CO*焊的全数字时序适应性调节方法技术

一种ＣＯ↓［２］焊的全数字时序适应性调节方法，用于焊接技术领域。执行ＣＯ↓［２］焊接电源系统中的控制方法，实现完全的短路过渡过程的全数字式时序适应性调节控制，数字信息处理器ＤＳＰ数控ＣＯ↓［２］焊接电源的控制方法包括对ＣＯ↓［２］短路过渡焊的全过程数字化时序适应性调节控制，针对手工半自动焊过程中焊丝干伸长的不断变化进行适应性调节以保证焊接过程的稳定性，当进入ＤＳＰ的高级中断程序中时执行瞬时短路控制及对短路阶段短路电流上升斜率ｄｉ／ｄｔ的控制等对短路过渡过程的全数字式时序控制。本发明专利技术飞溅很小，小于３％，焊缝成形美观，而且对焊丝干伸长的变化及弧长的扰动有很强的适应性。且调节方便，可适用的焊接电流范围较宽，可在６０Ａ－２８０Ａ范围都得到良好的效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种用于焊接
焊接电源的调节方法，特别是一种控制逆变弧焊电源动特性的CO2焊的全数字时序适应性调节方法。
技术介绍
CO2气体保护焊具有低成本、高效率的特点，在低碳钢、低合金、薄板钢结构及全位置焊接的场合，具有广阔的应用前景。但因其自身特点CO2短路过渡焊存在着飞溅大、成形不好等问题。其中通过焊接设备实现对电弧和熔滴的控制是最为有效的方法。经对现有技术文献的检索发现，中国专利申请号87103550.2，名称为控制短路型焊接系统的方法和装置。表面张力过渡是一种比较复杂的波形控制方法，这种控制方法的特点是在短路液态金属小桥产生的前后时间段里将电流迅速减小(以微秒为单位)，让熔滴靠自身的表面张力从焊丝向熔池过渡，而小桥段里以大电流快速使小桥颈缩，在熔滴短路期间内形成一个两边小中间大的尖脉冲电流波形。在焊丝脱离熔池后的一小段时间里(2ms内)又以一大电流形成等离子助推过程，增加刚燃起电弧的燃烧功率，该时间过后将电流衰减到基值电流。该方法在降低飞溅方面很有效果，但有以下两个不足，一是难以适应手工半自动焊过程中焊丝干伸长的不断变化；二是仅靠表面张力过渡的可靠性低，焊接过程的稳定性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种CO2焊的全数字时序适应性调节方法，使其能很好的适应焊接过程中焊丝干伸长不断变化的情况，而且在熔滴较大仅靠表面张力不能顺利过渡到熔池中的情况下靠电磁力使其被强迫过渡至熔池中，以此来保持焊接过程的稳定性。且飞溅很小，小于3％，焊缝成形美观，调节方便，在60A-280A范围都得到良好的效果。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术执行CO2焊接电源系统中的控制方法，实现完全的短路过渡过程的全数字式时序适应性调节控制，数字信息处理器DSP数控CO2焊接电源的控制方法包括对CO2短路过渡焊的全过程数字化时序适应性调节控制，针对手工半自动焊过程中焊丝干伸长的不断变化进行适应性调节以保证焊接过程的稳定性，当进入数字信息处理器DSP的高级中断程序中时执行瞬时短路控制及对短路阶段短路电流上升斜率di/dt的控制等对短路过渡过程的全数字式时序控制。所述的短路过渡过程的全数字式时序适应性调节控制，为适合CO2焊的工艺要求而采用多种方法，包括开环控制，闭环控制，对焊矩干伸长变化及弧长变动的适应调制。所述的短路过渡过程的全数字式时序适应性调节控制，每个时序的控制时间和脉宽调制波PWM的控制脉宽随焊接电弧及熔滴的状态不同是可以调节的，并根据弧长的波动情况进行适应性调节，可省略某一阶段，脉宽调制波PWM波的发生方式为直接由数字信息处理器DSP芯片经计算或查表预置参数的方式按控制时序要求产生。为了针对所述的焊接电源的输出电流，实现各个阶段的控制特性调节电压，本专利技术采用了焊接过程各阶段的程序控制法，具体如下(1)短路初期小电流阶段(t0-t1)在短路状态即将发生的时刻，基础电流已经降到很低的水平(75A)这样在短路阶段可以有效的避免瞬时短路的发生。(2)短路中期大电流阶段(t1-t2)在(t0-t1)时刻结束后，立即将电流以比较大的斜率上升到一个给定值(低于150A)以便于形成稳定的缩颈。这一过程非常重要，因为此时的电流一旦超过150A或是200A时熔化的液态金属将被排斥、抛出熔池而形成较大的飞溅，并且因为液体小桥不能够稳定的建立起来，易导致断弧现象的发生。(3)熔滴金属过渡阶段(t2-t3)在缩颈形成的之后，立即降低电流的上升速度使电流以一个很低的斜率上升。