專(zhuān)利名稱(chēng)：潛水式數(shù)字化水下濕法焊接電源及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接設(shè)備，具體地說(shuō)是一種耐水壓、密封性能好、可在水下200m環(huán)境下穩(wěn)定輸出并且基于DSP實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過(guò)程控制的潛水式數(shù)字化水下濕法焊接電源及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，水下焊接技術(shù)已成為當(dāng)今的熱點(diǎn)話(huà)題。大型艦船修復(fù)，海底管道連接等都必須采用水下焊接技術(shù)。水下環(huán)境使得水下焊接過(guò)程比陸上焊接過(guò)程復(fù)雜得多，除焊接技術(shù)外，還涉及到潛水作業(yè)技術(shù)等諸多因素。采用局部干法等水下焊接技術(shù)雖然可以得到期望的焊接質(zhì)量，但是操作環(huán)境等受到一定制約。水下濕法焊接與干法及局部干法焊接相比，應(yīng)用廣泛；但安全性最差，海水中焊接時(shí)，如果海水進(jìn)入焊接設(shè)備的電力系統(tǒng)中，不僅造成觸電危險(xiǎn)，還會(huì)損壞焊接設(shè)備，因此密封成為濕法焊接設(shè)備的一項(xiàng)安全問(wèn)題。水下濕法焊接時(shí)，所使用的設(shè)備容易受到海水的腐蝕，在材料選擇上要考慮耐海水腐蝕問(wèn) 題。而在深水處濕法焊接時(shí)，由于海水所產(chǎn)生的巨大壓力，焊接設(shè)備也要具有一定的抗壓能力。大部分水下濕法焊接系統(tǒng)，其焊接電源和控制系統(tǒng)在陸地上，送絲機(jī)在水下，這種系統(tǒng)適合于水深較淺的情況下焊接。而對(duì)于水深較深時(shí)，這種系統(tǒng)已失去可行性，這主要由焊接電弧的特性及電源內(nèi)部器件耐壓值所決定的。焊接電弧是一種低電壓、大電流的氣體放電現(xiàn)象，當(dāng)水深較深時(shí)，如果焊接電源在陸地上，焊把線(xiàn)及地線(xiàn)也會(huì)很長(zhǎng)，電阻很大，由于電弧的這種特性，在焊把線(xiàn)及地線(xiàn)上會(huì)有很大的壓降，從而造成焊接電源輸出端電壓急劇降低，無(wú)法完成水下焊接過(guò)程。如何降低輸出端線(xiàn)纜過(guò)長(zhǎng)帶來(lái)的壓降問(wèn)題，保證焊接電源的可靠輸出便成為解決深水焊接的關(guān)鍵問(wèn)題。同時(shí)，隨著我國(guó)對(duì)海洋能源(潮汐、波浪、海流，溫差)的開(kāi)發(fā)規(guī)模越來(lái)越大，這也為深海水下焊接的提供了電力來(lái)源，未來(lái)即時(shí)發(fā)電即時(shí)水下焊接便成為降低水下建造與修復(fù)成本、提高大水深焊接與修復(fù)可行性的有效途徑。為達(dá)到上述深水焊接之目的，本發(fā)明研發(fā)了可放置于水下的基于DSP控制的潛水式數(shù)字化水下濕法焊接電源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提出一種耐水壓、密封性能好、可在水下200m環(huán)境下穩(wěn)定輸出并且基于DSP實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過(guò)程控制的潛水式數(shù)字化水下濕法焊接電源及其應(yīng)用。本發(fā)明可以通過(guò)以下措施達(dá)到
