改善熔化极气体保护焊引弧过程的方法和设备技术

本发明专利技术公开一种熔化极气体保护焊引弧过程的控制方法和设备－－改善ＧＭＡＷ引弧过程的方法和设备。方法如下：（一）起动焊接设备（１１）；（二）引弧（１２）；（三）检测输出电流（１３）；（四）判断输出电流ｉ在两个给定电流值ｉ↓［１］和ｉ↓［２］之间的哪个区间段（１４）；（五）如果ｉ＜ｉ↓［１］，进行电流负反馈控制；如果ｉ↓［１］＜ｉ＜ｉ↓［２］，保持恒压源工作模式（１６）；如果ｉ＞ｉ↓［２］，进行电流负反馈控制。采用此种控制方法后，ＧＭＡＷ引弧后由于焊接电流稳定了，所以焊丝的熔化速度也就稳定，因此不会产生焊接飞溅。设备由可控电压源（６）、负载（７）、电流／电压变换器（８）和电流负反馈控制电路（５）组成，（７）和（８）串联在（６）的两个输出端间，（８）的输出端连（５）的输入端，（５）的输出端连接在（６）的控制端上。它具有设计新颖、工作可靠和有较大推广价值的优点。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种熔化极气体保护焊引弧过程的控制方法，本专利技术还涉及应用这种方法的设备。
技术介绍
由于GMAW(熔化极气体保护焊)具有低成本、高效率、易于自动化等优点，已经成为金属加工制造中应用最广泛的连接工艺。GMAW在应用中也存在一些问题，焊接飞溅就是其中之一。因为焊接飞溅可能导致以下严重问题1、对被焊工件上的一些已加工部分，如带有螺纹孔或其它类似配合孔等，焊接飞溅可能破坏螺纹或配合孔的质量甚至导致整个工件报废；2、附着在焊枪喷嘴和导电嘴上的飞溅会影响保护气流和焊丝的正常送给，为此不得不经常停机进行清理或更换，这对于高效率自动化焊接的效率是极大的损失；3、对于大批量生产采用的焊接定位夹具，在更换工件时，一些焊接飞溅将有机会散落到焊接定位夹具上，从而影响夹具定位精度，对于机器人或其它自动化焊接系统会造成成批工件的因焊缝位置偏差过大而报废。因此，降低焊接飞溅一直是GMAW应用中备受关注的问题，尤其在汽车车身及零部件制造中。众所周知，射流过渡模式GMAW的焊接飞溅近乎为零，因此为要求高质量的焊接过程所广泛采用。然而在汽车车身机器零部件的焊接应用中，一个令人疑惑和困扰的问题是即使采用射流过渡，实际焊接飞溅量仍然比较大。研究发现，射流过渡模式下GMAW的焊接飞溅主要产生于引弧初期。因为目前工业应用的GMAW焊机，尽管都可以通过焊接参数设置使之稳定的熔滴过渡形式为射流过渡，但由焊接引弧到达到稳定的射流过渡还需要一定的过渡时间，少则数百毫秒，多则数秒。对于焊缝的焊接时间较长的长应用，数百毫秒、甚至数秒的不稳定时间相对总焊接时间来说可以忽略不计。但是对于汽车车身及零部件的焊接，一般焊缝都很短，而且焊缝数量很多。对于GMAW汽车车身焊接应用的大量短焊缝焊缝的焊接时间一般在5秒以内，所以引弧过程在整个焊接过程中所占比例很大，对整个焊接过程的影响变得格外突出。因此研究引弧过程对焊接飞溅的影响和改善GMAW引弧过程降低焊接飞溅对提高汽车车身制造水平具有特别重要的意义。由GMAW的基本原理可知，射流过渡时的焊接电流应是平滑稳定的，而电流波形在引弧初期是非常不稳定的短路过渡形态，这说明在GMAW引弧起始到稳定的射流过渡之间需要一定的时间，称为焊接引弧不稳定时间。在引弧初期是不规则的短路过渡和颗粒过渡的混合，因此在这一阶段必然产生较高的焊接飞溅率。对于稳定的射流过渡的必要条件是焊丝送丝速度与焊丝熔化速度相平衡，而焊丝的熔化速度取决于焊接电流，在GMAW引弧初期之所以不能达到稳定射流过渡的根本原因在于焊接电流不稳定。由于GMAW焊接的特点，为了保持弧长恒定要求采用恒压电源获得电弧自身调节作用，而由此带来的问题是恒压电源在引弧初期的电流是不可控的，也是不稳定的。问题反映在两个方面，一是短路引弧的初期，短路电流过大，而送丝速度较低，焊丝易于因过热而成段熔化；二是引弧初期的电弧导电性较差，对应的熔弧电流较低，不能达到射流过渡的临界电流值。
技术实现思路
