專(zhuān)利名稱(chēng)：降低CO₂焊機(jī)飛濺量的控制系統(tǒng)及XM波形控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通用co2焊機(jī)降低焊接過(guò)程飛濺量的控制控制系統(tǒng)和控制方法，尤其涉及以IGBT為功率換流器件的逆變式C02焊機(jī)的低飛濺控制方法，屬于在造船、汽車(chē)、油氣管道等重要金屬結(jié)構(gòu)制造等行業(yè)可以直接應(yīng)用的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
迄今為止，國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)C02焊機(jī)降低焊接過(guò)程飛濺量和提高焊縫成形質(zhì)量
的控制方法，均立足于熔滴短路過(guò)渡的前期電爆炸理論及后期氣動(dòng)沖擊理論，以及短路能量(電阻熱)和燃弧能量(電弧熱)的合理分配?；诖耍送?br> 用C02焊機(jī)(包括國(guó)內(nèi)大部分市售的NBC抽頭式C02焊機(jī)、晶閘管C02焊機(jī)和部分逆變式C02焊機(jī))采用優(yōu)化輸出電感設(shè)計(jì)法降低飛濺量之外，大量國(guó)外進(jìn)口的高端低飛賊C02焊機(jī)采用的控制方法還有以下幾種
1 、電子電抗器調(diào)節(jié)動(dòng)特性控制法，如日本;^下公司的YD—500EA型C02焊機(jī)，美國(guó)米勒公司的X—304型焊機(jī)等。
2、 表面張力過(guò)渡控制法，如美國(guó)林肯公司的STT—II型C02焊機(jī)。
3、 SVF控制法(五段波形控制法)，如日本松下350/500ER型C02焊機(jī)。
4、 脈動(dòng)送絲短路過(guò)渡控制法，如福尼斯7〉司TPS—5000型CCb焊機(jī)。
5 、國(guó)內(nèi)某些大學(xué)及研究所也有諸多基于上述兩種低飛'減理論的低飛賊控制方法研究報(bào)導(dǎo)，但大多數(shù)無(wú)產(chǎn)品問(wèn)世。
以上諸多低飛濺控制技術(shù)及其焊機(jī)，雖然有效地降低了飛'踐，改善了焊縫成型質(zhì)量，但是同時(shí)使控制電路變得極為復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，因而市售價(jià)太高，同時(shí)采用這些控制方法的焊機(jī)參數(shù)范圍較窄，不能適應(yīng)大電流高速焊接的要求。
在沒(méi)有任何反饋控制的情況下，短路過(guò)程的電流是以指數(shù)形式上升和下降的，由于電流上升速度不可控和短路電流峰值太高導(dǎo)致飛濺量大。因此，需要有一種能夠使熔滴柔順過(guò)渡的控制系統(tǒng)和控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
5本發(fā)明的第一 目的是提供一種有效降低C02焊機(jī)飛濺量的控制系統(tǒng)。
本發(fā)明的另 一 目的是提供一種降低C02焊機(jī)飛濺量的XM波形控制方法。 為實(shí)現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案
降低C02焊機(jī)飛濺量的控制系統(tǒng)包括焊接回路和反饋控制回路。焊接回路 順次包括連接三相工頻交流網(wǎng)路電源的整流器ZD、濾波器、逆變器INV、 由二極管D1、 D2組成的整流器、直流電抗器L以及分別連接在正負(fù)極輸出端 的焊絲1、工件2。焊絲1由送絲機(jī)3的送絲滾輪5通過(guò)焊槍4被送進(jìn)。焊接 回路的正負(fù)極輸出端之間設(shè)有輸出電壓檢測(cè)電路VF,輸出電壓檢測(cè)電路VF 的輸出端分兩路后，分別連接短路電壓檢測(cè)電路VD和平均電壓計(jì)算電路 VP，短路電壓檢測(cè)電路VD和平均電壓計(jì)算電路VP的信號(hào)輸出端接PIC單片 機(jī)。在焊接回路的正或負(fù)輸出端設(shè)有焊接電流檢測(cè)電路CT，焊接電流檢測(cè)電 路CT的輸出端分兩路，分別連接平均電流計(jì)算電路IP和峰值電流檢測(cè)電路 IF,平均電流計(jì)算電路IP的信號(hào)輸出端連接PIC單片機(jī)，峰值電流檢測(cè)電路 IF的信號(hào)輸出端分別連接PIC單片機(jī)和脈寬調(diào)制器PWM的控制開(kāi)關(guān)PK。