一種潛水式數(shù)字化水下濕法焊接電源，包括殼體以及位于殼體內(nèi)的焊機(jī)主電路，其特征在于所述殼體的兩端設(shè)有法蘭及法蘭端蓋，其中法蘭與殼體采用搭接對(duì)焊連接，法蘭端蓋與法蘭采用厚度3mm的聚四氟乙烯法蘭墊密封，殼體上設(shè)有氣閥以及分別與焊機(jī)主電路相連接的動(dòng)力輸入電纜接口、控制電纜接口、電源輸出接口，殼體內(nèi)充有惰性氣體，當(dāng)深度h在Om-IOOm的范圍內(nèi)時(shí)，殼體內(nèi)氣壓值Ptl=O. 2MP，當(dāng)深度h > IOOm時(shí)，Ptl=O. 2+0. Olh，殼體上的動(dòng)力輸入電纜接口、控制電纜接口均采用插接式的水密接頭，該水密接頭主要包括插頭底座、0型密封圈、插頭體以及填料函，其中插頭底座焊接到殼體上的法蘭端蓋上，插頭體與插頭底座采用螺紋加0型圈密封連接，電纜與插頭體采用填料函進(jìn)行密封，殼體內(nèi)側(cè)設(shè)有用于熱量循環(huán)的盤(pán)管，殼體上設(shè)有分別與盤(pán)管的輸入端和輸出端相連接的水冷輸入口和水冷輸出口。本發(fā) 明中殼體上的動(dòng)力輸入電纜接口、控制電纜接口均采用插接式的水密接頭，該水密接頭主要包括插頭底座、0型密封圈、插頭體以及填料函，其中插頭底座焊接到殼體上的法蘭端蓋上，插頭體與插頭底座采用螺紋加0型圈密封連接，電纜與插頭體采用填料函進(jìn)行密封，即依靠填料函中的壓緊裝置擠壓填料，通過(guò)電纜與填料產(chǎn)生的塑性變形來(lái)達(dá)到密封效果，本發(fā)明殼體內(nèi)側(cè)設(shè)有用于熱量循環(huán)的盤(pán)管，使用時(shí)可以采用熱量交換性能良好的銅管實(shí)現(xiàn)，殼體上設(shè)有分別與盤(pán)管的輸入端和輸出端相連接的水冷輸入口和水冷輸出口，可通過(guò)與外界水環(huán)境進(jìn)行熱量交換(水循環(huán))來(lái)保證電源自身工作的穩(wěn)定性。本發(fā)明中位于殼體內(nèi)的焊機(jī)主電路包括用于給整個(gè)焊接系統(tǒng)供電的電源電路以及用于根據(jù)水下環(huán)境智能控制電源電路輸出參數(shù)的控制電路，其中控制電路基于DSP控制芯片實(shí)現(xiàn)，包括DSP控制芯片以及分別與DSP控制芯片相連接的參數(shù)存儲(chǔ)單元、與電源電路相連接的電壓傳感器、與電源電路相連接的電流傳感器、由多路DA單元和多路驅(qū)動(dòng)單元組成的輸出電流電壓波形的優(yōu)化控制單元、水深測(cè)量傳感器；電源電路由依次相連的整流電路、逆變電路、變壓電路、二次整流電路組成，外部的動(dòng)力電源經(jīng)動(dòng)力輸入電纜接口輸入后，進(jìn)入電源電路，依次經(jīng)過(guò)整流處理、逆變處理、變壓再經(jīng)二次整流后輸出。本發(fā)明焊機(jī)主電路中的控制電路內(nèi)還可以設(shè)有送絲機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，送絲機(jī)驅(qū)動(dòng)單元與DSP控制芯片相連接，從而采用藥芯焊絲焊接時(shí)，可以配合半自動(dòng)送絲機(jī)使用。本發(fā)明焊機(jī)主電路中的控制電路還可以設(shè)有水下控制與顯示單元，該單元可以采用控制鍵盤(pán)等輸入裝置以及液晶屏/數(shù)碼管等顯示裝置實(shí)現(xiàn)，用于方便使用者獲知裝置的工作參數(shù)、工作狀態(tài)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境的不同進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明還設(shè)有地面控制盒，地面控制盒內(nèi)的控制芯片事先內(nèi)嵌嵌入式操作系統(tǒng)，可通過(guò)通信電纜和水下控制系統(tǒng)通信，實(shí)時(shí)獲取水下焊接參數(shù)，并保存，同時(shí)運(yùn)行診斷系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)或者事后分析該數(shù)據(jù)