一种低能量输入电弧焊接系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及用于低能量输入电弧焊接系统及方法，属于焊接设备及自动化领域。本系统采用推拉丝的送丝方式，焊接系统和送丝系统。焊接系统主要包括有直接为焊接提供功率输出的主电路部分（１）和控制主电路输出功率的控制电路部分（２）。送丝系统包括有上位机（Ｆ）、电机控制器（Ｇ）、送丝电机，上位机（Ｆ）通过电机控制器（Ｇ）与送丝电机（Ｈ）相连。送丝电机采用一种交流伺服电机，在上位机（Ｆ）中预先编好电机转动的程序，也就是设定好焊丝的运动轨迹，然后根据电压反馈信号通过控制电路判断焊接过程，配合焊丝运动给出相应的焊接电流。具有控制方法简单，能够保证弧长稳定的优点。

Low energy input arc welding system and method

The invention relates to a low energy input arc welding system and method, belonging to welding equipment and automation field. Wire feeding system, welding system and wire feeding system are adopted in this system. The welding system mainly includes the main circuit part (1) which provides power output directly for welding and the control circuit (2) that controls the output power of the main circuit. The wire feeding system comprises an upper computer (F), an electric motor controller (G) and a wire feeding motor, wherein the upper computer (F) is connected with the feeding wire motor (H) through an electric motor controller (G). The wire feeding motor is AC servo motor in the PC (F) in pre programmed motor rotating, which is set a good wire trajectory, then according to the voltage feedback signal through the control circuit to determine the welding process, welding wire with the corresponding welding current movement. It has the advantages of simple control method and stable arc length.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于低能量输入电弧焊接系统及方法，属于焊接设备及自动化领域。
技术介绍
低能量输入电弧焊接是一种针对于薄板的焊接方法，尚处于起步阶段，大家对这种方法的理解有所不同，对很多问题的看法还没有达成共识。目前主要有两种焊接方法，一种叫做冷金属过渡焊接，另一种叫做冷电弧焊接，这两种焊接方法都采用短路过渡的熔滴过渡方式，但是其工艺特点大不相同。对于第一种形式，采用推拉丝的送丝方式，使用专门设计的送丝系统，送丝机可以在很高的频率下完成正反转动作，在焊接过程中监测到短路信号，反馈给送丝机，送丝机做出回应回抽焊丝，从而使焊丝和熔滴分离，降低了能量输入，整个焊接过程几乎无飞溅。而第二种形式，采用连续向前的送丝方式，使用普通的送丝系统配合短路过渡的波形控制技术，使用含有特定成分的焊丝，达到降低焊接能量输入的效果。然而不论哪种工艺形式，都有较大的不足第一种形式要求在十几微秒的焊接周期里根据焊接的状态实时控制电机的运动，使其按照焊接工艺的要求完成正反转，其控制复杂实现比较困难；第二种形式采用特制的焊丝不易于推广。