工 作條件設(shè)定電路TS、送絲速度設(shè)定電路IS、輸出電壓設(shè)定電路VS和波形參 數(shù)設(shè)定電路BS的信號(hào)輸出端均連接PIC單片機(jī)。工作條件設(shè)定電路TS接受 用戶(hù)對(duì)焊絲直徑、保護(hù)氣體種類(lèi)、焊縫種類(lèi)等參數(shù)的設(shè)定。送絲速度設(shè)定電路 IS接受用戶(hù)對(duì)輸送焊絲速度的設(shè)定。輸出電壓設(shè)定電路VS用于接受用戶(hù)對(duì)焊 接回路輸出電壓的設(shè)定信息。波形參數(shù)設(shè)定電路BS用于接受用戶(hù)對(duì)焊接回路 輸出電流斜率和峰值的設(shè)定信息。PIC單片機(jī)的輸出端分別連接燃弧電壓控制 電路VG、波形控制電路BC和送絲系統(tǒng)控制電路IG。燃弧電壓控制電路VG 的輸出端連接脈寬調(diào)制器的控制開(kāi)關(guān)PK的電壓信號(hào)輸入端。波形控制電路 BC的輸出端連接脈寬調(diào)制器的控制開(kāi)關(guān)PK的電流信號(hào)輸入端。送絲系統(tǒng)控 制電路IG的輸出端連接送絲機(jī)3，控制送絲速度。
為實(shí)現(xiàn)上述第二目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案
降低C02焊機(jī)飛濺量的XM波形控制方法，其特征在于，三相工頻交流網(wǎng) 路電源在整流器ZD中進(jìn)行整流，經(jīng)過(guò)濾波變成平滑的單相直流電壓輸入到逆 變器INV中，逆變器INV經(jīng)由脈寬調(diào)制器PWM輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)pwm進(jìn) 行逆變控制后，輸出高頻交流電到高頻變壓器T進(jìn)行降壓，之后經(jīng)由整流器進(jìn) 行全波整流，再經(jīng)直流電抗器L濾波，正負(fù)極性分別接到輸出端，負(fù)極性輸出 端接工件，正極性輸出端通過(guò)焊槍4接焊絲1，焊絲1與工件2之間發(fā)生燃 弧一熔滴短路過(guò)渡一重新燃弧的負(fù)載轉(zhuǎn)換循環(huán)過(guò)程；燃弧過(guò)程中，輸出電壓檢測(cè)電路VF檢測(cè)焊接電壓信號(hào)Vf,經(jīng)平均電壓計(jì) 算電路VP對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行平均化，輸出平均電壓信號(hào)Vp，進(jìn)入PIC;焊接電 壓設(shè)定電路VS的給定電壓信號(hào)Vs進(jìn)入PIC同輸出平均電壓信號(hào)Vp進(jìn)行比較 和運(yùn)算，再由燃弧電壓控制電路VG對(duì)燃弧后期基值電壓w進(jìn)行控制；保持m 穩(wěn)定在設(shè)定值上，短路電壓檢測(cè)短路VD監(jiān)視熔滴短路是否出現(xiàn)。
焊接電流檢測(cè)電路CT檢測(cè)焊接電流，算出其絕對(duì)值輸出電流監(jiān)測(cè)信號(hào) Id,經(jīng)過(guò)平均電流計(jì)算電路IP的運(yùn)算處理輸出平均電流信號(hào)Ip進(jìn)入PIC和送 絲速度設(shè)定電路IS的輸出檢測(cè)信號(hào)Ig及工作條件設(shè)定電路TS的輸出信號(hào) Tg,三者在PIC中進(jìn)行運(yùn)算處理，通過(guò)送絲系統(tǒng)電路IG指令送絲機(jī)3維持給 定的等速度送進(jìn)，保持燃弧時(shí)的靜態(tài)焊接電流穩(wěn)定在設(shè)定值14上；
短路電壓檢測(cè)電路VD檢測(cè)到電壓值Vd小于設(shè)定值時(shí)視為熔滴與工件短 路，立即將此短路信號(hào)發(fā)送給PIC進(jìn)行處理，PIC發(fā)出指令，通過(guò)波形控制電 路BC發(fā)出信號(hào)進(jìn)入脈寬調(diào)制電路PWM,進(jìn)行調(diào)制使逆變器INV停止工作， 焊接電源對(duì)負(fù)載沒(méi)有輸出，由于焊接回路中直流電感L中存儲(chǔ)能量的回流仍有 一個(gè)小電流Is在維持；
