專利名稱：一種智能化可控硅焊機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種智能自尋優(yōu)可控硅焊機(jī)，是對普通可控硅焊機(jī)的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
CO2氣體保護(hù)焊是一種高效節(jié)能、抗銹低氫、有較高綜合經(jīng)濟(jì)效益的焊接方法。適用于低碳鋼及低合金鋼的焊接。自五十年代問世以來，受到各國的普遍重視，并且隨著研究的深入和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了CO2焊接技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，已成為鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中的主要焊接方法之一，廣泛應(yīng)用于船舶、機(jī)車、汽車、石油化工、工程機(jī)械等工業(yè)制造部門。
短路過渡是CO2氣體保護(hù)焊廣泛采用的一種熔滴過渡形式，不足之處主要在于以下兩個(gè)方面一是飛濺大，飛濺的產(chǎn)生不僅降低了金屬的敷熔效率，增加了焊絲的消耗量，而且惡化了工作環(huán)境，有時(shí)還需在焊后清理工件，降低了生產(chǎn)效率。二是成型差，由于周期性的短路過程，降低了電弧對母材的熱輸入，導(dǎo)致母材熔化不足，焊縫熔深較淺，堆高較高而熔寬不足，而在厚板焊接時(shí)容易出現(xiàn)未焊透現(xiàn)象，使焊縫的受力狀況惡化，降低了焊縫的承載能力。尤其在中等以上規(guī)范參數(shù)施焊時(shí)，問題更為嚴(yán)重，極大地限制了CO2焊接工藝在工業(yè)生產(chǎn)中的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用，解決上述問題也顯得更為迫切。為此，長期以來焊接工作者都在尋求改進(jìn)的途徑。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述背景和我國的國情，對CO2可控硅焊機(jī)進(jìn)行研究和改造具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義，本實(shí)用新型采用有關(guān)技術(shù)和控制手段，開發(fā)研制新一代可控硅CO2焊機(jī)，使CO2焊接自動(dòng)化水平不斷提高。
CO2氣體保護(hù)焊是一種高效節(jié)能、抗銹低氫、具有較高綜合經(jīng)濟(jì)效益的焊接方法，但是CO2弧焊電源的規(guī)范參數(shù)多，調(diào)節(jié)麻煩，在參數(shù)調(diào)節(jié)或配合不當(dāng)時(shí)就會(huì)導(dǎo)致上述焊接飛濺大，成型差等問題。因此本實(shí)用新型的目的就是要，通過自尋優(yōu)焊接參數(shù)和附加波控器來改善弧焊電源動(dòng)態(tài)性能和焊縫成型，減少焊接飛濺。
因而弧焊電源智能化的一個(gè)重要目標(biāo)就是能否自尋優(yōu)焊接參數(shù)。即，在焊接過程中智能化弧焊電源能根據(jù)焊接電流的設(shè)定值自動(dòng)將電弧電壓、送絲速度、電流波形等其他可控參數(shù)調(diào)節(jié)到最佳點(diǎn)。
