CN2620608Y - 一种智能化可控硅焊机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能自寻优可控硅焊机，是对现有普通可控硅焊机的改进和性能提高。本实用新型提出的智能可控硅焊机的关键是安装了一个自寻优智能控制器，它由8952单片机控制模块和IGBT分流电路所组成，加装在焊接电源的控制电路内，实现普通可控硅焊接电源的微机控制，所有控制电路通过接口连接，以机顶盒的形式出现，从而提高了焊机控制电路的灵活性。本实用新型对弧焊过程实施有效波控，尤其适宜于带有交流纹波成分的整流焊接电源的波控。采用该控制模式，通过波控器的快速分流作用，可抑制弧焊短路初期、短路末期的电流增长和燃弧初期的电弧冲击，优化熔滴过渡过程的电流波形，使液桥柔顺破断、熔滴无冲击进入熔池，从而改善CO₂弧焊过程的动特性，抑制焊接飞溅，而且波形控制器的IGBT元件大部分时间处于关断状态，功耗较小，器件发热也较小，有利于保护IGBT。

Description

一种智能化可控硅焊机

技术领域

本实用新型涉及一种智能自寻优可控硅焊机，是对普通可控硅焊机的改进。

背景技术

CO₂气体保护焊是一种高效节能、抗锈低氢、有较高综合经济效益的焊接方法。适用于低碳钢及低合金钢的焊接。自五十年代问世以来，受到各国的普遍重视，并且随着研究的深入和相关技术的发展，推动了CO₂焊接技术的应用和发展，已成为钢结构生产中的主要焊接方法之一，广泛应用于船舶、机车、汽车、石油化工、工程机械等工业制造部门。

短路过渡是CO₂气体保护焊广泛采用的一种熔滴过渡形式，不足之处主要在于以下两个方面：一是飞溅大，飞溅的产生不仅降低了金属的敷熔效率，增加了焊丝的消耗量，而且恶化了工作环境，有时还需在焊后清理工件，降低了生产效率。二是成型差，由于周期性的短路过程，降低了电弧对母材的热输入，导致母材熔化不足，焊缝熔深较浅，堆高较高而熔宽不足，而在厚板焊接时容易出现未焊透现象，使焊缝的受力状况恶化，降低了焊缝的承载能力。尤其在中等以上规范参数施焊时，问题更为严重，极大地限制了CO₂焊接工艺在工业生产中的进一步推广和应用，解决上述问题也显得更为迫切。为此，长期以来焊接工作者都在寻求改进的途径。

发明内容

基于上述背景和我国的国情，对CO₂可控硅焊机进行研究和改造具有重要的理论意义和现实意义，本实用新型采用有关技术和控制手段，开发研制新一代可控硅CO₂焊机，使CO₂焊接自动化水平不断提高。

CO₂气体保护焊是一种高效节能、抗锈低氢、具有较高综合经济效益的焊接方法，但是CO₂弧焊电源的规范参数多，调节麻烦，在参数调节或配合不当时就会导致上述焊接飞溅大，成型差等问题。因此本实用新型的目的就是要，通过自寻优焊接参数和附加波控器来改善弧焊电源动态性能和焊缝成型，减少焊接飞溅。

因而弧焊电源智能化的一个重要目标就是能否自寻优焊接参数。即，在焊接过程中智能化弧焊电源能根据焊接电流的设定值自动将电弧电压、送丝速度、电流波形等其他可控参数调节到最佳点。

本实用新型提出的智能可控硅焊机的关键是有一个自寻优智能控制器，它由8952单片机和IGBT分流电路所组成。即在普通可控硅焊接电源内附加一个8952单片机，实现普通可控硅焊接电源的微机控制；还附加一个并联式IGBT分流电路，实现普通可控硅焊接电流的波形控制。该控制器以表征短路过渡综合性能的特征综合值为目标函数，根据焊接过程中各主要特征参数的综合评价结果来自寻优控制焊接规范和电流波形，使规范参数达到最佳匹配，实现焊接过程熔滴的可控过渡，以提高熔滴过渡的稳定性，进一步改善焊接过程的综合性能。试验结果表明，研制的智能控制系统能明显地改善弧焊电源动态性能和焊缝成型、减少焊接飞溅。

本实用新型提出的智能可控硅焊机，是一种低成本的、降低飞溅、改善弧焊过程的动特性与焊缝成型的有效方法，它可以优化焊接过程，抑制短路末期的峰值电流，确保短路末期液桥的柔顺破断，削弱燃弧初期电弧对熔池的冲击。