15維持0.3-0.6ms后PIC中的軟件發(fā)出指令，通過(guò)短路波控制電路BC進(jìn)入 PWM進(jìn)行調(diào)制，重新啟動(dòng)逆變電路INV給負(fù)載供電；短路電流會(huì)迅速上升， 波形參數(shù)設(shè)定電路BS發(fā)出第一斜率電流SL1信號(hào)在PIC中通過(guò)軟件發(fā)出指 令，通過(guò)波形控制電路BC調(diào)制第一斜率電流的pwm信號(hào)去控制逆變器 INV,使輸出電流按~ t2階段的電流波形上升，當(dāng)峰值電流檢測(cè)電路IF檢測(cè) 到短路電流達(dá)到設(shè)定的峰值12時(shí)，峰值電流信號(hào)If在PIC中由軟件發(fā)出指令切 換成第二斜率電流SL2信號(hào)，當(dāng)峰值電流檢測(cè)電路IF 4企測(cè)到第二斜率電流上 升至設(shè)定值Ii時(shí)，PIC中的軟件指令經(jīng)過(guò)路徑波形控制電路BC—脈寬調(diào)控器 PWM—逆變器INV使輸出電流保持恒定；
此時(shí)熔滴液橋頸縮后會(huì)突然破斷，短路過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入燃弧階段，輸出電 壓檢測(cè)電路VF檢測(cè)到負(fù)載電壓Vf大于設(shè)定值后，負(fù)載性質(zhì)突變，由電阻負(fù) 載轉(zhuǎn)為電弧負(fù)載，狀態(tài)進(jìn)入燃弧階段T2，負(fù)載由短路液橋的線(xiàn)性電阻負(fù)載轉(zhuǎn)換 成焊接電弧的非線(xiàn)性電阻負(fù)載后，負(fù)載電流會(huì)突然減??；
為了使電弧引燃順利和增加燃弧能量，在tj時(shí)刻由PIC中的軟件指令通過(guò) 燃弧電壓控制電路VG發(fā)出信號(hào)到脈寬調(diào)控器PWM調(diào)制逆變器INV為負(fù)載提 供一個(gè)峰值為13的脈沖電流，疊加在基值電流14上，在15時(shí)刻達(dá)到峰值13;t4 ~ t5階段由波形參數(shù)設(shè)定電路BS發(fā)出的第三斜率電流信號(hào)SL3輸入到 PIC，仍然通過(guò)燃弧電壓控制電路VG—脈寬調(diào)制器PWM—逆變器INV控制 t5 ~ t6期間電弧電流按波形參數(shù)設(shè)定電路BS設(shè)定的斜率衰減直到電流14穩(wěn)定下來(lái)。
本專(zhuān)利采用數(shù)字控制技術(shù)以軟件實(shí)現(xiàn)波形控制的方法，釆用新型內(nèi)置功能 特強(qiáng)的PIC單片才幾作為數(shù)字信號(hào)處理器引入到電源控制系統(tǒng)中作為控制核心， 設(shè)計(jì)了 XM波形控制技術(shù)。由相應(yīng)的計(jì)算方法以軟件的方式對(duì)短路過(guò)渡C02焊 各階段的電流、電壓波形進(jìn)行控制，簡(jiǎn)化了電路，調(diào)試方便，具有極強(qiáng)的適應(yīng) 性與可調(diào)性，使高端低飛濺C02焊機(jī)通用化和低成本化。


圖l是本發(fā)明XM波形控制方法實(shí)現(xiàn)的短路--燃弧過(guò)程波形圖； 圖2是本發(fā)明降低C02焊機(jī)飛濺量的控制系統(tǒng)的原理圖。 以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
首先，對(duì)圖1中的各個(gè)過(guò)程進(jìn)行解釋如下 圖l符合以下理想條件
(1) 逆變電源是理想的恒壓源。
(2) 不考慮燃弧時(shí)對(duì)因熔滴形成長(zhǎng)大使弧柱縮短，對(duì)電弧電壓的降低的影響。
(3) 送絲機(jī)等速送進(jìn)。
1 、短路初期(to ~ h )
短路電壓檢測(cè)電路VD(參見(jiàn)圖2)—^S^r測(cè)到短路發(fā)生(電弧電壓〈10V) 立即將主電源切斷，由焊接回路電感L的回流維持一個(gè)較低的短路電流l5，以 利于熔滴在工件上柔順地?cái)傞_(kāi)，避免初期飛濺發(fā)生;經(jīng)設(shè)定延時(shí)后，重新啟動(dòng) 主電源。
2、短路中期U~t2)
短路電流高速度上升，第一斜率電流SL1給攤開(kāi)的熔滴液橋以足夠的電磁 壓縮力來(lái)形成頸縮，并有利于縮短短路時(shí)間。
3 、短路后期(t2~t3)中期電流上升到某一設(shè)定值(12)后，以較慢的斜率上升(第二斜率電流
SL2)使頸縮的液橋在熔池中穩(wěn)定地鋪開(kāi)減小熔池外溢，并在較低的短路電流 峰值條件下使液橋縮頸破斷而減d 、短路后期飛濺。
4、電弧重新引燃，電流按指數(shù)規(guī)律自然下降階^a (t3~t4).
