專利名稱:焊接交流電弧斷弧參數(shù)的測定方法和裝置的制作方法
本發(fā)明屬于焊接交流電弧穩(wěn)定性測定技術(shù)領(lǐng)域：
，專門用來測定斷弧參數(shù)。
本發(fā)明是建立在“斷弧”的新概念基礎(chǔ)之上。在焊接交流電弧自然過零點附近，如果有一段時間內(nèi)交流電弧電流隨時間的變化率為零，即 (di)/(dt) ＝0，則此時發(fā)生了斷弧， (di)/(dt) ＝0所持續(xù)的一段時間稱為斷弧時間。若在焊接交流電弧自然過零點附近， (di)/(dt) 不等0，焊接交流電弧電流值也不按正弦規(guī)律變化。 (di)/(dt) 低于某一個常數(shù)，此時雖未發(fā)生實際斷弧，但也是焊接交流電弧(注上述及以后的“交流電弧電流”均為“焊條焊接交流電弧電流，，的簡稱)不穩(wěn)定的一種現(xiàn)象，因此稱之為“準(zhǔn)斷弧”。在記錄時間內(nèi)，斷弧時間和次數(shù)，準(zhǔn)斷弧的時間和次數(shù)統(tǒng)稱為斷弧參數(shù)。在一定焊接時間和焊接規(guī)范下，斷弧時間越長，斷弧次數(shù)越多，則焊接電弧穩(wěn)定性越差。
焊條用交流電源施噬時，其斷弧現(xiàn)象有三個特征1.明視電弧突然熄滅或亮度明顯減弱;2.電弧電壓波形中出現(xiàn)很高的引弧電壓;3.電弧電流在過零點附近的一段時間內(nèi)幾乎保持為零。依據(jù)這在特征，采用了不同的測定方法。其中甘肅工業(yè)大學(xué)焊接教研室在《堿性焊條交流電弧穩(wěn)定性的研究》中提出用SC-10光線示波器測定焊接交流電弧“斷弧率”的方法，用SC-10光線示波器拍攝記錄交流施焊時的電壓波形，假定在波形圖上有V峰≥2V弧的引燃峰值電壓出現(xiàn)，就認(rèn)為“斷弧”一次，這樣在所拍攝的波形圖上算出斷弧次數(shù)占全部波形圖周波數(shù)的百分比，稱之為“斷弧率”。斷弧率越大，交流電弧穩(wěn)定性越差。
蘇聯(lián)學(xué)者K.Pokhclnya等在《1979年倫敦國際焊接論文集》第1卷第93頁上發(fā)表題為《交流電弧穩(wěn)定性的研究》的論文，這篇論文中提出了一種焊接交流電弧穩(wěn)定性測定方法。即將在焊接過程中弧前期(從電弧自然過零點瞬時至電弧引燃時刻)電弧空間電導(dǎo)率平均增長速度B作為電弧穩(wěn)定性的特征值，B與峰值電壓的引弧電流I成正比，與引弧峰值電壓和弧前期持續(xù)時間之積成反比。其測定方法為通過與焊接回路相連的轉(zhuǎn)換器將正比與焊接電流和電壓的電信號輸入給不穩(wěn)定過程分析儀，轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，通過初次數(shù)據(jù)處理將電弧燃燒參數(shù)分離出來，最后用電子計算機和雙筆記錄儀給出統(tǒng)計結(jié)果或在屏幕上顯示出來，同時用打印機打印出數(shù)據(jù)。
用光線示波器測定焊接交流“斷弧率”的方法只能測定在一定時間內(nèi)的交流電弧斷弧次數(shù)，很難測定重要的斷弧時間，而且要得到統(tǒng)計結(jié)果必須拍攝和分析大量膠片，效率很低。上述所指的V峰≥2V弧的情況用精密的陰極射線示波器來測定是較少發(fā)現(xiàn)的，采用光線示波器拍攝，由于該裝置精度極低，本身引入了測量誤差，所以測量結(jié)果與實際情況是有出入的。
蘇聯(lián)學(xué)者K.Pokhclnya等人提出的測定方法比較科學(xué)，但也存在一些問題。第一根據(jù)高精度數(shù)字記憶示波器分析的結(jié)果，交流電弧斷弧現(xiàn)象一般只發(fā)生在電弧電流過零點附近，其持續(xù)時間很少超過10ms，即半個周波，多為幾百微秒。而用該方法測的弧前期時間(按其定義，弧前期持續(xù)時間應(yīng)小于半個周波，小于或等于斷弧時間)基本上都大于10ms，在這樣長的時間里，交流電弧基本上沒有燃燒，實際上測的大部分為熄弧時間。第二，該方法沒有區(qū)分?jǐn)嗷∨c非斷弧這兩個截然不同的現(xiàn)象，而是只從電弧空間導(dǎo)電率增長速度來確定交流電弧的穩(wěn)定性。第三，該裝置采用高速計算機數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，設(shè)備昂貴。
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，精確而快速地測定斷弧參數(shù)，確定焊接交流電弧穩(wěn)定性。
