金属过渡气体保护焊接控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种金属过渡气体保护焊接控制系统及其控制方法，该控制系统包括气体保护焊枪、为所述气体保护焊枪提供金属焊丝的送丝控制系统和控制金属焊丝熔接产生焊接电弧的焊接电源，还包括电流采集放大电路、电压取样放大电路、电弧短路检测电路、电弧缩颈预检电路、金属过渡波形控制系统、电弧电压电流分配单元系统、电弧电流调节单元和电弧电压调节单元；本发明专利技术能够准确检测金属过渡时燃弧、短路状态的变化，精确可靠地对焊接熔滴液桥的收缩状态进行预判断，从而实现焊接电弧熔滴过渡过程的全数字化控制，达到精确控制燃弧能量和焊缝熔深的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属过渡气体保护焊接，具体是涉及一种金属过渡气体保护焊接控制系统(简称ART)及其控制方法，适用于二次斩波式弧焊电源或逆变式电源的电弧控制。
技术介绍
国内外的焊接设备厂家为提高焊接质量，一直进行着努力，传统金属过渡气体保护焊接方法为恒压外特性的焊接电源输出回路串联一个电感量适中的串联电抗器，电弧短路时，由于电感的存在，短路电流的上升率和液桥断裂时的短路峰值电流均受到抑制，从而控制金属过渡过程。但是电感量大小的选择要适当，太小的电感造成电流的上升率及液桥爆断电流过大，产生大量的气溅，太大的电感在抑制短路电流上升速度和峰值电流的同时，会使短路时间增大，使液桥来不及收缩和过渡，导致固体短路发生，影响焊接过程的正常进行，此外，由于不同的焊接规范对电感的要求不同，因此该方法很难满足焊接工艺的要求。也有采用焊接电流波形控制配合电子电抗器的方法，该方法根据电弧各阶段对电流波形的要求，设计一系列基于时间分配的电流波形，通过电子电抗器控制金属熔滴过渡各个阶段电流的变化率。但实际金属过渡焊接各个阶段关系复杂，并受焊接过程其它条件的随机干扰，电流很难与电弧各个阶段同步一致，因此实际的应用局限性大，不易于实现控制功能。也有采用检测短路过程对电弧实时控制的方法，该方法通过对电弧和短路过程进行检测和控制，存在以下问题(1)熔滴短路液桥电阻很小，但受各种因素的影响，很难准确的将其检测出来。(2)短路液桥收缩过程是加速的，因此在检测出液桥即将破断时，再控制焊接电源的输出电流，其响应有可能滞后，影响焊接过程的控制。也有采用复合电源外特性控制的方法，该方法对焊接电弧中的燃弧、短路瞬间，液桥的颈缩与破断及电弧重燃各个阶段，进行闭环控制，电源的外特性，有如下的特点(I)当熔滴与熔池发生短路时，电源输出一个很小的电流，让熔滴在熔池表面铺展，防止瞬间短路飞溅的发生。(2)当熔滴在熔池表面铺展，形成稳定的液桥后，电流以较大的增长率上升到适当的短路峰值电流，使短路液桥在该电流下收缩，形成缩颈。(3)短路液桥收缩的后期，既破断前夕，短路电流迅速降低，液桥在小电流下破断，形成无飞溅熔滴。(4)在液桥破断，电弧重新引燃的同时，电源会立即在一段时间输出熔深控制外特性，生成一个较强的燃弧脉冲电流，增加燃弧能量和焊缝熔深，该熔深控制外特性的作用时间可以根据熔深的要求进行调节和预置，以使在相同送丝速度下获得不同的熔深。(5 )在燃弧脉冲过后，电弧会自动进行弧长检测和控制状态，控制电弧长度及熔滴大小。使用这种控制方法，熔深显著增加，焊缝成形良好，具有较好的焊接工艺效果，但是如何正确检测焊接输出液桥直径和收缩状态，对熔滴过渡进行控制，一直是焊机行业待解决的难题。也是熔滴过渡控制的核心所在。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种金属过渡气体保护焊接控制系统及控制方法，能够准确检测金属过渡时燃弧、短路状态的变化，精确可靠地对焊接熔滴液桥的收缩状态进行预判断，从而实现焊接电弧熔滴过渡过程的全数字化控制，达到精确控制燃弧能量和焊缝熔深的目的。本专利技术的技术方案是这样实现的一种金属过渡气体保护焊接控制系统，包括气体保护焊枪、为所述气体保护焊枪提供金属焊丝的送丝控制系统和控制金属焊丝熔接产生焊接电弧的焊接电源，还包括电流采集放大电路、电压取样放大电路、电弧短路检测电路、电弧缩颈预检电路、金属过渡波形控制系统、电弧电压电流分配单元系统、电弧电流调节单元和电弧电压调节单元；所述电流采集放大电路能够通过焊接电弧电流传感器采集焊接电弧的电流信号，并输出焊接电弧电流检测信号给所述金属过渡波形控制系统和所述电弧电流调节单元；所述电压取样放大电路能够采集焊接电弧的电压信号，生成并输出电弧电压检测信号给所述电弧短路检测电路、所述电弧缩颈预检电路和所述电弧电压调节单元；所述电弧短路检测电路能够接收所述电弧电压检测信号，生成并输出电弧状态检测信号给所述金属过渡波形控制系统；所述电弧缩颈预检电路能够接收所述电弧电压检测信号，生成并输出电弧缩颈控制信号给所述金属过渡波形控制系统；另设有焊接电弧参数单元，用于为所述金属过渡波形控制系统提供焊接电弧参数信号；所述金属过渡波形控制系统能够接收所述电弧状态检测信号、电弧缩颈控制信号、焊接电弧电流检测信号和焊接电弧参数信号，生成并输出金属过渡可控制波形信号给所述电弧电压电流分配单元系统；所述电弧电压电流分配单元系统能够接收所述金属过渡可控制波形信号，生成并输出焊接电弧电压电流时间时序分配信号，且生成并输出焊接电弧电压电流波形信号给所述电弧电流调节单元和电弧电压调节单元；所述电弧电流调节单元能够接收所述焊接电弧电流检测信号和所述焊接电弧电压电流波形信号，生成并输出焊接电弧电流控制信号；所述电弧电压调节单元能够接收所述电弧电压检测信号和所述焊接电弧电压电流波形信号，生成并输出焊接电弧电压控制信号；另设有快速数字开关，所述焊接电弧电压电流时间时序分配信号通过所述快速数字开关控制所述焊接电弧电流控制信号和所述焊接电弧电压控制信号的选择，并驱动所述焊接电源产生可控制金属过渡的焊接电弧。