熔化電極電弧焊接熔滴縮頸檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熔化電極電弧焊接熔滴縮頸檢測方法，基于逆變式電源的熔化極焊接系統(tǒng)中需要判斷焊接短路和燃弧時(shí)，對(duì)逆變式電源的輸出電流進(jìn)行采樣，計(jì)算輸出電流的變化斜率，將輸出電流的變化斜率分別與短路閾值、燃弧閾值進(jìn)行比較，作為短路、燃弧是否發(fā)生的判斷依據(jù)。本發(fā)明熔化電極電弧焊接熔滴縮頸檢測方法對(duì)縮頸判斷的實(shí)時(shí)性和真實(shí)性好，夠改善焊接成型，減少焊接飛濺，以及實(shí)現(xiàn)良好的焊接電弧動(dòng)特性。
【專利說明】熔化電極電弧焊接熔滴縮頸檢測方法
[【技術(shù)領(lǐng)域】]
[0001]本發(fā)明涉及電弧焊接，尤其涉及一種熔化電極電弧焊接熔滴縮頸檢測方法。
[【背景技術(shù)】]
[0002]傳統(tǒng)熔化電極電弧焊接裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。焊接電源WPS的輸出特性為恒壓特性，為焊絲1、電弧2以及母材3提供能量，用以熔化焊絲1、維持電弧2以及加熱母材3。焊絲I通過送絲裝置4以恒速方式送進(jìn)，焊絲I送進(jìn)速度應(yīng)與焊絲熔化速度保持一致以保證焊接過程穩(wěn)定。
[0003]如圖2所示，熔化電極電弧焊接在較低送絲速度時(shí)，為保證焊接質(zhì)量，常常使熔滴處于短路過渡狀態(tài)，即短路和重新燃弧反復(fù)交替發(fā)生。tl-t5期間的短路時(shí)間Ts內(nèi)，焊絲與母材處于短路狀態(tài)，此時(shí)焊接電壓Vw處于較低的值，焊接電流Iw逐漸增加，焊接能量Pw處于一個(gè)較低的值，而在t5-t6的燃弧時(shí)間Ta內(nèi)，電弧和電極電壓重新建立，焊接電流Iw逐漸減小，焊接電壓Vw逐漸回到控制值。
[0004]在基于逆變式電源的焊接系統(tǒng)中，為了獲得較好的電弧動(dòng)特性，改善焊接成型，以及改善焊接飛濺，常常需要在焊接短路和燃弧狀態(tài)下采取不同的控制策略和控制參數(shù)，因此首先需要判斷焊接短路的發(fā)生和結(jié)束。
[0005]如圖3所示，現(xiàn)有技術(shù)I通過采樣電源輸出端口的電壓，通過硬件或者軟件濾波后，將其與電壓閾值比較。當(dāng)采樣電壓小于短路電壓閾值時(shí)，認(rèn)定為短路；當(dāng)采樣電壓大于燃弧電壓閾值時(shí)，認(rèn)定為燃弧。該方法嚴(yán)重受到輸出功率線纜長度和焊接電流大小的影響。當(dāng)輸出功率線纜較長或者盤卷時(shí)，判斷經(jīng)常失效。
[0006]如圖4所示，現(xiàn)有技術(shù)2通過增加一根平行于輸出功率線纜的電壓采樣線，達(dá)到避免現(xiàn)有技術(shù)I中受到功率線纜長度造成的影響。但由于增加的電壓采樣線通常與輸出功率線纜綁定在一起，因此不可避免受到電磁感應(yīng)效應(yīng)的影響，實(shí)際上采樣線與功率線就像是兩個(gè)耦合在一起的電感線圈。該效應(yīng)導(dǎo)致在有強(qiáng)烈的電壓和電流變化的場合下，增加電壓采樣線的采樣效果大打折扣。
[0007]如圖5所示，現(xiàn)有技術(shù)3通過采樣焊接電源輸出電壓，并且通過濾波單元和斜率計(jì)算單元計(jì)算輸出電壓斜率，在輸出電壓斜率出現(xiàn)劇變時(shí)，判斷短路和燃弧的發(fā)生。該方法避免了現(xiàn)有技術(shù)I中采用采樣電壓絕對(duì)值進(jìn)行比較的缺點(diǎn)，但依然存在現(xiàn)有技術(shù)2中采樣電壓值受電磁干擾影響的問題。逆變式焊接電源輸出電壓的波形中存在大量開關(guān)頻率諧波，因此在進(jìn)行電壓斜率計(jì)算前首先要濾除這些開關(guān)頻率諧波，該濾波時(shí)間常數(shù)至少需要達(dá)到開關(guān)周期的二倍以上。在現(xiàn)有技術(shù)下，通常逆變式焊接電源的開關(guān)頻率在80kHz以下，因此此濾波時(shí)間常數(shù)至少需要50微秒。而通常的短路到燃弧、燃弧到短路的切換過程在50微秒左右，因此短路和燃弧的判斷在開始之前已經(jīng)面臨著延時(shí)的可能。