这一方式起着两个很重要的作用首先，在电流较低的情况下，熔滴可以稳定的向熔池中过渡，并有效的减小熔池金属溢出；其次，在短路过程结束之后液体小桥可以在较低的峰值电流(Im)下破断，所以可以有效的减少此一时刻产生的飞溅。(4)以小电流过渡到燃弧阶段(t3-t4)在焊丝即将和熔池脱离接触的时刻迅速降低电流值，减少对熔池的振荡，这一过程将有益于获得良好的焊缝形状。通过对负载电压的检测，可以判断短路熔滴过渡完成，进入再燃弧阶段。(5)再燃弧电流脉冲阶段(t4-t5)在燃弧阶段的开始时刻，焊丝将很快的回烧，此时在加入一个较高的燃弧电流(就是提高再燃弧能量)。这一控制方式可以使电弧稳定的建立起来，利于焊接过程的稳定，而且也同样利于形成良好的焊缝。其中熔满金属过渡阶段(t2-t3)时间段是弹性的，可适应熔池波动和弧长的变动(焊矩的抖动)及焊丝干伸长变化等因素的干扰；同时又能保证熔滴可以正常的过渡到熔池中去，维持焊接过程的稳定性。现以送丝速度固定，焊矩的干伸长发生变动及弧长变化为例来说明其调节方法(因这两种情况都导致燃弧阶段电压的变化)CO2焊电流及电压匹配公式为Uog＝14+0.05Io(1)由公式(1)可知，当焊接电流Io即送丝速度给定时，焊接电压值Uo也相应的具有一个合适的值。所以当焊接规范选择合适时，过渡频率恒定，焊接过程平稳，飞溅较小。当干伸长及弧长变短时即燃弧电压低于规范值时，此时生成的金属熔滴的体积较小，如不调整短路波控参数及控制时间，继续按固定的控制策略进行抑制电流上升率(di/dt)的控制时，当熔滴已过渡完成后，由于短路的控制过程尚未结束(在小电流情况下仅靠表面张力过渡)，此时脉宽调制波PWM波的脉宽仍处于较窄的状态，焊接电源输出的电压很低，不能提供足够的再燃弧能量使电弧及时重燃，从而使得固态的焊丝继续送进而发生焊丝插入熔池引起的顶丝现象，造成焊丝成段的爆断，电弧熄灭；所以这一情况下的调节方式应该是适当调节脉宽调制波PWM波形的脉冲宽度以提高短路电流的上升斜率di/dt，并相应缩短控制时间使熔滴快速形成缩颈并在相对较高的峰值电流下破断，迅速建立起电弧，及时的进入燃弧状态以利于焊接过程的连续稳定的进行。同时可省略第四个阶段即(t3-t4)以小电流过渡到燃弧阶段。而当干伸长及弧长变长时燃弧电压将大于规范值，即Ul＞Uog，由于熔滴尺寸较大，在熔滴的过渡控制中如不调整短路波控参数及控制时间，继续按固定的控制策略进行抑制电流上升率的控制时，由于熔滴的尺寸较大积聚的能量较多，而电流上升的斜率(di/dt)一直维持一个相对较高的水平，短路电流会迅速达到一个很高的值(不是短路即将结束时真正的峰值电流)，当系统检测到该值后会认为液体小桥即将发生破断而随之进行低电流下破断控制，即减小焊接电源的输出电压(靠表面张力的作用使熔滴过渡到熔池中去)。这样一来实际控制时间就相对较短，而此时大量液态金属还保持在焊丝端部未完成向熔池中的过渡，这样使得熔滴在尚未过渡完全的时候液态金属小桥因电源输出电压的降低而无法正常破断(此时仅有表面张力的作用)，甚至产生粘丝现象而使焊接过程无法正常进行，同样影响焊接过程的稳定性。所以此时的控制方式是应适当减小短路电流上升斜率di/dt并相应延长控制时间t2-t3，使熔滴与熔池之间形成稳定的液体小桥，保证熔滴柔顺的过渡。并限制一定的控制时间(不能超过2ms，否则会形成粘丝)，在这段时间结束之后立即增大脉宽调制波PWM的脉宽，即提高控制电压利用电磁力将未过渡完全的熔滴推入熔池中，强行完成过渡使焊接过程得以继续顺利的进行。同时也可省略第四个阶段即(t3-t4)以小电流过渡到燃弧阶段。以上这两种方式的对焊接电源的动特性的调节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＣＯ↓［２］焊的全数字时序适应性调节方法，其特征在于，执行ＣＯ↓［２］焊接电源系统中的控制方法，实现完全的短路过渡过程的全数字式时序适应性调节控制，数字信息处理器ＤＳＰ数控ＣＯ↓［２］焊接电源的控制方法包括对ＣＯ↓［２］短路过渡焊的全过程数字化时序适应性调节控制，针对手工半自动焊过程中焊丝干伸长的不断变化进行适应性调节以保证焊接过程的稳定性，当进入ＤＳＰ的高级中断程序中时执行瞬时短路控制及对短路阶段短路电流上升斜率ｄｉ／ｄｔ的控制等对短路过渡过程的全数字式时序控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙广，何建萍，张春波，华学明，吴毅雄，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[]