CN211680480U - 焊接设备中消除气流峰值结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了焊接设备中消除气流峰值结构，包括进气管道、输出气路管道以及流量控制阀、压力开关与PLC控制器，流量控制阀与输出气路管道连接，压力开关设在输出气路管道上，流量控制阀与进气管道连接，流量控制阀上设有通讯接口，PLC控制器与流量控制阀上的通讯接口连接，PLC控制器还与压力开关信号连接，所述压力开关用于检测输出气路管道压力以及设定基准压力值，所述PLC控制器用于控制所述流量控制阀的开关的控制信号为模拟量信号，PLC控制器通过缓慢升降控制信号控制所述流量控制阀缓慢打开。本实用新型用于消除焊接保护气流的气流峰值。

Description

焊接设备中消除气流峰值结构

技术领域

本实用新型涉及焊接设备的技术领域，具体涉及一种焊接设备中消除气流峰值结构的技术。

背景技术

弧焊在焊接时需要对保护气体进行检测及控制。在焊接过程中，存在如下问题：

1)焊接电流与保护气流量存在不匹配现象，如经常发生保护气体在满足焊接保护的情况下会超额输出，从而浪费保护气体。

2)在气路开启的时候因开关电磁阀两端的压差导致气流瞬间过大，这种电磁阀安装于焊接机器人本体上，靠近焊枪位置，是气路的控制开关，无法避免。

3)当气路出现故障如漏气或者气源不足，而不停止焊接，就难以确保焊接质量。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种焊接设备中消除气流峰值结构，用于消除保护气流的气流峰值。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种焊接设备中消除气流峰值结构，其特征在于：所述焊接设备中消除气流峰值结构包括进气管道、输出气路管道以及流量控制阀、压力开关与PLC控制器，流量控制阀与输出气路管道连接，压力开关设在输出气路管道上，流量控制阀与进气管道连接，流量控制阀上设有通讯接口，PLC控制器与流量控制阀上的通讯接口连接，PLC控制器还与压力开关信号连接，所述压力开关用于检测输出气路管道压力以及设定基准压力值，所述PLC控制器用于控制所述流量控制阀的开关的控制信号为模拟量信号，PLC控制器通过缓慢升降控制信号控制所述流量控制阀缓慢打开。

所述流量控制阀包括分流器、传感器、放大器、比较器、调节阀以及调节阀的驱动单元与以及电源单元，分流器设有主通道和毛细管，分流器的主通道与调节阀相连，传感器设置在分流器的毛细管上，传感器与放大器信号连接，放大器的输出与比较器的输入连接，比较器的输出与调节阀的驱动单元连接；比较器有设定流量端口，放大器的输出设有流量输出端口；所述调节阀的驱动单元设置有关闭位、清洗位与阀控位，阀控位用于自动控制气体流量。

所述放大器的输出设有一路与流量显示器连接，或者与流量显示仪连接。

所述PLC控制器通过A/D转换卡、D/A转换卡与所述流量控制阀连接，其中比较器的设定流量端口与D/A转换卡的D/A端子相连，放大器的输出的流量输出端口与A/D转换卡的A/D端子相连。

所述调节阀的开与闭通过常开继电器控制。

所述流量控制阀通过螺丝固定在一安装座上。

本实用新型提供的气体流量控制装置，具有以下有益效果：

本实用新型由于设置有PLC控制器、流量控制阀、压力开关，这样便消除气流峰值：在气路开启的时候因开关电磁阀两端的压差导致气流瞬间过大，本实用新型通过压力开关识别而主动介入控制，通过控制流量控制阀的阀芯缓慢打开的开度，从而消除气峰。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型焊接设备中消除气流峰值结构的结构示意图(一)；