5 、燃弧初期(t4 ~ t5)
電源提供燃弧電流脈沖，以利于電弧重新引燃并提高燃弧能量，以改善焊 縫成形。
6燃弧中期(t廣te)
燃弧電流按給定斜率第三斜率電流SL3衰減階^R，直到衰減到設(shè)定的基值 電流14，在恒壓條件下電弧穩(wěn)定燃燒，完成一個(gè)周期。
參見(jiàn)圖2，降低C02焊機(jī)飛濺量的控制系統(tǒng)包括焊接回路和反饋控制回 路。焊接回路順次包括連接三相工頻交流網(wǎng)路電源的整流器ZD、濾波器、 逆變器INV、由二極管D1、 D2組成的整流器、直流電抗器L以及分別連接在 正負(fù)極輸出端的焊絲1、工件2。焊絲1由送絲機(jī)3的送絲滾輪5通過(guò)焊槍4 被送進(jìn)。焊接回路的正負(fù)極輸出端之間設(shè)有輸出電壓檢測(cè)電路VF，輸出電壓 檢測(cè)電路VF的輸出端分兩路后，分別連接短路電壓檢測(cè)電路VD和平均電壓 計(jì)算電路VP，短路電壓檢測(cè)電路VD和平均電壓計(jì)算電路VP的信號(hào)輸出端接 PIC單片機(jī)。在焊接回路的正或負(fù)輸出端設(shè)有焊接電流檢測(cè)電路CT,焊接電 流檢測(cè)電路CT的輸出端分兩路，分別連接平均電流計(jì)算電路IP和峰值電流檢 測(cè)電路IF，平均電流計(jì)算電路IP的信號(hào)輸出端連接PIC單片機(jī)，峰值電流檢 測(cè)電路IF的信號(hào)輸出端分別連接PIC單片機(jī)和脈寬調(diào)制器PWM的控制開(kāi)關(guān) PK。工作條件設(shè)定電路TS、送絲速度設(shè)定電路IS、輸出電壓設(shè)定電路VS和 波形參數(shù)設(shè)定電路BS的信號(hào)輸出端均連接PIC單片機(jī)。工作條件設(shè)定電路 TG接受用戶(hù)對(duì)焊絲直徑等參數(shù)的設(shè)定。送絲速度設(shè)定電路IS接受用戶(hù)對(duì)輸送 焊絲速度的設(shè)定。輸出電壓設(shè)定電路VS用于接受用戶(hù)對(duì)焊接回路輸出電壓的 設(shè)定信息。波形參數(shù)設(shè)定電路BS用于接受用戶(hù)對(duì)焊接回路輸出電流斜率和峰 值的設(shè)定信息。PIC單片機(jī)的輸出端分別連接燃弧電壓控制電路VG、波形控 制電路BC和送絲系統(tǒng)電路IG。燃弧電壓控制電路VG的輸出端連接脈寬調(diào)制 器的控制開(kāi)關(guān)PK的電壓信號(hào)輸入端。波形控制電路BC的輸出端連接脈寬調(diào) 制器的控制開(kāi)關(guān)PK的電流信號(hào)輸入端。送絲系統(tǒng)電路IG的輸出端連接送絲 機(jī)，控制送絲速度。
9三相380V的工頻交流網(wǎng)路電源在整流器ZD中進(jìn)行整流，經(jīng)過(guò)濾波變成 平滑的單相直流電壓輸入到逆變器INV中，逆變器INV經(jīng)由脈寬調(diào)制器PWM 輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)pwm進(jìn)行逆變控制后，輸出高頻交流電到高頻變壓器T 進(jìn)行降壓，之后經(jīng)由D。 D2組成的整流器進(jìn)行全波整流，再經(jīng)直流電抗器L 濾波，正負(fù)極性分別接到輸出端。負(fù)極性輸出端接工件2。正極性輸出端通過(guò) 焊槍4接焊絲1，焊絲1由送絲裝置的送絲滾輪5通過(guò)焊槍4被送進(jìn)。焊絲1 與工件2之間發(fā)生燃弧一熔滴短路過(guò)渡一重新燃弧的負(fù)載轉(zhuǎn)換循環(huán)過(guò)程。
燃弧過(guò)程中，輸出電壓檢測(cè)電路VF檢測(cè)焊接電壓信號(hào)Vf，經(jīng)平均電壓計(jì) 算電路VP對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行平均化，輸出平均電壓信號(hào)Vp,進(jìn)入PIC核心控制 系統(tǒng)(PIC單片機(jī)，下稱(chēng)PIC)。焊接電壓設(shè)定電路VS的給定電壓信號(hào)Vs進(jìn) 入PIC同輸出平均電壓信號(hào)Vp進(jìn)行比較和運(yùn)算，再由燃弧電壓控制電路VG 對(duì)燃弧后期基值電壓Ul (見(jiàn)圖1中t6~to)進(jìn)行控制；保持u,穩(wěn)定在設(shè)定值 上。短路電壓檢測(cè)短路VD監(jiān)視熔滴短路是否出現(xiàn)。