作为本专利技术的进一步改进，所述电弧短路检测电路为高速信号比较电路，所述金属过渡波形控制系统输出预置电弧短路阀值信号给所述电弧短路检测电路，所述电弧短路检测电路接收所述电弧电压检测信号和所述电弧短路阀值信号，生成并输出电弧状态检测信号给所述金属过渡波形控制系统。作为本专利技术的进一步改进，所述金属过渡波形控制系统包括数字滤波处理系统和电弧控制系统，所述数字滤波处理系统接收所述电弧状态检测信号并进行数字滤波处理后，输出给所述电弧控制系统。作为本专利技术的进一步改进，所述金属过渡波形控制系统包括同步脉冲控制单元，所述电弧缩颈预检电路包括电弧参数记忆电路、数字延时单元、参数记忆单元、中间参数记忆单元和高速比较放大单元；所述同步脉冲控制单元能够产生时间分割脉冲信号，并输出给所述数字延时单元、所述参数记忆单元和所述电弧参数记忆电路；所述电弧参数记忆电路能够接收所述时间分割脉冲信号和所述电弧电压检测信号，生成并输出第一电弧参数信号给所述中间参数记忆单元；所述数字延时单元能够接收所述时间分割脉冲信号并生成延时同步脉冲信号；所述中间参数记忆单元能够接收所述延时同步脉冲信号和所述第一电弧参数信号，生成并输出第二电弧参数信号给所述高速比较放大单元和参数记忆单元；所述参数记忆单元能够接收所述时间分割脉冲信号和所述第二电弧参数信号，生成并输出第三电弧参数信号给所述高速比较放大单元；所述高速比较放大单元能够接收所述第二电弧参数信号和所述第三电弧参数信号，生成并输出电弧缩颈控制信号。一种金属过渡气体保护焊接控制系统的控制方法，包括如下焊接控制状态状态①、金属过渡波形控制系统根据电弧状态检测信号判断电弧是否发生了短路，判定短路发生后，金属过渡波形控制系统通过电弧电压电流分配单元系统、电流调节单元及电压调节单元降低焊接电源的电流直至达到预设的第一设定值，并维持一段预设的第一设定时间后，进入状态②；状态②、金属过渡波形控制系统通过电弧电压电流分配单元系统、电流调节单元及电压调节单元控制焊接电源的电流以第一变化率增加，直至达到预设的第二设定值后，进入状态③；状态③、金属过渡波形控制系统通过电弧电压电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属过渡气体保护焊接控制系统，包括气体保护焊枪（702）、为所述气体保护焊枪提供金属焊丝的送丝控制系统（703）和控制金属焊丝熔接产生焊接电弧的焊接电源（701），其特征在于：还包括电流采集放大电路（705）、电压取样放大电路（706）、电弧短路检测电路（300）、电弧缩颈预检电路（600）、金属过渡波形控制系统（707）、电弧电压电流分配单元系统（708）、电弧电流调节单元（711）和电弧电压调节单元（714）；所述电流采集放大电路能够通过焊接电弧电流传感器（704）采集焊接电弧的电流信号，并输出焊接电弧电流检测信号（710）给所述金属过渡波形控制系统和所述电弧电流调节单元；所述电压取样放大电路能够采集焊接电弧的电压信号，生成并输出电弧电压检测信号（301）给所述电弧短路检测电路、所述电弧缩颈预检电路和所述电弧电压调节单元；所述电弧短路检测电路能够接收所述电弧电压检测信号，生成并输出电弧状态检测信号（304）给所述金属过渡波形控制系统；所述电弧缩颈预检电路能够接收所述电弧电压检测信号，生成并输出电弧缩颈控制信号（607）给所述金属过渡波形控制系统；另设有焊接电弧参数单元（715），用于为所述金属过渡波形控制系统提供焊接电弧参数信号（719）；所述金属过渡波形控制系统能够接收所述电弧状态检测信号、电弧缩颈控制信号、焊接电弧电流检测信号和焊接电弧参数信号，生成并输出 金属过渡可控制波形信号（709）给所述电弧电压电流分配单元系统；所述电弧电压电流分配单元系统能够接收所述金属过渡可控制波形信号，生成并输出焊接电弧电压电流时间时序分配信号（713），且生成并输出焊接电弧电压电流波形信号（712）给所述电弧电流调节单元和电弧电压调节单元；所述电弧电流调节单元能够接收所述焊接电弧电流检测信号和所述焊接电弧电压电流波形信号，生成并输出焊接电弧电流控制信号（717）；所述电弧电压调节单元能够接收所述电弧电压检测信号和所述焊接电弧电压电流波形信号，生成并输出焊接电弧电压控制信号（716）；另设有快速数字开关（718），所述焊接电弧电压电流时间时序分配信号通过所述快速数字开关控制所述焊接电弧电流控制信号和所述焊接电弧电压控制信号的选择，并驱动所述焊接电源产生可控制金属过渡的焊接电弧。...