为了克服GMAW在引弧初焊接时段焊接飞溅大的缺陷，提供一种使引弧阶段焊接飞溅量小的GMAW引弧过程的方法和设备。本专利技术的技术方案如下一种改善GMAW引弧过程的方法，它通过下述步骤实现(一)起动焊接设备11；(二)引弧12；(三)检测输出电流13；(四)判断输出电流i在两个给定电流值i1和i2之间的哪个区间段14；(五)如果i＜i1，则对焊接设备的输出电流进行负反馈控制，调节焊接设备的输出电压，从而使输出电流保持恒定，焊接设备工作在恒流源工作模式15；如果i1＜i＜i2，则焊接设备在原给定的电压值下保持恒压源工作模式16；如果i＞i2，则对焊接设备的输出电流进行负反馈控制，调节焊接设备的输出电压，从而使输出电流保持恒定，焊接设备工作在恒流源工作模式17。采用此种控制方法后，GMAW引弧后由于焊接电流稳定了，所以焊丝的熔化速度也就稳定，能够与焊丝送丝速度迅速达成平衡，因此不会产生焊接飞溅，而当GMAW达到射流过渡的稳定工作时段后，恒压源工作模式又保证了电弧弧长的恒定，在引弧初期即可提供合适的短路电流，又可提供稳定的焊接电流。本专利技术还提供了应用上述方法的设备一种改善GMAW引弧过程的设备，它由可控电压源6、负载(焊接电弧)7、电流/电压变换器8和负反馈控制电路5组成，负载7和电流/电压变换器8串联在可控电源6的两个输出端间，电流/电压变换器8的输出端连接负反馈控制电路5的输入端，负反馈控制电路5的输出端连接在可控电压源6的控制端上。本设备在工作时，电流/电压变换器8采集输出电流的信号，并把该信号转变为电压信号输入负反馈控制电路5进行比较、放大和反馈，从而输出与本专利技术的方法所对应的控制信号，来控制可控电压源6的工作模式，从而改善GMAW在引弧时段的飞溅状况。本专利技术具有设计新颖、工作可靠和有较大推广价值的优点。附图说明图1是本专利技术方法的步骤流程图，图2是本专利技术设备的结构示意图，图3是实施方式三的结构示意图，图4是本专利技术设备的输出特性图，图5是实施方式四的结构示意图，图6是实施方式五的结构示意图。具体实施例方式一下面结合图1具体说明本实施方式。它通过下述步骤实现(一)起动焊接设备11；(二)引弧12；(三)检测输出电流13；(四)判断输出电流i在两个给定电流值i1和i2之间的哪个区间段14；(五)如果i＜i1，则对焊接设备的输出电流进行负反馈控制，调节焊接设备的输出电压，从而使输出电流保持恒定，焊接设备工作在恒流源工作模式15；如果i1＜i＜i2，则焊接设备在原给定的电压值下保持恒压源工作模式16；如果i＞i2，则对焊接设备的输出电流进行负反馈控制，调节焊接设备的输出电压，从而使输出电流保持恒定，焊接设备工作在恒流源工作模式17。具体实施方式二下面结合图2具体说明本实施方式。本实施方式由可控电压源6、负载7、电流/电压变换器8和负反馈控制电路5组成，负载7和电流/电压变换器8串联在可控电源6的两个输出端间，电流/电压变换器8的输出端连接负反馈控制电路5的输入端，负反馈控制电路5的输出端连接在可控电压源6的控制端上。具体实施方式三下面结合图3和图4具体说明本实施方式，本实施方式与实施方式二的不同点是，负反馈控制电路5由非线性电流反馈放大器5-1、减法器5-2、电平信号U1、电平信号U2和电平信号U3组成，电平信号U3的电平高于电平信号U2的电平，非线性电流反馈放大器5-1的一个输入端连接电流/电压变换器8的输出端，非线性电流反馈放大器5-1的另外两个输入端分别连电平信号U3和电平信号U2的输出端，非线性电流反馈放大器5-1的输出端连减法器5-2的相减端，电源U1的输出端连接减法器5-2的相加端，减法器5-2的输出端连可控电压源6的控制端。本实施方式的工作原理参见图4，图3的核心是非线性电流反馈放大器5-1，该放大器的输出由电流/电压变换器8的输出、用于电流设定的电源U2和电源U3共同决定，在不同阶段的放大倍数是不同的，故称为非线性放大器。可控电压源6的输出电压由用于电压设定的电源U1的设定值和非线性电流反馈放大器5-1输出值的和决定。电平信号U2和电平信号U3分别对应两个电流给定值i1和i2，也就是图4中的B点和C点所对应的电流值。当由电流/电压变换器8检测到的电流值大于电流设定i1，小于电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善ＧＭＡＷ引弧过程的方法，其特征是它通过下述步骤实现：（一）起动焊接设备（１１）；（二）引弧（１２）；（三）检测输出电流（１３）；（四）判断输出电流ｉ在两个给定电流值ｉ↓［１］和ｉ↓［２］之间的哪个区间段（１４）；（五）如果ｉ＜ｉ↓［１］，则对焊接设备的输出电流进行负反馈控制，调节焊接设备的输出电压，从而使输出电流保持恒定，焊接设备工作在恒流源工作模式（１５）；如果ｉ↓［１］＜ｉ＜ｉ↓［２］，则焊接设备在原给定的电压值下保持恒压源工作模式（１６）；如果ｉ＞ｉ↓［２］，则对焊接设备的输出电流进行负反馈控制，调节焊接设备的输出电压，从而使输出电流保持恒定，焊接设备工作在恒流源工作模式（１７）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：耿正，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]