图2是本实用新型焊接设备中消除气流峰值结构的结构示意图(二)；

图3是焊接气路未使用本实用新型时的示意图；

图4是焊接气路使用了本实用新型时的示意图；

图5是焊接气路使用了气体流量控制装置时随焊接电流自动调节气量的效果示意图；

图6是气体流量控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1、图2所示，本实用新型焊接设备中消除气流峰值结构，包括进气管道2、输出气路管道3以及流量控制阀4、压力开关21与PLC控制器1，流量控制阀4与输出气路管道3连接，压力开关21设在输出气路管道3上，流量控制阀4与进气管道2连接，流量控制阀4上设有通讯接口41，PLC控制器1与流量控制阀上的通讯接口41之间通过信号电缆连接，PLC控制器1还与压力开关21信号连接，压力开关21用于检测输出气路管道压力以及设定基准压力值，PLC控制器1用于控制所述流量控制阀的开关的控制信号为模拟量信号，PLC控制器通过缓慢升降控制信号控制所述流量控制阀缓慢打开。

流量控制阀4包括分流器、传感器、放大器、比较器、调节阀以及调节阀的驱动单元与以及电源单元，分流器设有主通道和毛细管，分流器的主通道与调节阀相连，传感器设置在分流器的毛细管上，传感器与放大器信号连接，放大器的输出与比较器的输入连接，比较器的输出与调节阀的驱动单元连接；比较器有设定流量端口，放大器的输出设有流量输出端口；所述调节阀的驱动单元设置有关闭位、清洗位与阀控位，阀控位用于自动控制气体流量。放大器的输出设有一路与流量显示器连接，或者与流量显示仪连接。PLC控制器通过A/D转换卡、D/A转换卡与所述流量控制阀连接，其中比较器的设定流量端口与D/A转换卡的D/A端子相连，放大器的输出的流量输出端口与A/D转换卡的A/D端子相连。调节阀的开与闭通过常开继电器控制。流量控制阀4利用流动流体传递热量改变测量毛细管壁温度分布的热传导分布效应而制成。采用毛细管传热温差量热法原理测量气体的流量，可以不受温度压力的影响。将传感器测得的流量信号进行放大，然后与设定的电压进行比较，用所得的差值信号去驱动控制调节阀门，闭环控制流过通道的流量使之与设定的流量相等。分流器在主通道和毛细管间产生层流，用以扩大通过流量控制器的流量。

本实用新型中的流量控制阀4也可以是现有技术如中国专利申请号200910262030.9中所述的质量流量控制器。压力开关21与PLC控制器1均为现有技术产品。

本实用新型中的的管路连接都可以采用螺丝接头且密封进行固定连接。

本实用新型功能效果对比：

如图3，焊接气路中未使用气体流量控制装置功能：气阀开启时气流峰值超过检测范围上限，即图中上方粗实线5所示为气体实时流量，产生气峰，超过检测范围上限。

如图4，焊接气路中未使用气体流量控制装置功能后：气阀开启时气峰被消除。即图中上方粗实线6所示为气体实时流量，无气峰。

下面是本实用新型焊接设备中消除气流峰值结构作为一种气体流量控制装置的一个功能单元的实施例，如图6，这种气体流量控制装置，包括集中控制单元20、焊接电流检测单元以及气路执行单元，集中控制单元为计算机或所述PLC控制器1，气路执行单元可以是一个，也可以是两个或三个或四个。焊接电流检测单元包括电流互感器13。

气路执行单元包括进气口接头10、出气口接头11、压力调节阀12、流量控制阀4以及用于检测输出气路管道压力的压力开关21，流量控制阀4通过螺丝固定在安装座6上。压力调节阀12上集成有气体过滤器与气体压力表。进气口接头10与压力调节阀12之间通过管路连接，压力调节阀12与流量控制阀4之间通过管路连接，在流量控制阀4上设有通讯接口41，流量控制阀的出口与压力开关连接，出气口接头与压力开关连接，集中控制单元与所述流量控制阀上的通讯接口之间通过电缆进行连接，集中控制单元20还与压力开关信号连接，流量控制阀连接有流量显示仪时，计算机或PLC控制器通过流量显示仪与流量控制阀连接。集中控制单元还与电流互感器之间通过信号电缆进行信号连接。出气口接头通过管路通往焊机9。计算机或PLC控制器也可以通过信号转换卡直接与流量控制阀连接。

