一种双丝MAG焊接控制方法及其焊接电源技术

一种双丝ＭＡＧ焊接控制方法，是一种将焊接电流反馈和电压反馈按照预定的要求分时与给定信号比较，并通过控制电路控制主电路进行焊接，在焊接过程中使焊接频率不变，两台焊机保持一定的相位关系从而保证焊接稳定性的方法；根据这种控制方法所设计的控制电源，特征在于在控制电路部分（９）采用切换电路（Ｂ），主要包括输入端分别与主电路部分相连的电流采集电路（Ｂ１）和电压采集电路（Ｂ２），及顺次连接的切换开关（Ｂ３）、比较器（Ｂ４）、积分比例调节器（Ｂ５），积分比例调节器通过放大电路（４．２）将信号输出到焊接功率输出部分（８．７）。本发明专利技术实现了两台电机的相位可控，提高了电弧稳定性、降低了飞溅。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于双丝MAG焊接的控制方法及其焊接电源，属于焊接设备及自动化领域。
技术介绍
双丝MAG焊作为一种可行的高效焊接方法，目前还尚处于发展阶段，大家对这种方法的理解还不完全相同，对一些具体问题的看法还没有达成共识。从其工艺的形式来看，现在主要有两种，一种是同步双弧(Twin arc)，另一种是独立双弧(Tandem)，这两种形式的工艺特点有所不同。对于Twin arc系统这种形式，采用两个完全相同的脉冲焊接电源(也可只使用一个电源)，两套送丝机构，一个能够容纳两根焊丝的导电嘴(两根丝不是相互绝缘的)，共用一个熔池。焊接时，两个电源输出脉冲频率相同，两个焊丝通过的电流也相同，即两根丝以相同的速度熔化到熔池中。Twin arc的优点就是，利用电弧自身调节，两个电源之间无需协调通信控制，系统相对简单，如图1所示。但它的缺点也很明显，比如电弧的可控性差，两根焊丝间的相互影响力较大，很难精确控制两根焊丝的熔化及熔滴过渡。而Tandem系统这种形式如图2所示，也是采用两台完全相同的脉冲焊接电源，两套送丝机构，所不同的是采用两个互相绝缘的导电嘴，两电源间通过通信进行协调控制，使两台电源的焊接过程更加迅速和完善。这两台电源，脉冲能量恒定，保证在任何电流时，一个脉冲过渡一个熔滴。与Twin arc系统最大的不同就是，Tandem系统可以使两台电源分别设置不同的焊接参数，相互间可以通过协调控制，这样就可以减小双丝焊接大电流时电弧之间的相互干扰程度。因此，Tandem焊接方法得到业界普遍的推崇。然而不论哪种工艺形式，现有产品在电弧稳定性和焊缝成形以及相位可控性等方面均不是特别令人满意，并且飞溅大。究其原因，这是由于采用的逆变电源的控制方法不当造成的。现在的多数焊接逆变电源的控制方法多采用双闭环控制方法，外环为电压环，内环为电流环，如专利ZL99103518.6中所述。其控制的状态量为电流I，对于存在不同焊接状态阶段的不同焊接方法来说，虽然各个阶段控制的电流波形要求不同，但是其反馈量却均为单一量电流，因此不存在信号切换问题。这种普遍运用于逆变焊机中的控制方法简称为双恒流或多恒流控制方法，如专利03127961.9所述。在脉冲焊接过程中，为保证过渡过程为一脉一滴，其脉冲阶段的时间和脉冲电流的大小均保持不变，而是改变脉冲基值时间，因此其频率是始终变化的。然而对于采用Tandem工艺的双丝MAG焊接来说，由于焊机和送丝机均由两台构成，为了降低两台焊接设备相互干扰，提高焊接稳定性，所以就需要在两台焊接设备间建立起相互协调的工作机制，即应该通过协调控制的方法，使其稳定地工作于预定的状态。因此，当两台焊机工作在相对固定的频率时，普遍运用于单丝焊接设备的双恒流和多恒流控制方法就表现出其不适应性来。而且，即便是采用一些其它办法能够控制两台焊机相位关系固定，也多是限于同相和反相这两个极端情况，而不能达到相位任意可调以适应不同的焊接状况，因此其应用受到很大的限制。