，地面控制盒與殼體內(nèi)的焊機(jī)主電路中的控制電路相連接，在使用時(shí)地面控制盒位于施工水域外，例如甲板上，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)本裝置電流電壓調(diào)節(jié)、顯示及電源的啟動(dòng)、停止等工作狀態(tài)的外部控制，因此，焊機(jī)主電路中的控制電路內(nèi)對(duì)應(yīng)設(shè)有通信接口，通信接口與DSP控制芯片相連接，用于實(shí)現(xiàn)與外部的數(shù)據(jù)交換。本發(fā)明還提出一種應(yīng)用上述潛水式數(shù)字化水下濕法焊接電源實(shí)現(xiàn)水下200m環(huán)境下穩(wěn)定輸出焊接電壓電流的方法，其特征在于焊接開(kāi)始時(shí)根據(jù)施工環(huán)境所處深度的水壓，向焊接電源的殼體內(nèi)充入惰性氣體，來(lái)平衡殼體內(nèi)外壓力，焊接電源在焊接過(guò)程中位于水底，根據(jù)水深測(cè)量傳感器采集的數(shù)據(jù)，通過(guò)DSP控制芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過(guò)程輸出的電壓電流波形的優(yōu)化。本發(fā)明所述對(duì)對(duì)焊接過(guò)程輸出的電壓電流波形的優(yōu)化，是指隨著焊接水深的增力口，該電源的輸出空載電壓可以隨水深變化，空載電壓U隨水深h的變化規(guī)律如下當(dāng)Om 彡 h < 50m 時(shí)，U=75V ;當(dāng) 50m 彡 h 彡 IOOm 時(shí)，U=85V ；當(dāng) IOOm 彡 h < 150m 時(shí)，U=95V ；當(dāng)150m彡h彡200m時(shí)，U=IOOV ;以適應(yīng)水下濕法焊接穩(wěn)定性的要求，在此基礎(chǔ)上可以根據(jù)水深在DSP控制芯片內(nèi)部設(shè)置焊接參數(shù)組，從而實(shí)現(xiàn)不同水深的水下濕法焊接參數(shù)有效選擇，同時(shí)結(jié)合地面控制系統(tǒng)，根據(jù)水下焊接的實(shí)際需要，修改參數(shù)組，達(dá)到靈活控制的目的。本發(fā)明在使用時(shí)，由于焊接主要分三個(gè)部分，起弧過(guò)程、焊接過(guò)程、收弧過(guò)程，起弧過(guò)程中起弧電壓也即空載電壓隨水深增加而增加，本發(fā)明在使用時(shí)主要通過(guò)查表的方式，以20cm為間隔，將水深和起弧電壓相對(duì)應(yīng)進(jìn)行存儲(chǔ)，實(shí)際焊接時(shí)，直接調(diào)用該參數(shù)；起弧和焊接之間的過(guò)渡，存儲(chǔ)了線(xiàn)性過(guò)渡曲線(xiàn)、指數(shù)曲線(xiàn)、對(duì)數(shù)曲線(xiàn)、和可修改的任意過(guò)渡曲線(xiàn)四種功能，根據(jù)不同焊接工件進(jìn)行選擇；在焊接過(guò)程中，焊接電源外特性為恒壓，這里采用改進(jìn)PID算法,來(lái)控制電壓的穩(wěn)定性,其中^gSError (n)表示當(dāng)前的采樣數(shù)值與給定值的差，一階后項(xiàng)差分為(I)式，表不相鄰兩次偏差之間的差值
V Error (n) =Error (n) -Error (n_l)(I)
當(dāng)Error (n)的絕對(duì)值大于某給定值時(shí),認(rèn)為誤差已經(jīng)很大,控制器輸出最大，反向控制，最快減小誤差；
當(dāng)Eiror (n)的絕對(duì)值小于某給定值時(shí)，認(rèn)為誤差很小，通過(guò)積分環(huán)節(jié)減小穩(wěn)態(tài)誤差即
可；
當(dāng)Error (n)大于零,▽ Error (n)也大于零(或者兩者均小于零)則說(shuō)明誤差在增大，表明原來(lái)減小誤差的方法效果不明顯，應(yīng)該采取更強(qiáng)的控制方法；