气体流量控制装置中的压力调节阀12用于调节进气压力并过滤杂质；流量控制阀4用于控制气体流量大小，检测实际输出流量；压力开关21用于检测输出气路管道压力；电流互感器13用于检测焊接时的输出电流。

下面是气体流量控制装置的使用及工作原理：下述流量阀为流量控制阀的简称。

本实用新型气体流量控制装置使用时，压力开关设定基准压力值。

1)焊机焊接关闭时，前方气阀即焊机电磁阀关闭，输出气量为0，当输出气路实际压力大于压力开关基准压力时，通过压力开关反馈，PLC控制流量控制阀4关闭，输出气路保压。

2)焊机焊接开启时，前方气阀即焊机电磁阀打开，输出管道压力释放，输出气路实际压力小于压力开关基准压力时，通过压力开关反馈，PLC控制流量控制阀4缓慢打开。

3)PLC控制流量控制阀4的开关为模拟量信号，通过缓慢升降控制信号，达到消除气峰的目的。

4)流量阀控制过程中，电流互感器实时检测焊接电流，通过参数设置，与输出气流成线性关系匹配，焊接电流越大，输出气流越大，焊接电流越小，输出气流越小。

5)为保证焊接质量，输出气流可设置输出下限值，即使焊接电流低于设定的下限，输出气流也会以设置的下限值输出。

6)集中控制单元采用PLC加触摸屏的方式集中控制，一个集中控制单元最多可控制四路焊接设备气体输出，各路间互不干涉，可自由搭配。

如图5，焊接气路中未使用本实用新型气体流量控制装置功能后：线条7为实际焊接电流；线条8为实际输出流量；随焊接电流自动调节气量功能。

气体流量控制装置的报警功能：

1)当输出管道压力被释放，压力检测开关反馈信号，PLC控制流量控制阀4打开，流量控制阀4反馈有气流输出时，3秒内未检测到焊接电流，PLC系统判断为管道漏气故障并输出报警信号；

2)当输出管道压力被释放，压力检测开关反馈信号，PLC控制流量控制阀4打开，流量控制阀4反馈有气流输出并且检测到焊接电流时，PLC系统判断气体流量控制与反馈误差，当误差大于下正负3L/Min时，PLC系统判断为流量输出异常故障并输出报警信号。

综上所述，气体流量控制装置主要功能：

节省保护气体：通过检查焊接电流自动匹配保护气流量，使保护气体在满足焊接保护的情况下不会超额输出。效果体现于同一焊接工件不同输出电流。

消除气流峰值节省保护气体：在气路开启的时候因开关电磁阀两端的压差导致气流瞬间过大，设备自动识别介入控制，通过PLC模拟量输出模块控制流量控制阀4的阀芯缓慢打开自动消除气峰。效果体现于频繁开关气路电磁阀。

监控焊接电流与气流，确保焊接正常：设备自动根据电流匹配气流量，若因气源、管道等因素导致气流量低于匹配值，设备自动输出异常信号，并人机界面以中文显示异常信息。

自动检测工作站管道是否有异常：在主气源安装流量控制阀4监控管道下游气路，在没有焊接的情况下仍有气流输出，视为异常即电磁阀失效、电磁阀故障、管路漏气。

气体流量控制装置原理：

通过监控焊接电流自动匹配保护气流量。

通过控制阀芯开度自动消除气峰：1)焊接在待机状态时焊机原有电磁阀及流量控制阀在关闭状态，中间形成密封管路存在压力，当焊机启动时会先打开焊机电磁阀，这时气路控制单元的压力传感器检测到压力减少，主动加人控制。2)当流量控制阀在关闭状态，一头连大气，一头连保护气体气源(气源压力高于大气)，当焊机电磁阀打开时会产生气峰(即流量瞬间变大，一定时间后才恢复设定流量)。此时本实用新型通过PLC模拟量模块控制输出0-5V电压控制流量控制阀(在设定的时间将电压提升到设定值，电压的大小与流量阀的开度成正比，电压范围0-5V)。焊机电磁阀是在原有的气路就有的，用于控制气路开关，电磁阀安装于焊接机器人本体，靠近焊枪位置；气体流量控制装置是在原有的气路上加装的；气体流量控制装置加装方便，不需要进行大的工程动作，使用起来非常方便，故也大大降低安装成本与使用成本。

