一種恒流焊接裝置及其控制方法
【專利說明】一種恒流焊接裝置及其控制方法
[技術(shù)領(lǐng)域]
[0001] 本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種恒流焊接裝置及其控制方法。
[【背景技術(shù)】]
[0002] 通常在使用恒流特性的焊機進行焊接時，首先要設(shè)置好焊接電流波形參數(shù)，例如， 電流峰值、電流基值、脈沖頻率等。然后焊機會根據(jù)焊接電流波形參數(shù)輸出焊接電流。但 是，在焊接過程中，因為電極與母材之間的距離會發(fā)生微小的變化，所以焊接的電弧長度也 會發(fā)生變化。如果電弧長度過長，則熔池深度太淺，電弧壓力不足，會導(dǎo)致焊接不夠牢固。 如果電弧長度過短，則有可能將工件焊漏。也就是說，電弧長度的變化會導(dǎo)致電弧特性的變 化，從而導(dǎo)致不能實現(xiàn)良好的焊接。
[0003] 根據(jù)目前的研究，可以通過調(diào)整焊接電流波形參數(shù)，來調(diào)整電弧的特性，從而實現(xiàn) 良好的焊接。但是在現(xiàn)有技術(shù)中，焊機的焊接電流波形參數(shù)都是預(yù)先設(shè)定好的，無法根據(jù)需 要實時地調(diào)整。因此當(dāng)焊接情況發(fā)生變化時，例如，電弧長度發(fā)生變化時，現(xiàn)有技術(shù)的焊機 無法實時調(diào)整焊接電流波形參數(shù)，從而不能實時有效地調(diào)整電弧的特性，不能實現(xiàn)良好的 焊接。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[技術(shù)問題]
[0004] 本發(fā)明旨在針對現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種恒流焊接裝置及其控制方法。
[解決方案]
[0005] 本發(fā)明提供的恒流焊接裝置包括：電流檢測單元和電壓檢測單元，還包括：弧壓 獲取單元，其用于根據(jù)電流檢測單元檢測的電流和電壓檢測單元檢測的電壓，獲取實際焊 接過程中的弧壓U2 ;焊接電流波形參數(shù)獲取單元，其用于根據(jù)弧壓U2以及預(yù)先設(shè)定的弧壓 與焊接電流波形參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系r，獲取焊接電流波形參數(shù)P ;以及輸出控制單元，其用于 根據(jù)焊接電流波形參數(shù)P控制恒流焊接裝置的輸出。
[0006] 本發(fā)明還提供一種恒流焊接裝置控制方法，恒流焊接裝置包括：電流檢測單元和 電壓檢測單元。恒流焊接裝置控制方法包括：弧壓獲取步驟，根據(jù)電流檢測單元檢測的電 流和電壓檢測單元檢測的電壓，獲取實際焊接過程中的弧壓U2 ;焊接電流波形參數(shù)獲取步 驟，根據(jù)弧壓U2以及預(yù)先設(shè)定的弧壓與焊接電流波形參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系r，獲取焊接電流波 形參數(shù)P ;以及輸出控制步驟，根據(jù)焊接電流波形參數(shù)P控制恒流焊接裝置的輸出。
[發(fā)明有益效果]
[0007] 通過本發(fā)明的恒流焊接裝置及其控制方法，可以根據(jù)不同的電弧長度，實時調(diào)整 焊接電流波形參數(shù)，從而實時有效地調(diào)整電弧的特性，實現(xiàn)良好的焊接。
[【附圖說明】]
[0008] 圖1是本發(fā)明的恒流焊接裝置的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是本發(fā)明的恒流焊接裝置的硬件結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的恒流焊接裝置的弧壓獲取單元的結(jié)構(gòu)框圖； 圖4是本發(fā)明的恒流焊接裝置的輸出控制單元的結(jié)構(gòu)框圖； 圖5是本發(fā)明的恒流焊接控制方法的流程圖； 圖6是本發(fā)明的恒流焊接控制方法的弧壓獲取步驟的流程圖； 圖7是本發(fā)明的恒流焊接控制方法的輸出控制步驟的流程圖； 圖8是本發(fā)明的直流焊機在弧壓為IV時的給定電流波形圖； 圖9是本發(fā)明的直流焊機在弧壓為2V時的給定電流波形圖； 圖10是本發(fā)明的交流焊機在弧壓為IV時的給定電流波形圖；以及 圖11是本發(fā)明的交流焊機在弧壓為2V時的給定電流波形圖。
[【具體實施方式】]
[0009] 本發(fā)明的核心思想是，預(yù)先設(shè)定好弧壓與焊接電流波形參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，然后實 時計算弧壓，并根據(jù)弧壓獲取焊接電流波形參數(shù)，最后根據(jù)獲取的焊接電流波形參數(shù)控制 恒流焊接裝置的輸出電流。
[0010] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行說明。
[焊接裝置]
[0011] 下面參照圖1和圖2描述本發(fā)明的恒流焊接裝置。