[
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種實(shí)時(shí)性和真實(shí)性好的熔化電極電弧焊接熔滴縮頸檢測方法，由此改善焊接成型，減少焊接飛濺，并實(shí)現(xiàn)良好的焊接電弧動(dòng)特性。
[0009]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種熔化電極電弧焊接熔滴縮頸檢測方法，基于逆變式電源的熔化極焊接系統(tǒng)中需要判斷焊接短路和燃弧時(shí)，對(duì)逆變式電源的輸出電流進(jìn)行采樣，計(jì)算輸出電流的變化斜率，將輸出電流的變化斜率分別與短路閾值、燃弧閾值進(jìn)行比較，作為短路、燃弧是否發(fā)生的判斷依據(jù)。
[0010]以上所述的熔化電極電弧焊接熔滴縮頸檢測方法，在逆變式電源的一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)對(duì)輸出電流進(jìn)行多次采樣，提高判斷短路與燃弧狀態(tài)的實(shí)時(shí)性。
[0011]本發(fā)明熔化電極電弧焊接熔滴縮頸檢測方法對(duì)縮頸判斷的實(shí)時(shí)性和真實(shí)性好，夠改善焊接成型，減少焊接飛濺，以及實(shí)現(xiàn)良好的焊接電弧動(dòng)特性。
[【專利附圖】

【附圖說明】]
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0013]圖1是現(xiàn)有技術(shù)熔化電極電弧焊接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是現(xiàn)有技術(shù)熔化電極電弧焊接電流、電壓、功率變化的時(shí)序圖。
[0015]圖3是現(xiàn)有技術(shù)I熔化電極電弧焊接熔滴縮頸檢測和控制原理框圖。
[0016]圖4是現(xiàn)有技術(shù)2熔化電極電弧焊接熔滴縮頸檢測和控制原理框圖。
[0017]圖5是現(xiàn)有技術(shù)3熔化電極電弧焊接熔滴縮頸檢測和控制原理框圖。
[0018]圖6是本發(fā)明熔化電極電弧焊接熔滴縮頸檢測原理圖。
[0019]圖7是本發(fā)明實(shí)施例熔化電極電弧焊接熔滴縮頸檢測和控制原理框圖。
[【具體實(shí)施方式】]
[0020]如圖6所示。在基于逆變電源的熔化極焊接過程中，當(dāng)熔滴短路瞬間和短路過程結(jié)束恢復(fù)到燃弧的瞬間，系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)會(huì)發(fā)生突變，因此焊接電流的斜率會(huì)在此時(shí)刻發(fā)生突變。
[0021]如圖7所示，本發(fā)明實(shí)施例以數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為核心，通過A/D單元采樣焊接電流，計(jì)算焊接電流斜率，并將此斜率與短路閾值或燃弧判斷閾值相比較，作為翻轉(zhuǎn)短路和燃弧狀態(tài)標(biāo)志。其中，為了提高判斷過程的實(shí)時(shí)性，對(duì)數(shù)字信號(hào)處理器采樣焊接電流的過程實(shí)施重復(fù)采樣，即在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)對(duì)焊接電流進(jìn)行多次采樣。