技术实现思路
基于现有低能量输入电弧焊接方法的不足，本专利技术提出了，本系统采用推拉丝的送丝方式，具有简单可控、保证电弧稳定性的优点。本专利技术所提出的低能量电弧焊接系统分为两部分焊接系统(如附图说明图1所示)和送丝系统(如图2所示)，送丝系统采用一种交流伺服电机，按照实际焊接要求预先编好电机转动的程序，也就是设定好焊丝的运动轨迹，然后根据电压反馈信号通过控制电路判断焊接过程，配合焊丝运动给出相应的焊接电流，保证焊接弧长相对恒定，使焊接过程稳定可靠。本专利技术采用了如下技术方案，本系统包括有直接为焊接提供功率输出的主电路部分1、送丝系统3和用于调节主电路部分1输出功率的控制电路部分2，控制电路部分2包括有核心控制部分A、控制执行部分B、外围设备控制及执行部分C、前面板的输入及显示部分D、送丝系统控制接口部分E。其中，核心控制部分A包括有DSP系统A1及分别与DSP系统A1连接的D/A转换A2、电流采样及滤波A3、电压采样及滤波A4，电流采样及滤波A3和电压采样及滤波A4的输入端为主电路部分1的焊接功率输出1.7输出的电流、电压信号；控制执行部分B、外围设备控制及执行部分C、前面板的输入及显示部分D、送丝系统控制接口部分E都分别与DSP系统A1连接。控制执行部分B包括有脉宽调制电路B1、IGBT驱动电路B3、保护电路B2，脉宽调制电路B1的一端通过D/A转换A2与DSP系统A1相连，另一端与IGBT驱动电路B3相连，IGBT驱动电路作为控制执行部分B的输出与主电路部分1的逆变电路1.3相连，脉宽调制电路还连接有保护电路B2。外围设备控制及执行部分C包括有焊枪开关C1、气阀C2，焊枪开关C1及气阀C2均与DSP系统A1相连，焊枪开关C1为DSP系统A1提供焊接开关信号，气阀C2接收DSP系统A1的指令为焊接过程提供保护气；前面板的输入及显示部分D包括有与DSP系统A1相连的焊接参数显示D1和焊接参数预置D2。送丝系统控制接口部分E通过送丝系统控制接口电路E1与送丝系统3相连。所述的送丝系统3包括有上位机F、电机控制器G、送丝电机，上位机F通过电机控制器G与送丝电机H相连，电机控制器G通过控制电路部分2中的送丝系统控制接口电路E1接受DSP系统A1发出的信号。所述的焊接参数显示D1先显示通过焊接参数预置D2预置的焊接参数，再实时显示实际焊接电流电压值。以上所述的一种低能量输入电弧焊接系统的控制方法，其特征在于，该方法是按以下步骤实现的1)根据实际要求，确定焊接参数包括送丝速度V、基值电流Ib、峰值时间Ip、短路电流、平均电压参考值Uac，通过前面板的输入及显示部分D将以上焊接参数输入DSP系统A1；2)根据实际要求，确定焊丝运动曲线L，焊接前将焊丝运动曲线L从上位机下载到电机控制器G，焊接时送丝电机H将按照焊丝运动曲线L做相应的运动；3)DSP系统A1检测焊枪开关C2是否打开，是则打开脉宽调制电路B1，即输出能量，启动送丝电机H，DSP系统通过从电压采样及滤波A4接收到的焊接电压反馈信号判断焊接过程是否发生短路，如果发生短路，就给出相应的短路电流，如果没有发生短路，就通过计算程序给出此时的峰值电流Ip，当峰值电流Ip作用了峰值时间Tp之后，给出基值电流Ib。所述的计算程序为，DSP系统(A1)计算来自电压采样及滤波(A4)的3～10个周期的平均电压，并将该平均电压值与预先设定的平均电压参考值Uac进行比较，然后根据二者的差值确定峰值电流Ip；或者所述的计算程序为，DSP系统A1计算来自电压采样及滤波A4的3～10个周期的平均电压，并将该平均电压值与预先设定的平均电压参考值Uac进行比较得到二者的差值ΔU(n)；再将本次计算的ΔU(n)与前一次的值ΔU(n-1)相减得到差值即平均电压变化率e(Ub)，然后根据ΔU(n)和e(Ub)确定峰值电流Ip。所述的短路电流包括有短路初期电流Idc、短路后期电流Idh，短路刚开始时给出短路初期电流Idc，短路初期电流Idc作用Tdc时间后，给出短路后期电流Idh。所述的短路初期电流一般取值为3～50A，短路初期电流作用时间Tdc为0.5～3ms，短路后期电流取值为20～100A。