[0012] 如圖1所示，本發(fā)明的恒流焊接裝置包括：電流檢測單元1和電壓檢測單元2,還 包括：弧壓獲取單元3,其用于根據(jù)電流檢測單元1檢測的電流和電壓檢測單元2檢測的電 壓，獲取實際焊接過程中的弧壓U2 ;焊接電流波形參數(shù)獲取單元4,其用于根據(jù)弧壓U2以及 預(yù)先設(shè)定的弧壓與焊接電流波形參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系r，獲取焊接電流波形參數(shù)P ;以及輸出控 制單元5,其用于根據(jù)焊接電流波形參數(shù)P控制恒流焊接裝置的輸出。
[0013] 在本實施例中，恒流焊接裝置是TIG焊機（鎢極惰性氣體保護焊機）。但本發(fā)明不 限于此，恒流焊接裝置也可以是埋弧焊機。
[0014] 如圖2所示，本發(fā)明的恒流焊接裝置包括CPU，以及分別和CPU連接的信號功率 放大電路、RAM、Flash、電流互感器和電壓互感器。信號功率放大電路還連接有功率器件 (IGBT)。本發(fā)明的恒流焊接裝置也可以采用帶有RAM和ROM的CPU，例如，德州儀器公司的 F28M35H52C1RFPT，或者其它類型的CPU、可編程控制器等。
[0015] 電流檢測單元1和電壓檢測單元2可以是電流互感器和電壓互感器?；韩@取單 元3、焊接電流波形參數(shù)獲取單元4和輸出控制單元5可以通過CPU運行Flash中存儲的程 序模塊來實現(xiàn)。
[0016] 下面參照圖3描述弧壓獲取單元3的結(jié)構(gòu)。
[0017] 如圖3所示，弧壓獲取單元3包括：回路電阻計算單元31，其用于在恒流焊接裝置 的輸出終端短路時，根據(jù)電流檢測單元1檢測的短路電流I和電壓檢測單元2檢測的短路 電壓U，計算恒流焊接裝置的回路電阻R?；河嬎銌卧?2,其用于在恒流焊接裝置進行焊 接時，根據(jù)電流檢測單元1檢測的焊接電流11，電壓檢測單元2檢測的焊接電壓Ul，以及回 路電阻R，計算實際焊接過程中的弧壓U2。
[0018] 回路電阻計算單元31和弧壓計算單元32的功能可以通過CPU運行Flash中存儲 的程序模塊來實現(xiàn)。
[0019] 下面參照圖4描述輸出控制單元5的結(jié)構(gòu)。
[0020] 如圖4所示，輸出控制單元5包括：給定值設(shè)定單元51，其用于根據(jù)焊接電流波形 參數(shù)P設(shè)定給定電流Ig ;誤差值計算單元52,其用于計算焊接電流Il與給定電流Ig之間 的誤差值D ;開通值計算單元53,其用于根據(jù)誤差值D計算功率器件的開通值0 ;以及功率 器件控制單元54,其用于根據(jù)開通值0控制功率器件的開通時間，從而控制恒流焊接裝置 的輸出。
[0021] 給定值設(shè)定單元51、誤差值計算單元52、開通值計算單元53和功率器件控制單元 54的功能可以通過CPU運行Flash中存儲的程序模塊來實現(xiàn)。
[焊接控制方法]
[0022] 接下來參照圖5描述本發(fā)明的焊接控制方法。
[0023] 在弧壓獲取步驟Sl中，根據(jù)電流檢測單元1檢測的電流和電壓檢測單元2檢測的 電壓，獲取實際焊接過程中的弧壓U2。
[0024] 可以采用任意已知的方法獲取弧壓U2。在本實施例中，采用如圖6所示的方法。 弧壓獲取步驟Sl包括以下步驟。
[0025] 回路電阻計算步驟S11，在恒流焊接裝置的輸出終端短路時，根據(jù)電流檢測單元1 檢測的短路電流I和電壓檢測單元2檢測的短路電壓U，計算恒流焊接裝置的回路電阻R。
[0026] 具體的，在焊接前，先將恒流焊接裝置（TIG焊機）的輸出終端短路，即，將焊槍的 鎢極與母材短路。然后電流檢測單元1檢測短路電流I，電壓檢測單元2檢測短路電壓U， 再根據(jù)短路電流I和短路電壓U計算回路電阻R。計算公式為：
[式 1]R = U/I。
[0027] 弧壓計算步驟S12,在恒流焊接裝置進行焊接時，根據(jù)電流檢測單元1檢測的焊接 電流II，電壓檢測單元2檢測的焊接電壓U1，以及回路電阻R，計算實際焊接過程中的弧壓 U2。計算公式為：
[式 2]U2 = U1-I1*R。
[0028] 其中，電壓檢測單元2檢測到的焊接電壓Ul是恒流焊接裝置輸出的總電壓。焊接 電壓Ul包括弧壓U2和回路上的電壓?；芈飞系碾妷嚎梢杂煤附与娏鱅l乘以回路電阻R 求出。
[0029] 在焊接過程中，如果電弧長度發(fā)生變化，則弧壓U2也會發(fā)生變化。通過實時地計 算弧壓U2,可以得知電弧長度的變化情況。
[0030] 焊接電流波形參數(shù)獲取步驟S2,根據(jù)弧壓U2以及預(yù)先設(shè)定的弧壓與焊接電流波 形參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系r，獲取焊接電流波形參數(shù)P。
[0031] 具體的，預(yù)先在恒流焊接裝置中存儲弧壓U2與焊接電流波形參數(shù)P的對應(yīng)表，如 表1所示。
[表1]
[0032] 在本實施例中，恒流焊接裝置為直流焊機，例如，直流TIG焊機，直流埋弧焊機等。 焊接電流波形參數(shù)P包括：電流峰值、電流基值、上升沿時間、下降沿時間、脈沖頻率和占空 比。
[0033] 然后根據(jù)步驟Sl中計算出的弧壓U2,從表1中獲取焊接電流波形參數(shù)P。焊接開 始時，弧壓U2 = IV，電流峰值和電流基值均為100A，上升沿時間、下降沿時間和脈沖頻率均 為〇,占空比為50%。具體的波形如圖8