焊接電流檢測(cè)電路CT檢測(cè)焊接電流，算出其絕對(duì)值輸出電流監(jiān)測(cè)信號(hào) Id，經(jīng)過(guò)平均電流計(jì)算電路IP進(jìn)入PIC和送絲速度設(shè)定電路IS的輸出檢測(cè)信 號(hào)Ig及工作條件設(shè)定電路TS的輸出信號(hào)Tg，三者在PIC中進(jìn)行運(yùn)算處理， 通過(guò)送絲系統(tǒng)控制電路IG指令送絲機(jī)3維持給定的等速度送進(jìn)，保持燃弧時(shí) 的靜態(tài)焊接電流穩(wěn)定在設(shè)定值14上，(圖1中t6 to段的電流波形I4)。
短路電壓檢測(cè)電路VD檢測(cè)到電壓值Vd小于設(shè)定值(一般可設(shè)為10V) 時(shí)視為熔滴與工件短路，立即將此短路信號(hào)發(fā)送給PIC進(jìn)行處理，PIC發(fā)出指 令，通過(guò)波形控制電路BC發(fā)出信號(hào)進(jìn)入脈寬調(diào)制電路PWM，進(jìn)行調(diào)制使逆 變器INV停止工作，焊接電源對(duì)負(fù)載沒(méi)有輸出，即形成圖1中的短路初期to h階段。由于焊接回路中直流電感L中存儲(chǔ)能量的回流仍有一個(gè)小電流15在維 持。
15維持大約0.5ms(0.3-0.6 ms)后PIC中的軟件發(fā)出指令，通過(guò)短路波形控 制電路BC進(jìn)入PWM進(jìn)行調(diào)制，重新啟動(dòng)逆變電路INV給負(fù)載供電。但此時(shí) 的負(fù)載已經(jīng)不是電弧負(fù)載而是電阻負(fù)載(熔滴搭在焊絲末端和熔池之間的液態(tài) 小橋的電阻)，短路電流會(huì)迅速上升，波形參數(shù)設(shè)定電路BS發(fā)出第一斜率電 流SL1信號(hào)在PIC中通過(guò)軟件發(fā)出指令，通過(guò)波形控制電路BC調(diào)制第一斜率 電流的pwm信號(hào)去控制逆變器INV，使輸出電流按圖1中^ ~12階段的電流波 形上升。當(dāng)峰值電流檢測(cè)電路IF檢測(cè)到短路電流達(dá)到設(shè)定的峰值I2 (圖1中t2 時(shí)刻)時(shí)，峰值電流信號(hào)If在PIC中由軟件發(fā)出指令切換成第二斜率電流SL2信號(hào)。當(dāng)峰值電流檢測(cè)電路IF 4企測(cè)到第二斜率電流上升至設(shè)定值L時(shí)，PIC系 統(tǒng)中的軟件指令經(jīng)過(guò)同樣的路徑(波形控制電路BC—脈寬調(diào)控器PWM—逆 變器INV)使輸出電流保持恒定。
此時(shí)(圖1中13點(diǎn)附近)熔滴液橋頸縮后會(huì)突然破斷，短路過(guò)程結(jié)束，進(jìn) 入燃弧階段。輸出電壓檢測(cè)電路VF檢測(cè)到負(fù)載電壓Vf大于IOV后，負(fù)載性 質(zhì)突變，由電阻負(fù)載轉(zhuǎn)為電弧負(fù)載，狀態(tài)進(jìn)入燃弧階段T2，負(fù)載由短路液橋的 線(xiàn)性電阻負(fù)載轉(zhuǎn)換成焊接電弧的非線(xiàn)性電阻負(fù)載后，負(fù)載電流會(huì)突然減小， (如無(wú)反饋控制，則應(yīng)按圖1中t4 t6的虛線(xiàn)下降到穩(wěn)定值)。
考慮到電弧引燃順利和增大燃弧能量，在t4時(shí)刻由軟件指令通過(guò)燃弧電壓 控制電路VG發(fā)出信號(hào)到PWM調(diào)制INV為負(fù)載提供一個(gè)峰值為13的脈沖電 流，疊加在基值電流Lj上，在15時(shí)刻達(dá)到峰值13。
t4~t5階段由波形參數(shù)設(shè)定電路BS輸出的第三斜率電流設(shè)定信號(hào)輸入到 PIC,仍然通過(guò)燃弧電壓控制電路(VG) —脈寬調(diào)制器(PWM) —逆變器 (INV)控制ts t6期間電弧電流按波形參數(shù)設(shè)定電路(BS)設(shè)定的斜率衰減 直到電流14穩(wěn)定下來(lái)；
由于熔滴長(zhǎng)大到熔池短路的時(shí)刻的不確定性，系統(tǒng)中采用了中斷方式，當(dāng) 短路中斷信號(hào)到來(lái)時(shí)相應(yīng)的中斷服務(wù)程序開(kāi)始響應(yīng)。
另外，峰值電流檢測(cè)電路IF如果檢測(cè)到電流If長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)達(dá)到某一較大的 設(shè)定值，則說(shuō)明整個(gè)回路持續(xù)處于短路狀態(tài)(屬于焊接故障)，如果繼續(xù)工作 下去，可能對(duì)逆變器等元器件造成損壞，因此，必須切斷整個(gè)電源。