所述的送丝速度V的取值范围为3～7m/min，基值电流Ib的取值范围为10～50A，峰值时间Ip的取值范围0.5～3ms、短路电流的取值范围为3～100A、平均电压参考值Uac的取值范围为10～15V，峰值电流Ip取值范围为120～300A。采用上述方法使电流、电压参数配合焊丝运动，保证弧长稳定，完成焊接过程。本专利技术的设计思想为将焊接系统和送丝系统配合起来，按照实际焊接要求预先编好电机转动的程序，也就是设定好焊丝的运动轨迹，使焊接过程的电流、电压参数配合预先设定的焊丝运动，结合专门的控制方法，达到低能量输入，实现稳定的焊接过程。其中将两个系统配合起来的控制方法为本专利技术的核心部分，即能量控制法，其原理为根据反馈电压信号判断短路与燃弧状态。短路阶段，在短路初期，电流恒定在一个较小值，保证不产生瞬时飞溅；在短路后期，电流保持在一个稍大值，保证熔滴拉断时电弧顺利再引燃以及有利于形成颈缩。燃弧阶段，在短路刚结束时，根据一定周期(如5个周期)的电压反馈信号计算出的平均电压值并与平均电压参考值进行比较得到二者的差值ΔU(n)，再将本次计算的ΔU(n)与前一次的值ΔU(n-1)相减得到差值即平均电压变化率e(Ub)，根据ΔU(n)或者ΔU(n)和e(Ub)得出峰值电流值，保持峰值电流值在峰值时间内恒定，当峰值时间到，给出恒定的基值电流值。若弧长受到干扰时弧长恢复主要依靠峰值电流的变化引起的能量变化来进行调节。由此模式决定了整个焊接过程由不同的多段恒定的电流组成，可以根据能量的变化自动调节弧长，使焊丝运动与焊接参数配合起来，实现稳定的焊接过程。与现有技术相比，本专利技术采用的控制方法及电弧焊接系统具有以下优点1、焊接过程能量输入低、过程稳定可靠，几乎无飞溅，电弧稳定性强。由于本专利技术方法将焊接系统和送丝系统配合起来，焊接参数和焊丝的前进回抽相配合，采用能量控制模式，能够更好的控制外部因素对弧长的干扰，所以能够提高电弧稳定性和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低能量输入电弧焊接系统，包括有直接为焊接提供功率输出的主电路部分（１）、送丝系统（３）、还包括有用于调节主电路部分（１）输出功率的控制电路部分（２），控制电路部分（２）包括有核心控制部分（Ａ）、控制执行部分（Ｂ）、外围设备控制及执行部分（Ｃ）、前面板的输入及键盘／显示部分（Ｄ）、送丝系统控制接口部分（Ｅ）；其中，核心控制部分（Ａ）包括有ＤＳＰ系统（Ａ１）及分别与ＤＳＰ系统（Ａ１）连接的Ｄ／Ａ转换（Ａ２）、电流采样及滤波（Ａ３）、电压采样及滤波（Ａ４），电流采样及滤波（Ａ３）和电压采样及滤波（Ａ４）的输入端为主电路部分（１）的焊接功率输出（１．７）输出的电流、电压信号；控制执行部分（Ｂ）、外围设备控制及执行部分（Ｃ）、前面板的输入及显示部分（Ｄ）、送丝系统控制接口部分（Ｅ）都分别与ＤＳＰ系统（Ａ１）连接；控制执行部分（Ｂ）包括有脉宽调制电路（Ｂ１）、ＩＧＢＴ驱动电路（Ｂ３）、保护电路（Ｂ２），脉宽调制电路（Ｂ１）的一端通过Ｄ／Ａ转换（Ａ２）与ＤＳＰ系统（Ａ１）相连，另一端与ＩＧＢＴ驱动电路相连，ＩＧＢＴ驱动电路作为控制执行部分（Ｂ）的输出与主电路部分（１）的逆变电路（１．３）相连，脉宽调制电路还连接有保护电路（Ｂ２）；外围设备控制及执行部分（Ｃ）包括有与ＤＳＰ系统（Ａ１）相连的焊枪开关（Ｃ１）、气阀（Ｃ２），焊枪开关（Ｃ２）为ＤＳＰ系统（Ａ１）提供焊接开关信号，气阀（Ｃ２）接收ＤＳＰ系统（Ａ１）的指令为焊接过程提供保护气；前面板的输入及显示部分（Ｄ）包括有与ＤＳＰ系统（Ａ１）相连的焊接参数显示（Ｄ１）和焊接参数预置（Ｄ２）；送丝系统控制接口部分（Ｅ）通过送丝系统控制接口电路（Ｅ１）与送丝系统（３）相连；其特征在于：所述的送丝系统（３）包括有上位机（Ｆ）、电机控制器（Ｇ）、送丝电机（Ｈ），上位机（Ｆ）通过电机控制器（Ｇ）与送丝电机（Ｈ）相连，电机控制器（Ｇ）通过控制电路部分（２）中的送丝系统控制接口电路（Ｅ１）接收ＤＳＰ系统（Ａ１）发出的信号。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢振洋，黄鹏飞，张撼鹏，殷树言，高文宁，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]