节省保护气体；检测焊接配气的比例，确保达到设定的气量，从而保证焊接质量。

通过管路相应位置增加传感器自检工作站管路是否正常。

气体流量控制装置主要构成：主要由三个单元组成。

主电控单元即集中控制单元：具体而言，如PLC集中控制，人机界面显示及操作，可一个控制单元同时检测、控制多个气路。人机界面主要显示内容：以曲线图形式显示各气路及对应的电流，显示当前单个的气流量及总气流量，以中文显示异常信息。

焊接电流检测单元：通过电流互感器实时监控焊接电流。

气路执行单元：1)内置压力传感器监控气路压差，主动介入工作；2)内置流量控制阀执行气流量控制；3)内置过滤调压阀，保护气路系统。

气体流量控制装置的控制逻辑是：

1、通过压力传感器即压力开关检查管内压力，主动加入控制；

2、通过电流互感器检测焊接电流自动匹配气流量，与PLC模拟量模块控制，以电压形式控制阀体开度达到控制流量目的；

3、综合上两点当气流量与焊接电流偏离了设定值，系统判断为异常，并输出异常信号。

气体流量控制装置安装：固定主电控单元并接上220V电源，电流互感器感应器部分以扣合形式连接焊接主电路，另一端与主控制单元连接通信，在保护气路电磁阀前连接气路执行单元，并连接主控制单元。

需要声明的是，上述具体实施方式仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理，在本实用新型所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种焊接设备中消除气流峰值结构，其特征在于：所述焊接设备中消除气流峰值结构包括进气管道、输出气路管道以及流量控制阀、压力开关与PLC控制器，流量控制阀与输出气路管道连接，压力开关设在输出气路管道上，流量控制阀与进气管道连接，流量控制阀上设有通讯接口，PLC控制器与流量控制阀上的通讯接口连接，PLC控制器还与压力开关信号连接，所述压力开关用于检测输出气路管道压力以及设定基准压力值，所述PLC控制器用于控制所述流量控制阀的开关的控制信号为模拟量信号，PLC控制器通过缓慢升降控制信号控制所述流量控制阀缓慢打开。

2.根据权利要求1所述的焊接设备中消除气流峰值结构，其特征在于：所述流量控制阀包括分流器、传感器、放大器、比较器、调节阀以及调节阀的驱动单元与以及电源单元，分流器设有主通道和毛细管，分流器的主通道与调节阀相连，传感器设置在分流器的毛细管上，传感器与放大器信号连接，放大器的输出与比较器的输入连接，比较器的输出与调节阀的驱动单元连接；比较器有设定流量端口，放大器的输出设有流量输出端口；

所述调节阀的驱动单元设置有关闭位、清洗位与阀控位，阀控位用于控制气体流量。

3.根据权利要求2所述的焊接设备中消除气流峰值结构，其特征在于：所述放大器的输出设有一路与流量显示器连接，或者与流量显示仪连接。

4.根据权利要求2所述的焊接设备中消除气流峰值结构，其特征在于：所述PLC控制器通过A/D转换卡、D/A转换卡与所述流量控制阀连接，其中比较器的设定流量端口与D/A转换卡的D/A端子相连，放大器的输出的流量输出端口与A/D转换卡的A/D端子相连。

5.根据权利要求2所述的焊接设备中消除气流峰值结构，其特征在于：所述调节阀的开与闭通过常开继电器控制。

6.根据权利要求1所述的焊接设备中消除气流峰值结构，其特征在于：所述流量控制阀通过螺丝固定在一安装座上。

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