上述過(guò)程中涉及計(jì)算過(guò)程，如，輸出平均電壓信號(hào)Vp和給定電壓信號(hào)Vs 的運(yùn)算得到燃弧電壓控制電路VG的輸出信號(hào)Vg;輸出電流檢測(cè)電路CT算出 其絕對(duì)值之后輸出電流監(jiān)測(cè)信號(hào)Id,經(jīng)過(guò)平均電流計(jì)算電路IP輸出平均電流 信號(hào)Ip和送絲速度設(shè)定電路IS的輸出信號(hào)Ig及工作條件輸出信號(hào)Tg,三者 在PIC中進(jìn)行運(yùn)算處理，這些運(yùn)算規(guī)則、公式可以才艮據(jù)需求和經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定，其 目的是為控制輸出的電流或者電壓值。
另外，可以在PIC單片機(jī)中存儲(chǔ)多組較佳配置的工作條件值、送絲速度 值、輸出電壓設(shè)定值和波形參數(shù)設(shè)定值，減少用戶(hù)的調(diào)節(jié)時(shí)間。
結(jié)論1通過(guò)對(duì)短路一燃弧過(guò)程電流的波形的控制，可以有效地調(diào)節(jié)燃弧期與短 路期的能量比，在規(guī)范參數(shù)相同的條件下，可以方便地適用于不同的焊接工藝 要求。
2采用PIC系統(tǒng)，完全實(shí)現(xiàn)了真正的數(shù)字化控制，編程靈活，系統(tǒng)簡(jiǎn)單， 調(diào)試簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快。
3 XM控制技術(shù)通過(guò)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)節(jié)，可以根據(jù)不同的焊接初始條件 (焊絲直徑0.8mm、 l.Omm和1.2mm等)，對(duì)輸出波形實(shí)時(shí)進(jìn)行精確控制， 控制方式靈活。
4XM控制技術(shù)的系統(tǒng)中，通過(guò)應(yīng)用程序連接C02焊接數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)用戶(hù) 所需的功能；并以C02焊接數(shù)據(jù)庫(kù)為主嵌入專(zhuān)家系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)中<302焊接 的工藝制定，在用戶(hù)輸入或選定初始條件后，系統(tǒng)能夠進(jìn)刊-推理并匹配合理的 參數(shù)，獲得滿(mǎn)意的設(shè)計(jì)效果。
當(dāng)然，本發(fā)明技術(shù)方案還可有其它變形。總之，根據(jù)上述實(shí)例的提示而做 顯而易見(jiàn)的變動(dòng)，以及，其它凡是不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的改動(dòng)，均應(yīng)包括在權(quán)利 要求所述的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、降低CO2焊機(jī)飛濺量的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括焊接回路和反饋控制回路；焊接回路順次包括連接三相工頻交流網(wǎng)路電源的整流器(ZD)、逆變器(INV)、整流器、直流電抗器(L)以及分別連接在正負(fù)極輸出端的焊絲(1)、工件(2)；焊絲(1)由送絲機(jī)(3)的送絲滾輪(5)通過(guò)焊槍(4)被送進(jìn)；焊接回路的正負(fù)極輸出端之間設(shè)有輸出電壓檢測(cè)電路(VF)，輸出電壓檢測(cè)電路(VF)的輸出端分兩路后，分別連接短路電壓檢測(cè)電路(VD)和平均電壓計(jì)算電路(VP)，短路電壓檢測(cè)電路(VD)和平均電壓計(jì)算電路(VP)的信號(hào)輸出端接PIC；在焊接回路的正或負(fù)輸出端設(shè)有焊接電流檢測(cè)電路(CT)，焊接電流檢測(cè)電路(CT)的輸出端分兩路，分別連接平均電流計(jì)算電路(IP)和峰值電流檢測(cè)電路(IF)，平均電流計(jì)算電路(IP)的信號(hào)輸出端連接PIC，峰值電流檢測(cè)電路(IF)的信號(hào)輸出端連接PIC；工作條件設(shè)定電路(TS)、送絲速度設(shè)定電路(IS)、輸出電壓設(shè)定電路(VS)和波形參數(shù)設(shè)定電路(BS)的信號(hào)輸出端均連接PIC；工作條件設(shè)定電路(TS)接受用戶(hù)對(duì)焊絲直徑、保護(hù)氣體種類(lèi)、焊縫種類(lèi)參數(shù)的設(shè)定；送絲速度設(shè)定電路(IS)接受用戶(hù)對(duì)輸送焊絲速度的設(shè)定；輸出電壓設(shè)定電路(VS)用于接受用戶(hù)對(duì)焊接回路輸出電壓的設(shè)定信息；波形參數(shù)設(shè)定電路