本發(fā)明采用焊接交流電弧電流作為檢測對象。如圖1所示，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)分流器〔3〕采樣交流電弧電流進行電流/電壓的線性變換，得到與焊接電流成正比的采樣輸入電壓。前置放大器〔4〕將此信號放大后分兩路輸出，一路進入微分器〔5〕進行微分運算。另一路進入絕對值電路〔8〕對交流電弧電流信號取絕對值。微分器〔5〕將交流電弧電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒎州敵?(di)/(dt) ，用以抽取斷弧的特征。由于采用了微分器〔5〕，不僅排除了焊接過程中由于焊接電流波動對測量帶來的誤差，消除了前置放大器溫漂，時漂對系統(tǒng)造成的誤差，而且可以分離出去在堿性焊條交流施焊過程中由于溶滴短路過渡而產(chǎn)生的滅弧現(xiàn)象(電弧短路)。絕對值電路〔6〕、〔8〕分別對交流電弧電流信號的微分和交流電弧電流信號取絕對值。兩絕對值信號分別進入兩個比較器〔7〕、〔9〕。對于電弧電流微分信號絕對值的基值取值前面已有定義，即 (di)/(dt) ＝0，這是測定斷弧參數(shù)時比較器〔7〕的閾值。(由于絕對值電路存在運算誤差及漂移等，此值實取一可接受的誤差值，本裝置中定為10mv)。當(dāng)此閾值增大時，即 (di)/(dt) ＝α，本裝置不僅能夠測得實際斷弧參數(shù)，而且同時測得交流電弧自然過零點附近 (di)/(dt) ＜α的任何準(zhǔn)斷弧參數(shù)，這樣便擴展了本裝置的性能。比較器〔7〕的輸出為當(dāng)交流電弧電流微分絕對值中凡符合 (di)/(dt) ＜α的所有時刻均有一高電平與之對應(yīng)，此高電平形成了一個矩形脈沖，脈沖寬度就等于斷弧時間，以脈沖序列方式給出。在此脈沖序列中包含了交流電弧自然過零點附近斷弧或準(zhǔn)斷弧所引起的脈沖，也包含了交流電弧電流最大值附近其 (di)/(dt) ＜α的全部時刻，這后一部分顯然是不符合斷弧定義的，必須將其剔除。使交流電弧電流信號的絕對值通過比較器〔9〕，產(chǎn)生標(biāo)識信號予以識別。電流信號通過閾值為b的比較器〔9〕，每當(dāng)過零時比較器〔9〕輸出一正脈沖，當(dāng)b取值為400mv時(此時峰值為2V)，在標(biāo)準(zhǔn)正弦時，對應(yīng)標(biāo)識脈沖寬度為1.3ms。實際斷弧或準(zhǔn)弧發(fā)生時，此脈沖將自動展寬，若斷弧時間小于1.3ms/2時，標(biāo)識脈沖寬度變寬不多;斷弧時間大于1.3ms/2時，則標(biāo)識脈沖寬度大于1.3ms/2+斷弧時間。即每當(dāng)發(fā)生斷弧必定對應(yīng)一個標(biāo)識脈沖，且標(biāo)識標(biāo)沖寬度總大于斷弧時間。由正弦函數(shù)與其微分關(guān)系可知，兩者恰有90°相位差，交流電弧電流過零時，微分經(jīng)過最大值，斷弧就發(fā)生在交流電弧電流過零和其微分的最大值附近，自然斷弧脈沖與標(biāo)識脈沖相重合，且均為高電平，經(jīng)過與非門〔10〕，斷弧脈沖被檢出，為低電平。
在比較器與與非門之間采用了光電耦合器件，目的在于使模似信號處理部分與計算機之間進行完全電氣隔離，防止焊機主回路對計算機的干擾，同時實現(xiàn)了運算放大器與與非門〔10〕間的電平轉(zhuǎn)換。
為了在不同焊接規(guī)范時模似處理系統(tǒng)均能得到同樣的輸入電平，本裝置設(shè)置了簡單峰值電壓表〔11〕，與采樣部分電位器配合使用，可在不同焊接規(guī)范時使前放級輸出電壓峰值調(diào)整在2V。至此，交流電弧電流模似信號處理全部完成。
本發(fā)明的斷弧參數(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理由單板計算機〔12〕完成。設(shè)定計算機P10為輸入口，用以接受由模似信號處理裝置輸出的斷弧和準(zhǔn)斷弧脈沖。P10AP10B均設(shè)定為位控方式。其中P10A口作為定時器同步信號輸入口。它等待第一個斷弧脈沖到來后執(zhí)行“定時器同步啟動”中斷服務(wù)程序，該中斷服務(wù)程序調(diào)用一個延時5ms子程序，程序流程圖如圖2所示。
該程序使系統(tǒng)接受到第一個斷弧脈沖后延時5ms投入運行。其目的是使10ms計時周期與電弧電流周期嚴(yán)格同步，且滯后于電流周期5ms，以避免在斷弧發(fā)生時，斷弧參數(shù)測試中斷服務(wù)程序(圖4)與定時器中斷服務(wù)程序(圖3)嵌套。但在一次斷弧時間超過5ms時此嵌套不可避免，然而這時所產(chǎn)生的測試誤差比例已很小，可忽略。為使程序不致很長，在程序中此誤差未予修正。
