWM的开通量以及调整开通时间，再进行定电压控制。

在本实施例中，上述方法中所述PWM开通量进行调整的调整公式包括：

PWM_预＝＝F(S,L)

T_预＝f(S,L)

△PWM＝K₃*{K₁*[U-arc(avgv)]+K₂*[U-arc(avgv)]+C₁}，

△T＝k₃*{k₁*[U-arc(avgv)]+k₂*[U-arc(avgv)]+C₂}，

调整后：PWM＝PWM_预+PWM；T＝T_预+△T

其中，S为送丝速度，L为干伸长(指的是焊丝伸出导电嘴的长度)；由实际焊接确定PWM_预与S、L的关系以及T_预与S、L的关系，K₁、K₂、K₃、k₁、k₂、k₃为比例系数，U为实时反馈电压，arc(avgv)为平均反馈电压，C₁与C₂为常数，且不等于0。

在本实施例中，所述PWM开通量进行调整的调整方法包括：

若|U-arc(avgv)|＜A₁系统判定焊接无异常，系统按预设的PWM输出，不需要对PWM的开通量进行调整，其中A₁为预设阈值，其中，A₁的取值范围为：1＜A₁＜6；单位为V实际数据值与焊接电流以及焊丝材质相关；

所述PWM开通量进行调整的调整方法包括：

若U-arc(avgv)＞A₁，系统判定为异常电压，U-arc(avgv)＜-A₁，系统判定为反馈电压偏低，则需要对上述两种情况进行PWM开通量以及开通时间进行调整。

所述燃弧初期的平均反馈电压的计算方法包括：

统计多个燃弧初期T₀内的反馈电压U₀、U₁、U₂、U₃、U_n……此期间均无异常电压发生，若产生异常电压，统计顺延到下一周期；

根据多个燃弧初期T₀内的反馈电压，计算燃弧初期的出平均反馈电压arc(avgv)＝(U₀+U₀+……+U_n)/n，并将燃弧初期的出平均反馈电压存入系统寄存器内。

所述固定PWM开通量的数值以及调整时间T与母材、丝径以及气体相关，母材、丝径以及气体中的一个参量或者多个参量变化，固定PWM的调整时间T也跟着变化。T的取值范围为：0＜T＜500，单位为ms。

以不锈钢材质为例，打开焊枪开关，当焊接时序进入焊接状态，系统自动读取短路焊接过程中的短路参数，进行可变参数的更新，实时的检测电弧电压，当电弧电压低于短路判定值时，系统进行短路处理，恒流输出，当电弧电压高于燃弧判定值时，系统进行燃弧处理，燃弧初期系统进行固定PWM输出T后，切到电子电抗器控制，与常规的燃弧初期直接切到电子电抗器控制相比，新控制下不锈钢异常电压明显减少，电弧稳定，飞溅降低，可以达到预期效果。

燃弧阶段，常规控制直接切到电子电抗器控制，把设定电压与反馈电压的偏差量作为控制量，进行PID运算，从而控制电流波形进行能量输出，当系统产生异常电压时，并未进行相应的处理，本发明针对此课题在燃弧初期增加固定PWM阶段，即燃弧阶段分为固定PWM阶段与电子电抗器阶段，如附图2，根据不同的材质、丝径气体，固定PWM大小与开通时间做出相应的变化，经大量试验验证可以有效抑制燃弧初期异常电压的产生。

实施例2

一种抑制短路异常电压的波形控制系统，所述系统包括：

第一判断模块，实时检测焊接过程中的反馈电压，响应于反馈电压小于短路判定预设电压值时，系统判定为短路，进行恒流控制；

第二判断模块，响应于反馈电压大于燃弧判定预设电压值时，系统判定为燃弧阶段；

第一计算模块，预先求得燃弧阶段中燃弧初期T₀内的平均反馈电压；

第二计算模块，响应于实时反馈电压与平均反馈电压之差的绝对值大于阈值A₁，则先在燃弧初期调整PWM的开通量以及调整开通时间，再进行定电压控制。

所述系统还包括调整模块；

所述调整模块，用于根据调整公式进行调整，若|U-arc(avgv)|＜A₁系统判定焊接无异常，系统按预设的PWM输出，不需要对PWM的开通量进行调整，其中A₁为预设阈值；