(BS)用于接受用戶(hù)對(duì)焊接回路輸出電流斜率和峰值的設(shè)定信息；PIC的輸出端分別連接燃弧電壓控制電路(VG)、波形控制電路(BC)和送絲系統(tǒng)控制電路(IG)；燃弧電壓控制電路(VG)的輸出端連接脈寬調(diào)制器的控制開(kāi)關(guān)(PK)的電壓信號(hào)輸入端；波形控制電路(BC)的輸出端連接脈寬調(diào)制器的控制開(kāi)關(guān)(PK)的電流信號(hào)輸入端；送絲系統(tǒng)控制電路(IG)的輸出端連接送絲機(jī)(3)，控制送絲速度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低c02焊機(jī)飛濺量的控制系統(tǒng)， 其特征在于所述整流器由并聯(lián)的二極管d1、 d2組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的降低c02焊機(jī)飛'踐量的控制系統(tǒng)， 其特征在于所述峰值電流檢測(cè)電路(if)的信號(hào)輸出端還連接脈寬調(diào)制器pwm的控 制開(kāi)關(guān)(pk)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的降低c02焊機(jī)飛濺量的控制系統(tǒng)， 其特征在于在PIC單片機(jī)中存儲(chǔ)多組預(yù)先配置的工作條件值、送絲速度值、輸出電壓 設(shè)定值和波形參數(shù)設(shè)定值。
5、降低C02焊機(jī)飛濺量的XM波形控制方法，其特征在于，三相工頻交 流網(wǎng)路電源在整流器(ZD)中進(jìn)行整流，經(jīng)過(guò)濾波變成平滑的單相直流電壓輸 入到逆變器(INV)中，逆變器(INV)經(jīng)由脈寬調(diào)制器(PWM)輸出的脈寬 調(diào)制信號(hào)pwm進(jìn)行逆變控制后，輸出高頻交流電到高頻變壓器(T)進(jìn)行降 壓，之后經(jīng)由整流器進(jìn)行全波整流，再經(jīng)直流電抗器(L)濾波，正負(fù)極性分 別接到輸出端，負(fù)極性輸出端接工件，正極性輸出端通過(guò)焊槍(4)接焊絲 (1),焊絲(1)與工件(2)之間發(fā)生燃弧一熔滴短路過(guò)渡一重新燃弧的負(fù) 載轉(zhuǎn)換循環(huán)過(guò)程；燃弧過(guò)程中，輸出電壓檢測(cè)電路(VF)檢測(cè)焊接電壓信號(hào)Vf，經(jīng)平均電 壓計(jì)算電路(VP)對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行平均化，輸出平均電壓信號(hào)Vp,進(jìn)入 PIC;焊接電壓設(shè)定電路(VS)的給定電壓信號(hào)Vs進(jìn)入PIC同輸出平均電壓信 號(hào)Vp進(jìn)行比較和運(yùn)算，再由燃弧電壓控制電路(VG)對(duì)燃弧后期基值電壓Ul 進(jìn)行控制；保持u!穩(wěn)定在設(shè)定值上，短路電壓檢測(cè)短路(VD)監(jiān)視炫滴短路 是否出現(xiàn)；焊接電流檢測(cè)電路(CT)檢測(cè)焊接電流，算出其絕對(duì)值輸出電流監(jiān)測(cè)信號(hào) Id，經(jīng)過(guò)平均電流計(jì)算電路(IP)運(yùn)算輸出平均電流信號(hào)Ip進(jìn)入PIC和送絲速 度設(shè)定電路(IS)的輸出檢測(cè)信號(hào)Ig及工作條件設(shè)定電路(TS)的輸出信號(hào) Tg，三者在PIC中進(jìn)行運(yùn)算處理，通過(guò)送絲系統(tǒng)控制電路(IG)指令送絲機(jī) (3)維持給定的等速度送進(jìn)，保持燃弧時(shí)的靜態(tài)焊接電流穩(wěn)定在設(shè)定值I4 上；短路電壓檢測(cè)電路(VD)檢測(cè)到電壓值Vd小于設(shè)定值時(shí)視為熔滴與工件 短路，立即將此短路信號(hào)發(fā)送給PIC進(jìn)行處理，PIC發(fā)出指令，通過(guò)波形控制 電路(BC)發(fā)出信號(hào)經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制器開(kāi)關(guān)(PK)接通PK中的A-B，進(jìn)入脈寬 調(diào)制電路(PWM)，進(jìn)行調(diào)制使逆變器(INV)停止工作，焊接電源對(duì)負(fù)載沒(méi) 有輸出，由于焊接回路中直流電感(L)中存儲(chǔ)能量的回流仍有一個(gè)小電流I5在維持；15維持0.3-0.6ms后PIC中的軟件發(fā)出指令，通過(guò)短路波控制電路(BC) 