當(dāng)Error (n) 大于零,▽ Error (n) 小于零(或者前者小于零，后者大于零)則說(shuō)明誤差在減小，說(shuō)明控制方法有效，可根據(jù)VBrroHn)變化率來(lái)修改控制參數(shù)，保證輸出電壓的穩(wěn)定；收弧過(guò)程和起弧過(guò)程類(lèi)似，同樣
存儲(chǔ)了線(xiàn)性過(guò)渡曲線(xiàn)、指數(shù)曲線(xiàn)、對(duì)數(shù)曲線(xiàn)和任意過(guò)渡曲線(xiàn)四種模式供不同焊接工件選擇。本發(fā)明中通過(guò)對(duì)起弧電壓也即空載電壓的優(yōu)化，可以改善起弧的可靠性，同時(shí)當(dāng)焊接過(guò)程中發(fā)生斷弧時(shí)，迅速再次起弧有效保證焊接工作的正常進(jìn)行。本發(fā)明中所述殼體可選用普通低碳鋼、低合金鋼、不銹鋼或鈦合金制成，用于達(dá)到密封性高、抗壓能力好的目標(biāo)，殼體內(nèi)的電源電路由輸入整流濾波、IGBT逆變器、變壓器及輸出整流濾波組成，并通過(guò)DSP控制芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流電壓波形的優(yōu)化控制及焊接過(guò)程的控制，焊接電源可以通過(guò)DSP控制芯片實(shí)現(xiàn)與外部控制器如地面控制盒的通訊，進(jìn)而可以根據(jù)不同的水深實(shí)現(xiàn)焊機(jī)輸出電壓的預(yù)先設(shè)置，使焊接電源可以隨著水深的增加提高輸出空載電壓，提聞焊接的穩(wěn)定性和引弧的可罪性，減少探索焊接規(guī)范的時(shí)間，提聞焊接效率。


附圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是本發(fā)明中水密接頭的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3是本發(fā)明中焊機(jī)主電路的原理框圖。附圖4是本發(fā)明中殼體的左視圖。附圖標(biāo)記殼體I、法蘭2、法蘭端蓋3、動(dòng)力輸入電纜接口 4、控制電纜接口 5、電源輸出接口 6、水冷輸入口 7、水冷輸出口 8、地面控制盒9、氣閥10、插頭底座11、0型密封圈 12、插頭體13、填料函14、DSP控制芯片15、參數(shù)存儲(chǔ)單元16、電壓傳感器17、電流傳感器18、多路DA單元19、多路驅(qū)動(dòng)單元20、優(yōu)化控制單元21、水深測(cè)量傳感器22、整流電路23、逆變電路23、變壓電路25、二次整流電路26、送絲機(jī)驅(qū)動(dòng)單元27、水下控制與顯示單元28、通信接口 29。
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明提出了 一種潛水式數(shù)字化水下濕法焊接電源，如附圖I所示，包括殼體I以及位于殼體I內(nèi)的焊機(jī)主電路，其特征在于所述殼體I的兩端設(shè)有法蘭2及法蘭端蓋3，其中法蘭2與殼體I采用搭接對(duì)焊連接，法蘭端蓋3與法蘭2采用厚度3_的聚四氟乙烯法蘭墊密封，殼體I上還設(shè)有氣閥10以及動(dòng)力輸入電纜接口 4、控制電纜接口 5以及兩個(gè)電源輸出接口 6，在實(shí)際使用時(shí)，兩個(gè)電源輸出接口 6位于殼體I 一側(cè)的法蘭端蓋3上，而動(dòng)力輸入電纜接口 4、控制電纜接口 5及其它接口均位于殼體I另一端的法蘭端蓋3上，本發(fā)明所采用的法蘭2與法蘭端蓋3周邊均布20螺栓孔，二者緊密連接，有效提高殼體I的密封性，其中動(dòng)力輸入電纜接口 4、控制電纜接口 5均采用插接式的水密接頭，如附圖2所示，該水密接頭主要包括插頭底座11、0型密封圈12、插頭體13以及填料函14，其中插頭底座11焊接到殼體I上的法蘭端蓋3上，插頭體13與插頭底座11采用螺紋加0型圈12密封連接，電纜與插頭體13采用填料函14進(jìn)行密封，即依靠填料函14中的壓緊裝置擠壓填料，通過(guò)電纜與填料產(chǎn)生的塑性變形來(lái)達(dá)到密封效果。