【技术特征摘要】
1.一种金属过渡气体保护焊接控制系统，包括气体保护焊枪(702)、为所述气体保护焊枪提供金属焊丝的送丝控制系统(703)和控制金属焊丝熔接产生焊接电弧的焊接电源(701),其特征在于:还包括电流采集放大电路(705)、电压取样放大电路(706)、电弧短路检测电路(300)、电弧缩颈预检电路(600)、金属过渡波形控制系统(707)、电弧电压电流分配单元系统(708)、电弧电流调节单元(711)和电弧电压调节单元(714);所述电流采集放大电路能够通过焊接电弧电流传感器(704)采集焊接电弧的电流信号，并输出焊接电弧电流检测信号(710)给所述金属过渡波形控制系统和所述电弧电流调节单元；所述电压取样放大电路能够采集焊接电弧的电压信号，生成并输出电弧电压检测信号(301)给所述电弧短路检测电路、所述电弧缩颈预检电路和所述电弧电压调节单元；所述电弧短路检测电路能够接收所述电弧电压检测信号，生成并输出电弧状态检测信号(304)给所述金属过渡波形控制系统；所述电弧缩颈预检电路能够接收所述电弧电压检测信号，生成并输出电弧缩颈控制信号(607)给所述金属过渡波形控制系统；另设有焊接电弧参数单元(715)，用于为所述金属过渡波形控制系统提供焊接电弧参数信号(719);所述金属过渡波形控制系统能够接收所述电弧状态检测信号、电弧缩颈控制信号、焊接电弧电流检测信号和焊接电弧参数信号，生成并输出金属过渡可控制波形信号(709)给所述电弧电压电流分配单元系统；所述电弧电压电流分配单元系统能够接收所述金属过渡可控制波形信号，生成并输出焊接电弧电压电流时间时序分配信号(713)，且生成并输出焊接电弧电压电流波形信号(712)给所述电弧电流调节单元和电弧电压调节单元；所述电弧电流调节单元能够接收所述焊接电弧电流检测信号和所述焊接电弧电压电流波形信号，生成并输出焊接电弧电流控制信号(717);所述电弧电压调节单元能够接收所述电弧电压检测信号和所述焊接电弧电压电流波形信号，生成并输出焊接电弧电压控制信号(716);另设有快速数字开关(718)，所述焊接电弧电压电流时间时序分配信号通过所述快速数字开关控制所述焊接电弧电流控制信号和所述焊接电弧电压控制信号的选择，并驱动所述焊接电源产生可控制金属过渡的焊接电弧。2.根据权利要求1所述的金属过渡气体保护焊接控制系统，其特征在于:所述电弧短路检测电路(300)为高速信号比较电路(303)，所述金属过渡波形控制系统输出预置电弧短路阀值信号(302 )给所述电弧短路检测电路，所述电弧短路检测电路接收所述电弧电压检测信号(301)和所述电弧短路阀值信号，生成并输出电弧状态检测信号(304)给所述金属过渡波形控制系统。3.根据权利要求2所述的金属过渡气体保护焊接控制系统，其特征在于:所述金属过渡波形控制系统包括数字滤波处理系统(401)和电弧控制系统(402)，所述数字滤波处理系统接收所述电弧状态检测信号并进行数字滤波处理后，输出给所述电弧控制系统(402)。4.根据权利要求1所述的金属过渡气体保护焊接控制系统，其特征在于:所述金属过渡波形控制系统包括同步脉冲控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海音，王述琳，
申请(专利权)人：昆山安意源管道科技有限公司，
类型：发明
国别省市：