本實(shí)用新型提出的智能可控硅焊機(jī)的關(guān)鍵是有一個(gè)自尋優(yōu)智能控制器，它由8952單片機(jī)和IGBT分流電路所組成。即在普通可控硅焊接電源內(nèi)附加一個(gè)8952單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)普通可控硅焊接電源的微機(jī)控制；還附加一個(gè)并聯(lián)式IGBT分流電路，實(shí)現(xiàn)普通可控硅焊接電流的波形控制。該控制器以表征短路過渡綜合性能的特征綜合值為目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)焊接過程中各主要特征參數(shù)的綜合評價(jià)結(jié)果來自尋優(yōu)控制焊接規(guī)范和電流波形，使規(guī)范參數(shù)達(dá)到最佳匹配，實(shí)現(xiàn)焊接過程熔滴的可控過渡，以提高熔滴過渡的穩(wěn)定性，進(jìn)一步改善焊接過程的綜合性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，研制的智能控制系統(tǒng)能明顯地改善弧焊電源動(dòng)態(tài)性能和焊縫成型、減少焊接飛濺。
本實(shí)用新型提出的智能可控硅焊機(jī)，是一種低成本的、降低飛濺、改善弧焊過程的動(dòng)特性與焊縫成型的有效方法，它可以優(yōu)化焊接過程，抑制短路末期的峰值電流，確保短路末期液橋的柔順破斷，削弱燃弧初期電弧對熔池的沖擊。


圖1為智能可控硅焊機(jī)的控制系統(tǒng)圖圖2為CO2弧接一元化自尋優(yōu)智能控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖圖3為波控器及其驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路框圖具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型最佳實(shí)施例。
本實(shí)用新型提出的智能可控硅焊機(jī)是對現(xiàn)有的NBC-500型焊機(jī)的改進(jìn)，如圖1所示，其主要技術(shù)特征為采用在給定電流、電壓初值基礎(chǔ)上的電壓偏差控制，提供±5V的電壓控制范圍，且控制精度能夠達(dá)到0.02V，從而在電壓不嚴(yán)重偏離規(guī)范的情況下都能夠?qū)崿F(xiàn)電流電壓的匹配。
采用獨(dú)創(chuàng)的模糊控制算法，提取焊接過程的特征指標(biāo)，通過大量焊接實(shí)驗(yàn)建立焊接質(zhì)量評判指標(biāo)，在焊接過程中通過動(dòng)態(tài)自尋優(yōu)自動(dòng)建立電流電壓的最優(yōu)匹配關(guān)系，并實(shí)時(shí)監(jiān)控焊接過程，實(shí)現(xiàn)焊接過程的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，提高了焊機(jī)的控制品質(zhì)。
利用IGBT的快速開關(guān)特性及單片機(jī)的智能控制特性，將單片機(jī)與IGBT相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)了對焊接電流的智能波控，同時(shí)成功地解決了不同焊接電流的狀態(tài)判別與波控器的觸發(fā)問題，并通過硬件與軟件濾波解決了非常態(tài)情形下的波控觸發(fā)問題，從而使波控效果得到了極大的提高，最大限度的降低了焊接過程的飛濺。
不改變原焊機(jī)的主控制電路，新開發(fā)的智能化及波控部分以機(jī)頂盒的形式出現(xiàn)，與焊機(jī)主控制電路通過接口連接，從而提高了焊機(jī)控制電路的靈活性，使廠家能根據(jù)用戶的不同需要進(jìn)行不同配置，便于市場推廣。
為了實(shí)現(xiàn)按焊接電流設(shè)定值對CO2焊接設(shè)備進(jìn)行一元化自尋優(yōu)智能控制，本系統(tǒng)程序主要由控制算法模塊組成，如圖2所示。
控制算法模塊的主要功能為(1)一元化查表規(guī)劃模塊為系統(tǒng)的初級階段工作模塊此模塊根據(jù)焊機(jī)面板設(shè)定的焊接電流值進(jìn)行一元化初始工作。即，此模塊通過查找離線制定的一元化推薦表格，確定弧壓的推薦值送電壓閉環(huán)控制模塊，并確定焊接電流波控參數(shù)基本值送電流波形控制模塊。由此系統(tǒng)進(jìn)入一元化控制的初級工作階段。
(2)一元化弧壓自尋優(yōu)模糊控制器為弧壓智能調(diào)節(jié)模塊此模塊根據(jù)焊接短路過渡的特征參數(shù)，對弧壓進(jìn)行優(yōu)化微調(diào)，以改善焊接過程的工藝性能。
(3)波控為焊接電流波形的智能控制模塊。
相對獨(dú)立工作的波控器模塊根據(jù)特征參數(shù)，對短路過渡電流波形進(jìn)行控制，以降低飛濺，改善焊接工藝性能。
圖3為并聯(lián)式波控作用微機(jī)控制系統(tǒng)的電路組成框圖。圖中IGBT及其串接電阻R起分流作用，并與電源成并接關(guān)系。可從IGBT動(dòng)作的暫態(tài)過程分析波控的作用。由圖可見，系統(tǒng)中的電流波形發(fā)生電路相當(dāng)于一可控分流器。此系統(tǒng)的工作原理是IGBT元件通常處于關(guān)斷狀態(tài)，只有在需要產(chǎn)生負(fù)電流脈沖時(shí)，才由微機(jī)控制此元件瞬間導(dǎo)通。波形控制器的IGBT元件大部分時(shí)間處于關(guān)斷狀態(tài)，功耗較小，器件發(fā)熱也較小，有利于保護(hù)IGBT。圖中含IGBT內(nèi)阻的串接可調(diào)電阻R可控制通過IGBT的電流或波控深度。R具有限流作用，R不宜過小(應(yīng)大于0.05)，以避免IGBT過流燒壞。
智能可控硅焊機(jī)的主要技術(shù)特性額定輸入電壓、相數(shù) AC380，3相額定輸入容量 31.9KVA 28.1KW最高空載電壓 66V輸出電流 DC60～500A輸出電壓 DC16～45V額定負(fù)載持續(xù)率(周期10分鐘) 60％
焊絲直徑 低碳鋼實(shí)芯焊絲/藥芯焊絲1.2mm，1.4mm，1.6mm電壓調(diào)節(jié)量14V+0.05I±5V(I為焊接電流值)外形尺寸(寬×長×高) 436×740×817(mm)重量 205Kg
權(quán)利要求1.一種智能化可控硅焊機(jī)，包括普通可控硅焊接電源，其特征在于a、在普通可控硅焊接電源內(nèi)附加一個(gè)8952單片機(jī)控制模塊，可以實(shí)現(xiàn)普通可控硅焊接電源的微機(jī)控制；b、通過目標(biāo)函數(shù)的自尋優(yōu)智能控制器，實(shí)現(xiàn)普通可控硅電源一元化調(diào)節(jié)與智能自尋優(yōu)控制；c、在普通可控硅焊接電源內(nèi)附加一個(gè)并聯(lián)式IGBT分流電路，可以實(shí)現(xiàn)普通可控硅焊接電源焊接電流的波形控制；d、智能化及波控部分以機(jī)頂盒的形式出現(xiàn)，與焊機(jī)內(nèi)控制電路通過接口連接，從而提高了焊機(jī)控制電路的靈活性。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種智能自尋優(yōu)可控硅焊機(jī)，是對現(xiàn)有普通可控硅焊機(jī)的改進(jìn)和性能提高。本實(shí)用新型提出的智能可控硅焊機(jī)的關(guān)鍵是安裝了一個(gè)自尋優(yōu)智能控制器，它由8952單片機(jī)控制模塊和IGBT分流電路所組成，加裝在焊接電源的控制電路內(nèi)，實(shí)現(xiàn)普通可控硅焊接電源的微機(jī)控制，所有控制電路通過接口連接，以機(jī)頂盒的形式出現(xiàn)，從而提高了焊機(jī)控制電路的靈活性。本實(shí)用新型對弧焊過程實(shí)施有效波控，尤其適宜于帶有交流紋波成分的整流焊接電源的波控。采用該控制模式，通過波控器的快速分流作用，可抑制弧焊短路初期、短路末期的電流增長和燃弧初期的電弧沖擊，優(yōu)化熔滴過渡過程的電流波形，使液橋柔順破斷、熔滴無沖擊進(jìn)入熔池，從而改善CO
文檔編號B23K9/095GK2620608SQ0324677
公開日2004年6月16日 申請日期2003年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月25日
發(fā)明者蔣力培, 俞建榮, 鄒勇, 羅建, 蒲雨龍 申請人:北京石油化工學(xué)院