[0022]圖7是本發(fā)明關(guān)于熔化電極氣體保護(hù)焊接熔滴短路、燃弧檢測和控制原理框圖。主電路有數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)控制，DSP內(nèi)部控制包括電壓采樣濾波單元，電流采樣濾波單元，短路、燃弧檢測單元，以及焊接過程控制單元。
[0023]當(dāng)熔化極焊接系統(tǒng)開始工作時(shí)，電壓和電流信號(hào)通過電壓檢測單元和電流檢測單元傳入DSP。DSP在逆變式電源的一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行多次采樣，以使得電流采樣信號(hào)燃弧和短路瞬間保持連續(xù)。電流信號(hào)通過多次采樣環(huán)節(jié)后，進(jìn)入短路、燃弧檢測單元。在該單元中，首先通過斜率檢測環(huán)節(jié)將電流絕對(duì)值信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流斜率絕對(duì)值信號(hào)，然后將此信號(hào)通過帶有回滯功能的比較單元分別于短路判斷點(diǎn)和燃弧判斷點(diǎn)進(jìn)行比較，得到短路成功或者燃弧成功信號(hào)。將短路、燃弧檢測單元的輸出信號(hào)傳入焊接過程控制單元，對(duì)焊機(jī)過程進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂疲玫椒€(wěn)定的焊接過程和良好的焊接成型。
[0024]本發(fā)明以上實(shí)施例采用對(duì)焊接電流和焊接電流斜率進(jìn)行判斷的方法，電流絕對(duì)值不會(huì)受輸出電纜長度影響，首先可以有效避免現(xiàn)有技術(shù)I中由于輸出功率線過長或盤卷而造成的短路、燃弧電壓判斷點(diǎn)失效的問題；其次，由于電流為串聯(lián)變量，可以省去與功率線纜并聯(lián)的采樣線，因此從根本上解決了現(xiàn)有技術(shù)2中的電磁感應(yīng)干擾問題；本發(fā)明以上實(shí)施例采用一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)重復(fù)采樣的方式，有效避免了現(xiàn)有技術(shù)3中電壓采樣容易受到開關(guān)頻率紋波以及外部磁場干擾造成的采樣失真，進(jìn)而影響熔滴縮頸判斷的情況，提高了縮頸判斷的實(shí)時(shí)性和真實(shí)性。
[0025]本發(fā)明對(duì)縮頸判斷的實(shí)時(shí)性和真實(shí)性好，夠改善焊接成型，減少焊接飛濺，以及實(shí)現(xiàn)良好的焊接電弧動(dòng)特性。
【權(quán)利要求】
1.一種熔化電極電弧焊接熔滴縮頸檢測方法，其特征在于，基于逆變式電源的熔化極焊接系統(tǒng)中需要判斷焊接短路和燃弧時(shí)，對(duì)逆變式電源的輸出電流進(jìn)行采樣，計(jì)算輸出電流的變化斜率，將輸出電流的變化斜率分別與短路閾值、燃弧閾值進(jìn)行比較，作為短路、燃弧是否發(fā)生的判斷依據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔化電極電弧焊接熔滴縮頸檢測方法，其特征在于，在逆變式電源的一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)對(duì)輸出電流進(jìn)行多次采樣，提高判斷短路與燃弧狀態(tài)的實(shí)時(shí)性。
【文檔編號(hào)】B23K9/10GK103962686SQ201410169832
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】蘆煒 申請(qǐng)人:深圳麥格米特電氣股份有限公司