如附圖3所示，本發(fā)明中位于殼體I內(nèi)的焊機(jī)主電路包括用于給整個(gè)焊接系統(tǒng)供電的電源電路以及用于根據(jù)水下環(huán)境智能控制電源電路輸出參數(shù)的控制電路，其中控制電路基于DSP控制芯片實(shí)現(xiàn)，包括DSP控制芯片15以及分別與DSP控制芯片15相連接的參數(shù)存儲(chǔ)單元16、與電源電路相連接的電壓傳感器17、與電源電路相連接的電流傳感器18、由多路DA單元19和多路驅(qū)動(dòng)單元20組成的輸出電流電壓波形的優(yōu)化控制單元21、水深測(cè)量傳感器22 ;電源電路由依次相連的整流電路23、逆變電路23、變壓電路25、二次整流電路26組成，外部的動(dòng)力電源經(jīng)動(dòng)力輸入電纜接口輸入后，進(jìn)入電源電路，依次經(jīng)過(guò)整流處理、逆變處理、變壓再經(jīng)二次整流后輸出。本發(fā)明焊機(jī)主電路中的控制電路內(nèi)還可以設(shè)有送絲機(jī)驅(qū)動(dòng)單元27，送絲機(jī)驅(qū)動(dòng)單元27與DSP控制芯片15相連接，從而采用藥芯焊絲焊接時(shí)，可以配合半自動(dòng)送絲機(jī)使用。本發(fā)明焊機(jī)主電路中的控制電路還可以設(shè)有與DSP控制芯片15相連接的水下控制與顯示單元28，該單元可以采用控制鍵盤(pán)等輸入裝置以及液晶屏/數(shù)碼管等顯示裝置實(shí)現(xiàn)，用于方便使用者獲知裝置的工作參數(shù)、工作狀態(tài)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境的不同進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明殼體I內(nèi)側(cè)設(shè)有用于熱量循環(huán)的盤(pán)管，殼體I上設(shè)有分別與盤(pán)管的輸入端和輸出端相連接的水冷輸入口 7和水冷輸出口 8，可通過(guò)與外界水環(huán)境進(jìn)行熱量交換(水循環(huán))來(lái)保證電源自身工作的穩(wěn)定性。本發(fā)明還設(shè)有地面控制盒9，地面控制盒9與殼體I內(nèi)的焊機(jī)主電路中的控制電路相連接，在使用時(shí)地面控制盒位于施工水域外，例如甲板上，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)本裝置電流電壓調(diào)節(jié)、顯示及電源的啟動(dòng)、停止等工作狀態(tài)的外部控制，因此，焊機(jī)主電路中的控制電路內(nèi)對(duì)應(yīng)設(shè)有通信接口 29，通信接口與DSP控制芯片15相連接，用于實(shí)現(xiàn)與外部的數(shù)據(jù)交換。本發(fā)明使用時(shí)，施工環(huán)境為水深60m以?xún)?nèi)，電源可放置在陸上，由潛水焊工在水下進(jìn)行焊接，當(dāng)水深超過(guò)60m以后，潛水電源可以放置在水下，通過(guò)動(dòng)力輸入電纜對(duì)焊接電源進(jìn)行動(dòng)力輸入，可實(shí)現(xiàn)最大200m水深的水下焊接過(guò)程。