定時器CTC使用主機中周期為0.5008μS的時鐘脈沖產(chǎn)生10ms一次的中斷信號，如圖3所示，定時器中斷100次，所運行的時間便是10ms×100＝1標(biāo)準(zhǔn)秒，用秒寄存器累計測試過程的秒時數(shù)。
P10B口接受斷弧脈沖而產(chǎn)生中斷，如圖4所示為斷弧參數(shù)測試中斷服務(wù)程序流程圖，其核心是一個周期為25μS的循環(huán)體，作為邏輯尺對斷弧脈沖寬度進行測量，每循環(huán)一次，斷弧時間寄存器加一，至斷弧結(jié)束為止。測量結(jié)束后，將斷弧時間寄存器中記錄的本次斷弧時間數(shù)據(jù)置于數(shù)據(jù)區(qū)指針指定的內(nèi)存單元中，使相鄰兩數(shù)據(jù)間空出一個字節(jié)，留作將來進行十進制轉(zhuǎn)換時使用。然后，斷弧次數(shù)寄存器加1，在其內(nèi)累積斷弧次數(shù)。
如圖5所示，主程序由四段組成1、P10A口初始化，設(shè)定為位控，允許中斷方式，開CPU中斷后處于等待狀態(tài)。
2、關(guān)閉P10A口，使其禁止中斷。P10B口初終化，設(shè)定為位控，允許中斷方式。定時器初始化，設(shè)定為自動啟動，10ms定時，3、設(shè)置各寄存器的初始狀態(tài)，開CPU中斷然后進入循環(huán)程序，檢測秒計數(shù)器是否已到設(shè)定的采樣時間，未到則繼續(xù)循環(huán)，并隨時響應(yīng)P10B口中斷與定時器中斷，若到設(shè)定的采樣時間，則立即關(guān)閉CPU中斷，進入數(shù)據(jù)處理程序。
4、數(shù)據(jù)處理首先將二字節(jié)十六進制的斷弧次數(shù)轉(zhuǎn)換成三字節(jié)十進制數(shù)，并存入原地址中，此時將占用原來予留的一個空單元。然后按斷弧次數(shù)指定的數(shù)據(jù)個數(shù)對數(shù)據(jù)區(qū)中貯存的斷弧時間依次進行十進制轉(zhuǎn)換，同樣，每個數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換后都將占用一個予留的空單元，直至數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)換完畢，即進行打印工作。至此，測試工作結(jié)束，得到了該次實驗的全部數(shù)據(jù)。
本發(fā)明為改善藥皮焊條，電焊機的工藝性能，為解決堿性焊條交流施焊問題提供了一個非常重要的測試手段，能夠快速，精確的測定焊接交流電弧的斷弧參數(shù)。本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低，能夠立即得到測試結(jié)果。
權(quán)利要求
1.測定焊接交流電弧斷弧參數(shù)方法，其特征在于將焊接交流電弧電流作為原信號，采用微分器[5]對焊接交流電弧電流原信號進行微分處理，使斷弧現(xiàn)象特征化；
2.按權(quán)利要求
1所述，本發(fā)明的特征在于采用絕對值電路〔8〕和比較器〔9〕將焊接交流電弧電流原信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)識脈沖，用標(biāo)識脈沖識別斷弧脈沖;
3.按權(quán)利要求
1所述，本發(fā)明的特征在于使用單板計算機〔12〕，采用定時器同步啟動中斷服務(wù)程序使整個系統(tǒng)延時運行，使計時周期與焊接交流電弧電流周期嚴(yán)格同步;采用主程序和定時器中斷服務(wù)程序、斷弧信號測試中斷服務(wù)程序進行數(shù)據(jù)處理，確定斷弧參數(shù);
4.用于權(quán)利要求
1所述方法的裝置，其特征在于該裝置由前置放大器〔4〕、微分器〔5〕、絕對值電路〔6〕、〔8〕、比較器〔7〕、〔9〕、與非門電路〔10〕和單板計算機〔12〕、峰值電壓表〔11〕組合而成。
專利摘要
本發(fā)明采用焊接交流電弧電流原信號作為檢測對象，采用微分器對交流電弧電流原信號進行微分處理，用絕對值電路和比較器產(chǎn)生標(biāo)識脈沖，識別斷弧脈沖，最后用單板計算機進行數(shù)據(jù)處理，測定出斷弧時間和斷弧次數(shù)及準(zhǔn)斷弧時間和準(zhǔn)斷弧次數(shù)。本發(fā)明的裝置是由前置放大器、微分器、絕對值電路、比較器及與非門電路外加單板計算機組合而成。
文檔編號G01R31/00GK86102806SQ86102806
公開日1987年6月17日 申請日期1986年4月20日
發(fā)明者龐鐵軍, 陳劍虹, 樊丁, 陳越耿 申請人:甘肅工業(yè)大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan