專利名稱：電弧焊接熔滴縮頸發(fā)生檢測(cè)方法和縮頸發(fā)生后的控制方法
電弧焊接熔滴縮頸發(fā)生檢測(cè)方法和縮頸發(fā)生后的控制方法本發(fā)明涉及熔化電極氣體保護(hù)焊接，尤其涉及一種電弧焊接熔滴縮頸發(fā)生檢測(cè)方法和熔滴縮頸發(fā)生后的控制方法。圖I所示是熔化極氣體保護(hù)焊接時(shí)熔滴過渡處于短路過渡狀態(tài)時(shí)電流、電壓以及熔滴過渡的示意圖。其中Ts表示電弧短路時(shí)間，Ta表示電弧燃弧時(shí)間，Iw表示焊接電流的瞬時(shí)值，Vw表示焊接電壓的瞬時(shí)值，Pw表示焊接功率瞬時(shí)值，圖I (b)表示一個(gè)熔滴過渡周期內(nèi)的熔滴形態(tài)。下面參照?qǐng)DI進(jìn)行說明。時(shí)刻tl_t4之間是熔滴的短路過渡時(shí)期，如

圖1(b)中所示，熔滴2逐漸在焊絲I 的端部形成并開始接觸工件4。焊接電壓Vw在短路開始的tl時(shí)刻迅速降低并保持在較低的值。在短路期間，焊接電流Iw首先被控制成保持不變，以保證熔滴2與工件4之間的潤濕。經(jīng)過一段時(shí)間之后，焊接電流Iw開始逐漸上升以形成電磁收縮力和電弧推力，促進(jìn)熔滴縮頸2a逐漸形成，并向工件4快速過渡。在t3時(shí)刻，熔滴縮頸2b逐漸形成，直至t4時(shí)刻縮頸爆斷，熔滴2完全脫離焊絲I的端部，電弧3重新形成。上述縮頸形成時(shí)間很短，大約在幾十微秒到幾百微秒之間，焊接電流Iw因?yàn)檎鎸?shí)電感或者電子電感的存在，不能發(fā)生突變而維持在較大的值，以保持較大的電磁推力，防止熔滴2在其它外力作用下過渡方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。同時(shí)由于縮頸處電流通路橫截面逐漸收窄， 積累在縮頸處的能量瞬間增大，直至縮頸處因?yàn)檫^熱或者氣化發(fā)生爆斷，該現(xiàn)象是產(chǎn)生焊接飛濺現(xiàn)象的主要原因之一。現(xiàn)有技術(shù)通過判斷熔滴過渡時(shí)的縮頸形成，區(qū)分熔滴過渡過程從短路狀態(tài)重新回到燃弧狀態(tài)，并借此切換焊接系統(tǒng)的控制方式，以獲得更佳的焊接質(zhì)量。因?yàn)殡娏魇侨鄣味搪愤^渡時(shí)的控制對(duì)象，因此現(xiàn)有方法主要通過檢測(cè)電壓判斷縮頸形成?？s頸在逐漸形成時(shí)， 電流通路的橫截面積逐漸減小，導(dǎo)致電流通路電阻增加。因?yàn)樵诳s頸形成的極短時(shí)間內(nèi)， 電流變化較小，因此電流通路電阻的增加即表現(xiàn)為焊接電壓瞬時(shí)值Vw的增加，直至縮頸斷裂，電極壓降和電弧空間重新形成。簡(jiǎn)單的判斷焊接電壓瞬時(shí)值Vw是否大于某臨界電壓值即可判斷熔滴過渡過程從短路狀態(tài)重新回到燃弧狀態(tài)。另一種判斷縮頸形成的方法是通過硬件檢測(cè)電路或者微處理器計(jì)算焊接電壓Vw的變化率，當(dāng)Vw的變化率大于某一臨界值時(shí)認(rèn)為縮頸形成，熔滴過渡過程開始從短路狀態(tài)向燃弧狀態(tài)切換。與前述方法相比，由于加入了電壓檢測(cè)的微分環(huán)節(jié)，因此增加了縮頸判斷的預(yù)見性，可以提前控制電流以降低飛濺發(fā)生的機(jī)率。由于在焊接電壓Vw的檢測(cè)回路中加入了為濾除來自焊接系統(tǒng)內(nèi)部和焊接系統(tǒng)外部干擾以獲得平滑波形的濾波電路，因而不可避免的引入了較大延時(shí)，因此使用上述第一種方法判斷縮頸形成，在判斷焊接電壓Vw高于某一臨界值并據(jù)此切換焊接系統(tǒng)控制方法時(shí),縮頸已經(jīng)電爆炸并形成較大飛濺。上述第二種方法通過加入微分環(huán)節(jié)，判斷焊接電壓Vw的變化率，預(yù)判了縮頸的產(chǎn)生，補(bǔ)償了檢測(cè)延時(shí)帶來的影響，并依此對(duì)焊接電流進(jìn)行控制，降低了縮頸期間電爆炸的概率，減少了飛濺。但此方法忽略了焊接電流Iw的影響。在熔滴短路過程中，為了加快縮頸形成的進(jìn)度，或者為了調(diào)節(jié)不同位置焊接時(shí)的電弧力，常常需要控制不同的電流斜率，在該電流斜率與短路等效電阻的共同作用下得到焊接電壓Vw的變化率。如圖2所示，焊接電流 Iw發(fā)生突變而短路等效電阻不變時(shí)，即電流通路橫截面積并未很大發(fā)生變化時(shí)，焊接電壓變化率Vw(圖中A部位)依然可能超過用于判斷縮頸形成的臨界值，從而造成誤判斷，影響熔滴的正常過渡。縮頸電爆炸的實(shí)質(zhì)是能量在縮頸上迅速累積，超過一定值后迫使縮頸斷裂或者氣化，造成飛濺。因此檢測(cè)并控制該能量可以滿足縮頸判斷的要求，并改善焊接過程中能量在短路和燃弧狀態(tài)下的配比?，F(xiàn)有技術(shù)沒有辦法直接檢測(cè)和控制短路到燃弧轉(zhuǎn)換過程中的能量，因此可能造成誤判或者焊接能量分配不佳。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠準(zhǔn)確判縮頸發(fā)生，以降低飛濺發(fā)生率的電弧焊接熔滴縮頸發(fā)生的檢測(cè)方法。本發(fā)明另一個(gè)要解決的技術(shù)問題是提供一種縮頸發(fā)生后的控制方法，以抑制熔滴短路過渡到電弧重新燃弧轉(zhuǎn)換時(shí)因?yàn)殡姳óa(chǎn)生的飛濺。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種電弧焊接熔滴縮頸發(fā)生檢測(cè)方法，在電弧焊接時(shí)，通過實(shí)時(shí)檢測(cè)焊接電流和焊接電壓，計(jì)算焊接瞬時(shí)功率和焊接瞬時(shí)功率變化率，當(dāng)瞬時(shí)功率變化率超過某一臨界值時(shí)，判斷縮頸發(fā)生。以上所述的電弧焊接熔滴縮頸發(fā)生檢測(cè)方法，通過電壓檢測(cè)單元檢測(cè)焊絲端部與工件之間的焊接電壓，通過電流檢測(cè)單元檢測(cè)流過焊絲與工件的焊接電流，將電壓和電流采樣信號(hào)通過濾波電路濾除干擾信號(hào)得到焊接電壓采樣信號(hào)和焊接電流采樣信號(hào)；電流檢測(cè)信號(hào)和電壓檢測(cè)信號(hào)送入功率計(jì)算單元計(jì)算焊接瞬時(shí)功率和瞬時(shí)功率變化率，當(dāng)瞬時(shí)功率的變化率達(dá)到門限值，則判斷縮頸形成一種熔滴縮頸發(fā)生后的控制方法的技術(shù)方案是，根據(jù)上述電弧焊接熔滴縮頸發(fā)生檢測(cè)方法判斷縮頸發(fā)生后，控制輸出的瞬時(shí)功率在某一設(shè)定值，以控制電爆炸時(shí)的能量。以上所述的熔滴縮頸發(fā)生后的控制方法，判斷縮頸發(fā)生后經(jīng)過某一給定時(shí)間，系統(tǒng)判定熔滴已完全脫離焊絲，此時(shí)將焊接功率設(shè)定值增大，用此增大的焊接功率設(shè)定值與功率計(jì)算單元的輸出的等效回路電阻計(jì)算后得到電流調(diào)整單元的預(yù)設(shè)初始值，以此作為燃弧時(shí)期恒壓控制的初始值。以上所述的熔滴縮頸發(fā)生后的控制方法，通過電壓檢測(cè)單元檢測(cè)焊絲端部與工件之間的焊接電壓，通過電流檢測(cè)單元檢測(cè)流過焊絲與工件的焊接電流，將電壓和電流采樣信號(hào)通過濾波電路濾除干擾信號(hào)得到焊接電壓采樣信號(hào)和焊接電流采樣信號(hào)；電流檢測(cè)信號(hào)和電壓檢測(cè)信號(hào)送入功率計(jì)算單元計(jì)算焊接瞬時(shí)功率和瞬時(shí)功率變化率，當(dāng)瞬時(shí)功率的變化率達(dá)到門限值，則判斷縮頸形成；電流檢測(cè)信號(hào)作為電流反饋量還被送入電流調(diào)整單元，電壓檢測(cè)信號(hào)作為電壓反饋信號(hào)還被送入電壓調(diào)整單元；當(dāng)判定縮頸發(fā)生后，多路轉(zhuǎn)換器切換功率調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)進(jìn)入電流調(diào)整單元，電流調(diào)整單元通過調(diào)整占空比，控制主電路的高頻逆變單元，使瞬時(shí)功率追蹤給定值，實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬時(shí)功率的控制，防止縮頸劇烈爆炸。以上所述的熔滴縮頸發(fā)生后的控制方法，判定縮頸發(fā)生后經(jīng)過某一給定時(shí)間，將焊接功率設(shè)定值增大，電流環(huán)初始值設(shè)定單元用增大后的功率設(shè)定值與功率計(jì)算單元的輸出的等效回路電阻計(jì)算后得到電流調(diào)整單元的設(shè)定值，并以此電流調(diào)整單元的設(shè)定值作為燃弧時(shí)期恒壓控制的初始值。以上所述的熔滴縮頸發(fā)生后的控制方法，設(shè)定所述的初始值之后，多路轉(zhuǎn)換器重新將電壓調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)切換到電流調(diào)整單元。本發(fā)明電弧焊接熔滴縮頸發(fā)生檢測(cè)方法具有預(yù)判性，補(bǔ)償了檢測(cè)電路的延時(shí)，使焊接系統(tǒng)控制能夠及時(shí)動(dòng)作，以避免電爆炸劇烈發(fā)生，同時(shí)因?yàn)榭紤]了電流的因素，避免了電流上升率過快造成的縮頸誤判斷。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖I是現(xiàn)有技術(shù)熔滴處于短路過渡狀態(tài)時(shí)電流、電壓以及熔滴過渡的示意圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)焊接電流突變時(shí)，焊接電壓變化率超過臨界值，造成縮頸誤判的示意圖。圖3是本發(fā)明焊接系統(tǒng)中各信號(hào)的時(shí)序圖。圖4是本發(fā)明熔化電極電弧焊接縮頸檢測(cè)和控制原理框圖。圖5是本發(fā)明電弧焊接熔滴縮頸發(fā)生檢測(cè)方法的流程圖，圖4是本發(fā)明關(guān)于電弧焊接熔滴縮頸檢測(cè)和控制原理框圖。主電路由DSP控制， DSP包括檢波電路、功率計(jì)算單元、電流調(diào)整單元、電壓調(diào)整單元VR、功率調(diào)節(jié)器PR、狀態(tài)切換電路SW、電流環(huán)初始值設(shè)定單元Ia_init和多路轉(zhuǎn)換器Mux。焊機(jī)的送絲機(jī)恒速送絲，通過電壓檢測(cè)單元Vd檢測(cè)焊絲端部與工件之間的焊接電壓Vw，通過電流檢測(cè)單元Id檢測(cè)流過焊絲與工件的焊接電流Iw，將電壓和電流采樣信號(hào)通過濾波電路濾除其中來自焊接系統(tǒng)內(nèi)部和外部的干擾信號(hào)后得到焊接電壓采樣信號(hào)Vs 和焊接電流采樣信號(hào)Is，這些信號(hào)幅值上與真實(shí)信號(hào)成一定比例，而在相位上有所延時(shí)。電流檢測(cè)信號(hào)Is被送入電流調(diào)整單元CR(電流環(huán))作為電流反饋量，同時(shí)也被送入功率計(jì)算單元作為計(jì)算焊接功率等輸出的參數(shù)。電壓檢測(cè)信號(hào)Vs還被送入電壓調(diào)整單元VR作為電壓反饋信號(hào)，同時(shí)也被送入功率計(jì)算單元作為計(jì)算焊接功率等輸出的參數(shù)。功率計(jì)算單元以電壓檢測(cè)信號(hào)Vs和電流檢測(cè)信號(hào)Is作為輸入量，以瞬時(shí)功率 Pc (瞬時(shí)電壓乘以瞬時(shí)電流)、瞬時(shí)功率變化率Λ Pc/ Λ t (對(duì)瞬時(shí)功率進(jìn)行微分)、等效回路電阻Re (瞬時(shí)電壓除以瞬時(shí)電流)作為輸出量，對(duì)短路到燃弧的切換過程進(jìn)行控制。圖3是焊接系統(tǒng)中各個(gè)信號(hào)的時(shí)序圖。最上面的第一曲線表示焊接電流Iw的變化，第二曲線表示焊接電壓Vw的變化，第三曲線表示焊接瞬時(shí)功率的變化，圖(b)表示熔滴過渡情況。在tl至t3區(qū)域，焊接系統(tǒng)輸出處于短路狀態(tài)，熔滴從焊絲端部逐漸向母材過渡， 至t3時(shí)刻，縮頸逐漸形成，等效電阻迅速增大，因?yàn)榇嬖谖锢黼姼泻碗娮与姼?，電流Iw維持在較高位置，瞬時(shí)功率迅速增大。在t 4時(shí)刻，功率計(jì)算單元計(jì)算得到的瞬時(shí)功率的變化率Λ Pc/At達(dá)到門限值，狀態(tài)切換電路SW判斷此時(shí)縮頸形成，多路轉(zhuǎn)換器Mux的輸入迅速切換到功率調(diào)節(jié)器PR的輸出上，功率調(diào)節(jié)器PR的輸出信號(hào)通過多路轉(zhuǎn)換器Mux送入電流調(diào)整單元CR，電流調(diào)整單元CR通過調(diào)整占空比，控制主電路的高頻逆變單元，使瞬時(shí)功率追蹤給定值，實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬時(shí)功率的控制，防止縮頸劇烈爆炸。判定縮頸發(fā)生后經(jīng)過某一給定時(shí)間后，控制系統(tǒng)判定熔滴已經(jīng)完全脫離焊絲，此時(shí)，迅速將焊接功率設(shè)定值增大，電流環(huán)初始值設(shè)定單元Ia_init用此功率設(shè)定值與功率計(jì)算單元的輸出的等效回路電阻Re計(jì)算后得到電流調(diào)整單元的設(shè)定值，以此電流調(diào)整單元的設(shè)定值作為燃弧時(shí)期恒壓控制的初始值。因?yàn)镽e能夠反映電弧的弧長(zhǎng)信息，用此方法可以更快的適應(yīng)弧長(zhǎng)變化的情況。設(shè)定初始值之后，多路轉(zhuǎn)換器Mux重新將電壓調(diào)節(jié)器VR 的輸出信號(hào)切換到電流調(diào)整單元CR。功率調(diào)節(jié)器PR焊接功率設(shè)定值的選擇既能夠保證縮頸能夠迅速熔斷，以及熔滴過渡必要的電磁力，同時(shí)又不能有過大的電爆炸。本發(fā)明以上實(shí)施例對(duì)熔滴縮頸產(chǎn)生的判斷具有預(yù)判性，補(bǔ)償了檢測(cè)電路的延時(shí)， 使焊接系統(tǒng)控制能夠及時(shí)動(dòng)作，以避免電爆炸劇烈發(fā)生，同時(shí)因?yàn)榭紤]了電流的因素，避免了電流上升率過快造成的縮頸誤判斷。熔滴縮頸產(chǎn)生后，通過檢測(cè)和控制縮頸中的能量，能夠更直接的控制電爆炸時(shí)的能量，降低了僅依靠控制電流，從而可能破壞熔滴受力平衡，或者不能夠及時(shí)熔斷縮頸造成短路時(shí)間過長(zhǎng)的幾率。焊絲再燃弧時(shí)，設(shè)定某一個(gè)功率值為此階段功率初始值。從前一階段的計(jì)算中得到焊接系統(tǒng)等效電阻值，通過初始功率值和此等效電阻值可以得到此階段電流控制環(huán)的給定初始值。因?yàn)榈刃щ娮柚悼梢苑从畴娀￠L(zhǎng)度信息，因此該方法可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)每個(gè)熔滴過渡過程中燃弧時(shí)的電弧長(zhǎng)度，提高電弧的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種電弧焊接熔滴縮頸發(fā)生檢測(cè)方法，其特征在于，電弧焊接時(shí)，通過實(shí)時(shí)檢測(cè)焊接電流和焊接電壓，計(jì)算焊接瞬時(shí)功率和焊接瞬時(shí)功率變化率，當(dāng)瞬時(shí)功率變化率超過某一臨界值時(shí)，判斷縮頸發(fā)生。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電弧焊接熔滴縮頸發(fā)生檢測(cè)方法，其特征在于，通過電壓檢測(cè)單元檢測(cè)焊絲端部與工件之間的焊接電壓，通過電流檢測(cè)單元檢測(cè)流過焊絲與工件的焊接電流，將電壓和電流采樣信號(hào)通過濾波電路濾除干擾信號(hào)得到焊接電壓采樣信號(hào)和焊接電流采樣信號(hào)；電流檢測(cè)信號(hào)和電壓檢測(cè)信號(hào)送入功率計(jì)算單元計(jì)算焊接瞬時(shí)功率和瞬時(shí)功率變化率，當(dāng)瞬時(shí)功率的變化率達(dá)到門限值，則判斷縮頸形成。