在進(jìn)行水下焊接前，通過(guò)安置在殼體I上的氣閥對(duì)設(shè)備進(jìn)行壓力試驗(yàn)，并將其內(nèi)部的壓力保持在下潛后相應(yīng)水環(huán)境的壓力，以平衡殼體I與施工外界環(huán)境的壓力，保證殼體I的穩(wěn)定性，之后采用吊裝的形式將焊接電源送至相應(yīng)施工位置，焊接開(kāi)始，焊接電源內(nèi)的電源電路在控制電路的控制下，將外部輸入的三相380v的高壓電轉(zhuǎn)換為焊接所需電源，并通過(guò)殼體一端的兩個(gè)電源輸出接口為焊接裝置供電；當(dāng)采用焊條電弧焊進(jìn)行水下焊接時(shí)，焊接電源殼體I上的兩個(gè)電源輸出接口 6可直接用于焊接的正負(fù)極進(jìn)行焊接；當(dāng)采用藥芯焊絲焊接時(shí)，半自動(dòng)水下焊接送絲機(jī)除需連接正負(fù)輸出(即電源輸出接口 6)外，還需連接電源的控制插座即控制電纜接口 5，以實(shí)現(xiàn)焊接電源與送絲機(jī)的協(xié)調(diào)工作；本發(fā)明配備的水冷系統(tǒng)即安裝在殼體內(nèi)側(cè)的盤(pán)管，可通過(guò)與外界循環(huán)泵等裝置的配合，實(shí)現(xiàn)熱量交換(水循環(huán))來(lái)保證電源自身工作的穩(wěn)定性；地面控制盒9與殼體I內(nèi)控制電路中的DSP控制芯片15可以以有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)的方式實(shí)現(xiàn)通信，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)交換，也即焊接電源殼體I內(nèi)的電流傳感器、電壓傳感器、水深測(cè)量傳感器所采集的數(shù)據(jù)以及其他裝置工作狀態(tài)有關(guān)的信息可以送出水面，水面外的地面控制盒9可以根據(jù)接收的上述信息向潛水焊接電源發(fā)送控制指令，該指令由焊接電源殼體I內(nèi)的DSP控制芯片15接收后分析處理并作出相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)焊接電源的電流電壓調(diào)節(jié)、顯示及 電源的啟動(dòng)、停止均可由甲板上的地面控制盒9控制實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明中所述殼體I可選用普通低碳鋼、低合金鋼、不銹鋼或鈦合金制成，具體可以采用內(nèi)徑400mm-600mm，壁厚15_25mm，長(zhǎng)度600-900mm的無(wú)縫鋼管或者鈦合金管，用于達(dá)到密封性高、抗壓能力好的目標(biāo)，殼體I內(nèi)的電源電路由輸入整流濾波電路、IGBT逆變器、變壓器及輸出整流濾波電路組成，并通過(guò)DSP控制芯片15實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流電壓波形的優(yōu)化控制及焊接過(guò)程的控制，焊接電源可以通過(guò)DSP控制芯片15實(shí)現(xiàn)與外部控制器如地面控制盒9的通訊，進(jìn)而可以根據(jù)不同的水深實(shí)現(xiàn)焊機(jī)輸出電壓的預(yù)先設(shè)置，使焊接電源可以隨著水深的增加提聞?shì)敵隹蛰d電壓，提聞焊接的穩(wěn)定性和引弧的可罪性，減少探索焊接規(guī)范的時(shí)間，提聞焊接效率。本發(fā)明基于DSP的焊接主電路，主要由DSP控制芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的脈寬調(diào)制、恒溫控制以及波形優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)水下焊接電壓及焊接電流的實(shí)時(shí)輸出與調(diào)整，以水深作為重要參數(shù)的焊接專(zhuān)家系統(tǒng)是指基于焊接水深的變化對(duì)焊接電源的輸出空載電壓進(jìn)行有效調(diào)整，從而可以改善水下濕法焊接的引弧可靠性及電弧穩(wěn)定性，該潛水式電源最大輸出電流500A，輸出電壓10疒50V，空載電壓50-110V可調(diào)，電纜的輸入輸出采用填料函等進(jìn)行密封，電源的冷卻采用可與外界水環(huán)境進(jìn)行熱量交換的水冷系統(tǒng)，既可以進(jìn)行水下焊條電弧焊的焊接，又可搭載水下機(jī)器人進(jìn)行全自動(dòng)化水下焊接，具有耐水壓、密封性能好、可靠性高、可在水下200m環(huán)境下穩(wěn)定輸出等顯著的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種潛水式數(shù)字化水下濕法焊接電源，包括殼體以及位于殼體內(nèi)的焊機(jī)主電路,其特征在于所述殼體的兩端設(shè)有法蘭及法蘭端蓋，其中法蘭與殼體采用搭接對(duì)焊連接，法蘭端蓋與法蘭采用厚度3mm的聚四氟乙烯法蘭墊密封，殼體上設(shè)有氣閥以及分別與焊機(jī)主電路相連接的動(dòng)力輸入電纜接口、控制電纜接口、電源輸出接口，殼體內(nèi)充有惰性氣體，當(dāng)深度h在Om-IOOm的范圍內(nèi)時(shí)，殼體內(nèi)氣壓值Ptl=O. 2MP，當(dāng)深度h > IOOm時(shí)，Ptl=O. 2+0. Olh,殼體上的動(dòng)力輸入電纜接口、控制電纜接口均采用插接式的水密接頭，該水密接頭主要包括插頭底座、O型密封圈、插頭體以及填料函，其中插頭底座焊接到殼體上的法蘭端蓋上，插頭體與插頭底座采用螺紋加O型圈密封連接，電纜與插頭體采用填料函進(jìn)行密封，殼體內(nèi)側(cè)設(shè)有用于熱量循環(huán)的盤(pán)管，殼體上設(shè)有分別與盤(pán)管的輸入端和輸出端相連接的水冷輸入口和水冷輸出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種潛水式數(shù)字化水下濕法焊接電源，其特征在于位于殼體內(nèi)的焊機(jī)主電路包括用于給整個(gè)焊接系統(tǒng)供電的電源電路以及用于根據(jù)水下環(huán)境智能控制電源電路輸出參數(shù)的控制電路，其中控制電路基于DSP控制芯片實(shí)現(xiàn)，包括DSP控制芯片以及分別與DSP控制芯片相連接的參數(shù)存儲(chǔ)單元、與電源電路相連接的電壓傳感器、與電源電路相連接的電流傳感器、由多路DA單元和多路驅(qū)動(dòng)單元組成的輸出電流電壓波形的優(yōu)化控制單元、水深測(cè)量傳感器；電源電路由依次相連的整流電路、逆變電路、變壓電路、二次整流電路組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種潛水式數(shù)字化水下濕法焊接電源，其特征在于焊機(jī)主電路中的控制電路內(nèi)還設(shè)有送絲機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，送絲機(jī)驅(qū)動(dòng)單元與DSP控制芯片相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種潛水式數(shù)字化水下濕法焊接電源，其特征在于焊機(jī)主電路中的控制電路還設(shè)有與DSP控制芯片相連接的水下控制與顯示單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種潛水式數(shù)字化水下濕法焊接電源，其特征在于還設(shè)有地面控制盒，地面控制盒與殼體內(nèi)的焊機(jī)主電路中的控制電路經(jīng)纜線(xiàn)相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種潛水式數(shù)字化水下濕法焊接電源，其特征在于殼體采用采用內(nèi)徑400mm-600mm，壁厚15_25mm，長(zhǎng)度600-900mm的無(wú)縫鋼管或者鈦合金管。
7.一種應(yīng)用權(quán)利要求I至6中任意一項(xiàng)所述的潛水式數(shù)字化水下濕法焊接電源實(shí)現(xiàn)水下200m環(huán)境下穩(wěn)定輸出焊接電壓電流的方法，其特征在于焊接開(kāi)始時(shí)根據(jù)施工環(huán)境所處深度的水壓，向焊接電源的殼體內(nèi)充入惰性氣體，來(lái)平衡殼體內(nèi)外壓力，焊接電源在焊接過(guò)程中位于水底，根據(jù)水深測(cè)量傳感器采集的數(shù)據(jù)，通過(guò)DSP控制芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過(guò)程輸出的電壓電流波形的優(yōu)化，其中對(duì)焊接過(guò)程輸出的電壓電流波形的優(yōu)化，是指隨著焊接水深h的增加，該電源的輸出空載電壓U有如下變化規(guī)律當(dāng)Om彡h < 50m時(shí)，U=75V ;當(dāng)50m 彡 h 彡 IOOm 時(shí)，U=85V ;當(dāng) IOOm 彡 h < 150m 時(shí)，U=95V ;當(dāng) 150m 彡 h ( 200m 時(shí)，U=100V。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種實(shí)現(xiàn)水下200m環(huán)境下穩(wěn)定輸出焊接電壓電流的方法，其特征在于在焊接過(guò)程中采用改進(jìn)PID算法來(lái)控制輸出電壓的穩(wěn)定性，其中JiSEiror (n)表示當(dāng)前的采樣數(shù)值與給定值的差，一階后項(xiàng)差分為(I)式，表示相鄰兩次偏差之間的差值， V Error (n) =Error (n) -Error (n_l)(I) 當(dāng)Error (n)的絕對(duì)值大于某給定值時(shí),認(rèn)為誤差已經(jīng)很大,控制器輸出最大,反向控制，最快減小誤差；當(dāng)Eiror (n)的絕對(duì)值小于某給定值時(shí)，認(rèn)為誤差很小，通過(guò)積分環(huán)節(jié)減小穩(wěn)態(tài)誤差即可； 當(dāng)Error (n)大于零,▽ Error (n)也大于零或者兩者均小于零則說(shuō)明誤差在增大,表明原來(lái)減小誤差的方法效果不明顯，應(yīng)該采取更強(qiáng)的控制方法； 當(dāng)Error (n)大于零,▽ Error (n)小于零或者前者小于零,后者大于零,則說(shuō)明誤差在減小，說(shuō)明控制方法有效，根據(jù)VEiror (n)變化率來(lái)修改控制參數(shù)，保證輸出電壓的穩(wěn)定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種焊接設(shè)備，具體地說(shuō)是一種耐水壓、密封性能好、可在水下200m環(huán)境下穩(wěn)定輸出并且基于DSP實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過(guò)程控制的潛水式數(shù)字化水下濕法焊接電源，包括殼體以及位于殼體內(nèi)的焊機(jī)主電路，其特征在于所述殼體的兩端設(shè)有法蘭及法蘭端蓋，其中法蘭與殼體采用搭接對(duì)焊連接，法蘭端蓋與法蘭采用厚度3mm的聚四氟乙烯法蘭墊密封，殼體上還設(shè)有氣閥以及動(dòng)力輸入電纜接口、控制電纜接口、電源輸出接口，本發(fā)明具有耐水壓、密封性能好、可在水下200m環(huán)境下穩(wěn)定輸出等顯著地優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K9/10GK102773582SQ201210289768
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者代翔宇, 馮吉才, 張洪濤, 袁新, 趙占峰 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)