技术实现思路
基于普遍运用于单丝焊接的控制方法和现有的双丝MAG焊接控制方法的不足，本专利技术的目的是采用Tandem工艺，提出一种可以良好控制两台焊机协调工作，保证电弧稳定性及良好焊缝成型，降低两电弧的相互干扰的相位可控的双丝MAG逆变焊接控制方法和相应焊接电源。本专利技术所提出的双丝焊接系统控制方法，其特征在于它是一种将焊接电流反馈和电压反馈按照预定的要求分时与相应给定信号比较，并通过控制电路控制主电路进行焊接，在焊接过程中保证焊接频率不变，两台焊机保持一定的相位关系从而保证焊接稳定性的方法；该种方法是在具有相互通信的两台双丝焊接电源中分别实现的。其系统包括主电路部分8和控制电路部分9，其中控制电路部分9又包括核心控制部分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。其中控制电路部分9的输入包括来源于主电路部分8的焊接电流采样B1、电压采样B2和另一台焊机的协调控制信号C1，其输出控制主电路的逆变电路8.3和送丝机；具体讲，它依次主要包括以下步骤1)首先根据实际要求，确定焊接参数包括送丝速度V、峰值电压Up、峰值时间Tp、频率F、基值电流Ib、相位关系DLY；其功能通过前面板的输入及键盘/显示部分D来实现； 2)在焊接执行时，根据输入的频率F和峰值时间Tp确定出脉冲阶段和基值阶段对应的定时器数值，并启动软件定时器中断进行自动控制转换，使其在脉冲基值阶段，输出的给定信号和采取的反馈信号为电流给定信号和电流反馈信号，即保证电流的恒定；在脉冲峰值阶段，输出的给定信号和采取的反馈信号为电压给定信号和电压反馈信号，使焊机在不同的焊接阶段输出不同的控制信号和给定信号。由此构成不同的闭环控制，从而保证在每台焊机频率恒定的条件下实现稳定焊接，这是通过控制电路部分9来实现的。给定A2和切换信号A3按照预设参数，在基值和峰值间同时转换，完成电压和电流控制；3)在焊接过程中，主焊机在由基值转换为峰值的同时，将通过串行通信电路C1向从焊机发出一串行通讯信号，从焊机通过本身的串行通信电路C1在收到此信号后，将其设定为基值阶段，并按照给定的相位关系DLY值，确定此基值时间，完成任意指定相位差控制；此步骤是通过串行通信中断实现的。4)在过程3)中，若由于干扰等因素未能使从焊机收到主焊机发出的中断信号，则从焊机将按照自己原先预设的参数进行焊接，直到收到主焊机的串行通讯信号为止。本专利技术的设计思想为对于控制方法的选择，也即本专利技术的核心部分，采用电压-电流控制方法。所谓电压-电流控制方法，即在焊接过程中分别保证峰值电压(Up)和基值电流(Ib)恒定。其原理为在脉冲峰值阶段，反馈信号采取电压，保证电压为一个定值，若电弧受到干扰则弧长恢复主要依靠峰值电流的变化引起平均电流变化来进行调节，系统的调节能力和电源的最大输出电流有关。这种方式在峰值阶段实际上是一种平的电源外特性。当弧长变化时，这种外特性产生的电流偏差ΔI2，将大于用下降电源外特性的电流偏差ΔI1，熔化速度也就变化的快，亦即平的电源外特性的弧长恢复的快，电源电弧系统的自身调节作用较强。这种控制方式在一定脉宽时间Tp范围内可以通过较宽峰值电流Ip范围的调整达到一脉一滴稳定的过渡过程。在脉冲基值阶段，反馈信号采取电流，即保证电流的恒定，从而使电弧在此阶段保证电流稳定，保证电弧稳定燃烧而不熄灭。