3.一種熔滴縮頸發(fā)生后的控制方法，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求I所述的電弧焊接熔滴縮頸發(fā)生檢測(cè)方法判斷縮頸發(fā)生后，控制輸出的瞬時(shí)功率在某一設(shè)定值，以控制電爆炸時(shí)的能量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熔滴縮頸發(fā)生后的控制方法，其特征在于，判斷縮頸發(fā)生后經(jīng)過某一給定時(shí)間，系統(tǒng)判定熔滴已完全脫離焊絲，此時(shí)將焊接功率設(shè)定值增大，用此增大的焊接功率設(shè)定值與功率計(jì)算單元的輸出的等效回路電阻計(jì)算后得到電流調(diào)整單元的預(yù)設(shè)初始值，以此作為燃弧時(shí)期恒壓控制的初始值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熔滴縮頸發(fā)生后的控制方法，其特征在于，通過電壓檢測(cè)單元檢測(cè)焊絲端部與工件之間的焊接電壓，通過電流檢測(cè)單元檢測(cè)流過焊絲與工件的焊接電流，將電壓和電流采樣信號(hào)通過濾波電路濾除干擾信號(hào)得到焊接電壓采樣信號(hào)和焊接電流采樣信號(hào)；電流檢測(cè)信號(hào)和電壓檢測(cè)信號(hào)送入功率計(jì)算單元計(jì)算焊接瞬時(shí)功率和瞬時(shí)功率變化率，當(dāng)瞬時(shí)功率的變化率達(dá)到門限值，則判斷縮頸形成；電流檢測(cè)信號(hào)作為電流反饋量還被送入電流調(diào)整單元，電壓檢測(cè)信號(hào)作為電壓反饋信號(hào)還被送入電壓調(diào)整單元；當(dāng)判定縮頸發(fā)生后，多路轉(zhuǎn)換器切換功率調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)進(jìn)入電流調(diào)整單元，電流調(diào)整單元通過調(diào)整占空比，控制主電路的高頻逆變單元，使瞬時(shí)功率追蹤給定值，實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬時(shí)功率的控制，防止縮頸劇烈爆炸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熔滴縮頸發(fā)生后的控制方法，其特征在于，判定縮頸發(fā)生后經(jīng)過某一給定時(shí)間，將焊接功率設(shè)定值增大，電流環(huán)初始值設(shè)定單元用增大后的功率設(shè)定值與功率計(jì)算單元的輸出的等效回路電阻計(jì)算后得到電流調(diào)整單元的設(shè)定值，并以此電流調(diào)整單元的設(shè)定值作為燃弧時(shí)期恒壓控制的初始值。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熔滴縮頸發(fā)生后的控制方法，其特征在于，設(shè)定所述的初始值之后，多路轉(zhuǎn)換器重新將電壓調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)切換到電流調(diào)整單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電弧焊接熔滴縮頸發(fā)生檢測(cè)方法和熔滴縮頸發(fā)生后的控制方法。通過實(shí)時(shí)檢測(cè)焊接電流和焊接電壓，計(jì)算焊接瞬時(shí)功率和焊接瞬時(shí)功率變化率，當(dāng)瞬時(shí)功率變化率超過某一臨界值時(shí)，判斷縮頸發(fā)生。判斷縮頸發(fā)生后，控制輸出的瞬時(shí)功率在某一設(shè)定值，以控制電爆炸時(shí)的能量。本發(fā)明電弧焊接熔滴縮頸發(fā)生檢測(cè)方法具有預(yù)判性，補(bǔ)償了檢測(cè)電路的延時(shí)，使焊接系統(tǒng)控制能夠及時(shí)動(dòng)作，以避免電爆炸劇烈發(fā)生，同時(shí)因?yàn)榭紤]了電流的因素，避免了電流上升率過快造成的縮頸誤判斷。
文檔編號(hào)B23K9/095GK102601492SQ201210053590
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者蘆煒 申請(qǐng)人:深圳麥格米特電氣股份有限公司