附图说明

图1为智能可控硅焊机的控制系统图

图2为CO₂弧接一元化自寻优智能控制系统软件结构框图

图3为波控器及其驱动保护电路框图

具体实施方式

现结合附图详细描述本实用新型最佳实施例。

本实用新型提出的智能可控硅焊机是对现有的NBC-500型焊机的改进，如图1所示，其主要技术特征为：

采用在给定电流、电压初值基础上的电压偏差控制，提供±5V的电压控制范围，且控制精度能够达到0.02V，从而在电压不严重偏离规范的情况下都能够实现电流电压的匹配。

采用独创的模糊控制算法，提取焊接过程的特征指标，通过大量焊接实验建立焊接质量评判指标，在焊接过程中通过动态自寻优自动建立电流电压的最优匹配关系，并实时监控焊接过程，实现焊接过程的动态调节，提高了焊机的控制品质。

利用IGBT的快速开关特性及单片机的智能控制特性，将单片机与IGBT相结合，从而实现了对焊接电流的智能波控，同时成功地解决了不同焊接电流的状态判别与波控器的触发问题，并通过硬件与软件滤波解决了非常态情形下的波控触发问题，从而使波控效果得到了极大的提高，最大限度的降低了焊接过程的飞溅。

不改变原焊机的主控制电路，新开发的智能化及波控部分以机顶盒的形式出现，与焊机主控制电路通过接口连接，从而提高了焊机控制电路的灵活性，使厂家能根据用户的不同需要进行不同配置，便于市场推广。

为了实现按焊接电流设定值对CO₂焊接设备进行一元化自寻优智能控制，本系统程序主要由控制算法模块组成，如图2所示。

控制算法模块的主要功能为：

(1)一元化查表规划模块为系统的初级阶段工作模块

此模块根据焊机面板设定的焊接电流值进行一元化初始工作。即，此模块通过查找离线制定的一元化推荐表格，确定弧压的推荐值送电压闭环控制模块，并确定焊接电流波控参数基本值送电流波形控制模块。由此系统进入一元化控制的初级工作阶段。

(2)一元化弧压自寻优模糊控制器为弧压智能调节模块

此模块根据焊接短路过渡的特征参数，对弧压进行优化微调，以改善焊接过程的工艺性能。

(3)波控为焊接电流波形的智能控制模块。

相对独立工作的波控器模块根据特征参数，对短路过渡电流波形进行控制，以降低飞溅，改善焊接工艺性能。

图3为并联式波控作用微机控制系统的电路组成框图。图中IGBT及其串接电阻R起分流作用，并与电源成并接关系。可从IGBT动作的暂态过程分析波控的作用。由图可见，系统中的电流波形发生电路相当于一可控分流器。此系统的工作原理是：IGBT元件通常处于关断状态，只有在需要产生负电流脉冲时，才由微机控制此元件瞬间导通。波形控制器的IGBT元件大部分时间处于关断状态，功耗较小，器件发热也较小，有利于保护IGBT。图中含IGBT内阻的串接可调电阻R可控制通过IGBT的电流或波控深度。R具有限流作用，R不宜过小(应大于0.05)，以避免IGBT过流烧坏。

智能可控硅焊机的主要技术特性：

额定输入电压、相数             AC380，3相

额定输入容量                   31.9KVA 28.1KW

最高空载电压                   66V

输出电流                       DC60～500A

输出电压                       DC16～45V

额定负载持续率(周期10分钟)     60％

焊丝直径                      低碳钢实芯焊丝/药芯焊丝

                              1.2mm，1.4mm，1.6mm

电压调节量                    14V+0.05I±5V(I为焊接电流值)

外形尺寸(宽×长×高)          436×740×817(mm)

重量                          205Kg

Claims (1)

1、一种智能化可控硅焊机，包括普通可控硅焊接电源，其特征在于：

a、在普通可控硅焊接电源内附加一个8952单片机控制模块，可以实现普通可控硅焊接电源的微机控制；

b、通过目标函数的自寻优智能控制器，实现普通可控硅电源一元化调节与智能自寻优控制；

c、在普通可控硅焊接电源内附加一个并联式IGBT分流电路，可以实现普通可控硅焊接电源焊接电流的波形控制；

d、智能化及波控部分以机顶盒的形式出现，与焊机内控制电路通过接口连接，从而提高了焊机控制电路的灵活性。

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