由此模式决定了整个脉冲过程频率恒定，因而能够稳定的工作在预定的相位差下，实现预设焊接过程。根据本专利技术所述的方法设计的焊接电源，主要包括主电路部分8和以单片机为控制中心的控制电路部分9，其特征在于所述的控制电路部分9采用切换电路B并且单片机系统通过串行通信电路C1与另一台焊机的电源相连。所述的切换电路B主要包括输入端分别与主电路部分相连的电流采集电路B1和电压采集电路B2，及顺次连接的切换开关B3、比较环节B4、积分比例调节器B5、脉宽调制电路B6、IGBT驱动电路B8。其中切换开关B3包括两个输入端、一个输出端和一控制端两个输入端分别与电流、电压采集电路B1、B2相连，控制端与单片机系统输出的切换信号A3相连，通过来自单片机的切换信号A3来控制定时切换，使其在焊接脉冲峰值阶段切换到采集电压，在焊接脉冲基值阶段切换到采集电流，输出断接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双丝ＭＡＧ焊接控制方法，其特征在于：它是一种将焊接电流反馈和电压反馈按照预定的要求分时与给定信号比较，并通过控制电路控制主电路进行焊接，在焊接过程中保证焊接频率不变，两台焊机保持一定的相位关系从而保证焊接稳定性的方法；该种方法是在具有相互通信的两台双丝焊接电源中分别实现的；其系统包括主电路部分（８）和控制电路部分（９）；其中控制电路部分（９）又包括核心控制部分（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）；其中控制电路部分（９）的输入包括来源于主电路部分（８）的焊接电流采样（Ｂ１）、电压采样（Ｂ２）和另一台焊机的协调控制信号（Ｃ１），其输出控制主电路的逆变电路（８．３）和送丝机；具体讲，它依次主要包括以下步骤：１）首先根据实际要求，确定焊接参数：包括送丝速度Ｖ 、峰值电压Ｕｐ、峰值时间Ｔｐ、频率Ｆ、基值电流Ｉｂ、相位关系ＤＬＹ；其功能通过前面板的输入及显示部分（Ｄ）来实现；２）在焊接执行时，根据输入的频率Ｆ和峰值时间Ｔｐ确定出脉冲阶段和基值阶段对应的定时器数值，并启动软件定时器中断进行自动 控制转换，使其在脉冲基值阶段，输出的给定信号和采取的反馈信号为电流给定信号和电流反馈信号，即保证电流的恒定；在脉冲峰值阶段，输出的给定信号和采取的反馈信号为电压给定信号和电压反馈信号，使焊机在不同的焊接阶段输出不同的控制信号和给定信号，由此构成不同的闭环控制，从而保证在每台焊机频率恒定的条件下实现稳定焊接，这是通过控制电路部分（９）来实现的；给定（Ａ２）和切换信号（Ａ３）按照预设参数，在基值和峰值间同时转换，完成电压和电流控制；３）在焊接过程中，主焊机在由基值转换为峰 值的同时，将通过串行通信电路（Ｃ１）向从焊机发出一串行通讯信号，从焊机通过本身的串行通信电路（Ｃ１）在收到此信号后，将其设定为基值阶段，并按照给定的相位关系ＤＬＹ值，确定此基值时间，完成任意指定相位差控制；此步骤是通过串行通信中断实现的；　　４）在过程３）中，若由于干扰等因素未能使从焊机收到主焊机发出的中断信号，则从焊机将按照自己原先预设的参数进行焊接，直到收到主焊机的串行通讯信号为止。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢振洋，黄鹏飞，殷树言，古金茂，史国涛，
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]