若U-arc(avgv)＞A₁，系统判定为异常电压，U-arc(avgv)＜-A₁，系统判定为反馈电压偏低，则需要对PWM开通量以及开通时间进行调整。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种抑制短路异常电压的波形控制方法，其特征在于，所述方法包括：

实时检测焊接过程中的反馈电压，响应于反馈电压小于短路判定预设电压值时，系统判定为短路，进行恒流控制；

响应于反馈电压大于燃弧判定预设电压值时，系统判定为燃弧阶段，所述燃弧阶段包括固定PWM控制阶段和定电压控制阶段；

预先求得燃弧阶段中燃弧初期T₀内的平均反馈电压；

响应于实时反馈电压与平均反馈电压之差的绝对值大于阈值A₁，则先在燃弧初期调整PWM的开通量以及调整开通时间，再进行定电压控制。

2.根据权利要求1所述的抑制短路异常电压的波形控制方法，其特征在于，所述PWM开通量进行调整的调整公式包括：

PWM_预＝＝F(S,L)

T_预＝f(S,L)

△PWM＝K₃*{K₁*[U-arc(avgv)]+K₂*[U-arc(avgv)]+C₁}，

△T＝k₃*{k₁*[U-arc(avgv)]+k₂*[U-arc(avgv)]+C₂}，

调整后：PWM＝PWM_预+PWM；T＝T_预+△T

其中，S为送丝速度，L为干伸长，由实际焊接确定PWM_预与S、L的关系以及T_预与S、L的关系，K₁、K₂、K₃、k₁、k₂、k₃为比例系数，U为实时反馈电压，arc(avgv)为平均反馈电压，C₁与C₂为常数，且不等于0。

3.根据权利要求2所述的抑制短路异常电压的波形控制方法，其特征在于，所述PWM开通量进行调整的调整方法包括：

若|U-arc(avgv)|＜A₁系统判定焊接无异常，系统按预设的PWM输出，不需要对PWM的开通量进行调整，其中A₁为预设阈值。

4.根据权利要求3所述的抑制短路异常电压的波形控制方法，其特征在于，所述PWM开通量进行调整的调整方法包括：

基于所述PWM开通量进行调整的调整公式，若U-arc(avgv)＞A₁，系统判定为异常电压，U-arc(avgv)＜-A₁，系统判定为反馈电压偏低，则均需要对PWM开通量以及开通时间进行调整。

5.根据权利要求1所述的抑制短路异常电压的波形控制方法，其特征在于，所述燃弧初期的平均反馈电压的计算方法包括：

统计多个燃弧初期T₀内的反馈电压U₀、U₁、U₂、U₃、U_n……此期间均无异常电压发生，若产生异常电压，统计顺延到下一周期；

根据多个燃弧初期T₀内的反馈电压，计算燃弧初期的平均反馈电压arc(avgv)＝(U₀+U₀+……+U_n)/n，并将燃弧初期的出平均反馈电压存入系统寄存器内。

6.根据权利要求1所述的抑制短路异常电压的波形控制方法，其特征在于，所述固定PWM开通量的数值以及调整时间T与母材、丝径以及气体相关，母材、丝径以及气体中的一个参量或者多个参量变化，固定PWM的调整时间T也跟着变化。

7.一种抑制短路异常电压的波形控制系统，其特征在于，所述系统包括：

第一判断模块，实时检测焊接过程中的反馈电压，响应于反馈电压小于短路判定预设电压值时，系统判定为短路，进行恒流控制；

第二判断模块，响应于反馈电压大于燃弧判定预设电压值时，系统判定为燃弧阶段；

第一计算模块，预先求得燃弧阶段中燃弧初期T₀内的平均反馈电压；

第二计算模块，响应于实时反馈电压与平均反馈电压之差的绝对值大于阈值A₁，则先在燃弧初期调整PWM的开通量以及调整开通时间，再进行定电压控制。

8.根据权利要求1所述的抑制短路异常电压的波形控制方法，其特征在于，所述系统还包括调整模块；

所述调整模块，用于根据调整公式进行调整，若|U-arc(avgv)|＜A₁系统判定焊接无异常，系统按预设的PWM输出，不需要对PWM的开通量进行调整，其中A₁为预设阈值；

若U-arc(avgv)＞A₁，系统判定为异常电压，U-arc(avgv)＜-A₁，系统判定为反馈电压偏低，则均需要对PWM开通量以及开通时间进行调整。