進(jìn)入PWM進(jìn)行調(diào)制，重新啟動(dòng)逆變電路(INV)給負(fù)載供電；短路電流會(huì)迅 速上升，波形參數(shù)設(shè)定電路(BS )發(fā)出第一斜率電流SL1信號(hào)在PIC中通過(guò)軟 件發(fā)出指令，通過(guò)波形控制電路(BC)調(diào)制第一斜率電流的pwm信號(hào)去控制逆變器(INV),使輸出電流按t廣t2階段的電流波形上升，當(dāng)峰值電流檢測(cè)電 路(IF)檢測(cè)到短路電流達(dá)到設(shè)定的峰值12時(shí)，峰值電流信號(hào)If在PIC中由軟 件發(fā)出指令切換成第二斜率電流SL2信號(hào)，當(dāng)峰值電流檢測(cè)電路(IF)檢測(cè)到 第二斜率電流上升至設(shè)定值Ii時(shí)，PIC中的軟件指令經(jīng)過(guò)路徑為波形控制電路 (BC)—脈寬調(diào)控器(PWM) —逆變器(INV)使輸出電流保持恒定；此時(shí)熔滴液橋頸縮后會(huì)突然破斷，短路過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入燃弧階段，輸出電 壓檢測(cè)電路(VF)檢測(cè)到負(fù)載電壓Vf大于設(shè)定值后，負(fù)載性質(zhì)突變，由電阻 負(fù)載轉(zhuǎn)為電弧負(fù)載，狀態(tài)進(jìn)入燃弧階段T2，負(fù)載由短路液橋的線(xiàn)性電阻負(fù)載轉(zhuǎn) 換成焊接電弧的非線(xiàn)性電阻負(fù)載后，負(fù)載電流會(huì)突然減小；在U時(shí)刻由PIC中的軟件指令通過(guò)燃弧電壓控制電路(VG)發(fā)出信號(hào)到 脈寬調(diào)控器(PWM)調(diào)制逆變器(INV)為負(fù)載提供一個(gè)峰值為13的脈沖電 流，疊加在基值電流14上，在15時(shí)刻達(dá)到峰值13;t4 ts階段由波形參數(shù)設(shè)定電路(BS)發(fā)出的第三斜率電流信號(hào)SL3輸入 到PIC,仍然通過(guò)燃弧電壓控制電路(VG) —脈寬調(diào)制器(PWM) —逆變器 (INV )控制t5 ~ 16期間電弧電流按波形參數(shù)設(shè)定電路(BS )設(shè)定的斜率衰減 直到電流14穩(wěn)定下來(lái)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的降低C02焊機(jī)飛賊量的XM波形控制方法，其 特征在于，短路電壓檢測(cè)電路(VD)檢測(cè)到電壓值Vd小于IOV時(shí)視為炫滴與 工件短路。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的降低C02焊機(jī)飛賊量的XM波形控制方法，其 特征在于，峰值電流檢測(cè)電路IF如果檢測(cè)到電流If長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)達(dá)到某一的設(shè)定 值，則說(shuō)明整個(gè)回路處于短路狀態(tài)屬于焊接故障，切斷整個(gè)電源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通用CO₂焊機(jī)降低焊接過(guò)程飛濺量的控制系統(tǒng)和控制方法。降低CO₂焊機(jī)飛濺量的控制系統(tǒng)包括整流器(ZD)、逆變器(INV)、整流器、直流電抗器(L)以及焊絲(1)、工件；輸出電壓檢測(cè)電路(VF)的輸出端連接短路電壓檢測(cè)電路(VD)和平均電壓計(jì)算電路(VP)，短路電壓檢測(cè)電路(VD)和平均電壓計(jì)算電路(VP)的信號(hào)輸出端接PIC；在焊接回路的正或負(fù)輸出端設(shè)有焊接電流檢測(cè)電路(CT)，焊接電流檢測(cè)電路(CT)的輸出端連接平均電流計(jì)算電路(IP)和峰值電流檢測(cè)電路(IF)；工作條件設(shè)定電路(TS)、送絲速度設(shè)定電路(IS)、輸出電壓設(shè)定電路(VS)和波形參數(shù)設(shè)定電路(BS)的信號(hào)輸出端連接PIC，接受用戶(hù)的輸入信息。該系統(tǒng)可控制焊接過(guò)程飛濺量。
文檔編號(hào)B23K9/16GK101513690SQ200910037839
公開(kāi)日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2009年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月12日
發(fā)明者義 張, 陳小敏 申請(qǐng)人:陳小敏;張 義