CN108202177A - 气体保护焊起弧控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气体保护焊起弧控制方法和装置。一种气体保护焊起弧控制方法包括步骤：设定预设时间、初始送丝速度和目标送丝速度；根据预设时间、初始送丝速度、目标送丝速度和焊丝类型，计算在预设时间内将送丝速度从初始送丝速度上升到目标送丝速度所需的熔化焊丝能量；根据所需的能量和焊机类型确定脉冲信号的预设占空比；启动焊枪开关，输出预设占空比的脉冲信号驱动IGBT；当焊丝触碰工件后，在预设时间内保持预设占空比；当检测到焊接输出电流后，控制送丝速度在预设时间内从初始送丝速度上升至目标送丝速度。一种气体保护焊起弧控制装置包括设置单元、计算单元、检测单元和控制单元。上述气体保护焊起弧控制方法和装置，起弧效率高。
Description
技术领域
本发明涉及焊接领域，特别是涉及一种气体保护焊起弧控制方法和装置。
背景技术
气体保护焊是利用气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。在焊接领域应用广泛，起弧效果直接影响着焊接效率和焊接稳定性。
目前气体保护焊多为模拟控制或数字控制，往往不够稳定，容易断弧，起弧效率较低。
发明内容
基于此，有必要针对上述气体保护焊起弧控制问题，提供一种气体保护焊起弧控制方法及装置。
一种气体保护焊起弧控制方法，包括步骤：
设定预设时间、初始送丝速度和目标送丝速度；
根据所述预设时间、所述初始送丝速度、所述目标送丝速度和焊丝类型，计算在所述预设时间内将送丝速度从所述初始送丝速度上升到所述目标送丝速度所需的熔化焊丝能量；
根据所述所需的能量和焊机类型确定脉冲信号的预设占空比；
启动焊枪开关，输出脉冲信号驱动IGBT，所述脉冲信号的占空比为所述预设占空比；
当焊丝触碰工件后，在所述预设时间内保持所述预设占空比；
当检测到焊接输出电流后，控制送丝速度在所述预设时间内从所述初始送丝速度上升至所述目标送丝速度。
上述气体保护焊起弧控制方法，根据熔化预设时间内的焊丝所需要的能量，计算所需脉冲的占空比，从而精细控制送丝速度从初始送丝速度上升至目标送丝速度，获得起弧时相对稳定的电弧形态，确保电弧能够一次引燃，有效提高了起弧效率。
在其中一个实施例中，在所述根据所述预设时间、所述初始送丝速度、所述目标送丝速度和焊丝类型，计算在所述预设时间内熔化焊丝所需的能量步骤中，还包括：
根据所述预设时间、所述初始送丝速度、所述目标送丝速度和所述焊丝类型，计算在所述预设时间内的送丝长度；
根据所述送丝长度计算所述所需的熔化焊丝能量。
在其中一个实施例中，在所述根据所述所需的能量和焊机类型，确定脉冲信号的预设占空比的步骤中，还包括：
根据焊机的效率、焊机的直流母线电压以及焊机的输出电流计算得到所述预设占空比。
在其中一个实施例中，所述预设占空比其中Hm为根据所述焊丝类型设定的比例系数，t为所述预设时间，L为所述预设时间内的送丝长度，r为所述焊丝的半径，Ui为所述焊机的直流母线电压，Ia为所述焊机的输出电流，η为所述焊机的效率。
在其中一个实施例中，所述根据所述焊丝类型设定的比例系数Hm，是根据所述焊丝的熔点设定，所述比例系数Hm和所述焊丝的熔点成正比例关系。
在其中一个实施例中，在所述当检测到焊接输出电流后，控制送丝速度从所述初始送丝速度上升至所述目标送丝速度的步骤中，所述送丝速度通过比例积分微分调节(PID调节)方式从所述初始送丝速度上升至所述目标送丝速度。
在其中一个实施例中，所述焊丝触碰所述工件的同时检测到所述焊接输出电流。
在其中一个实施例中，所述预设时间大于所述送丝速度上升时间，其中所述送丝速度上升时间为所述送丝速度从所述初始送丝速度上升至所述目标送丝速度的时间。
一种气体保护焊起弧控制装置，包括：
设置单元，所述设置单元用于设定预设时间、初始送丝速度和目标送丝速度；
计算单元，所述计算单元和所述设置单元连接，所述计算单元用于根据所述预设时间、所述初始送丝速度、所述目标送丝速度和焊丝类型，计算在所述预设时间内将送丝速度从所述初始送丝速度上升到所述目标送丝速度所需的熔化焊丝能量以及根据所述所需的能量和焊机类型确定脉冲信号的预设占空比；
检测单元，所述检测单元用于检测所述焊丝触碰工件的信号以及检测焊接输出电流；
控制单元，所述控制单元分别和所述设置单元以及所述检测单元连接，用于输出脉冲信号驱动IGBT，所述脉冲信号的占空比为所述预设占空比、当焊丝触碰工件后，在所述预设时间内保持所述预设占空比并且当检测到焊接输出电流后，控制送丝速度在所述预设时间内从所述初始送丝速度上升至所述目标送丝速度。
上述气体保护焊起弧控制装置，根据熔化预设时间内的焊丝所需要的能量，计算所需脉冲的占空比，从而精细控制送丝速度从初始送丝速度上升至目标送丝速度，获得起弧时相对稳定的电弧形态，确保电弧能够一次引燃，有效提高了起弧效率。
在其中一个实施例中，所述计算单元还用于根据所述预设时间、所述初始送丝速度、所述目标送丝速度和所述焊丝类型，计算在所述预设时间内的送丝长度并根据所述送丝长度计算所需的熔化焊丝能量。
附图说明
图1为本发明一实施例的气体保护焊起弧控制方法的流程图；
图2为本发明一实施例的气体保护焊起弧控制方法的时序示意图；
图3为本发明一实施例的气体保护焊起弧控制方法的子步骤流程图；
图4为本发明一实施例的气体保护焊起弧控制装置的结构示意图。
具体实施方式
请参见图1，为本发明一实施例的气体保护焊起弧控制方法的流程图。如图所示，一种气体保护焊起弧控制方法，包括步骤S100设定预设时间t、初始送丝速度Ve和目标送丝速度Vs。
步骤S200，根据预设时间t、初始送丝速度Ve、目标送丝速度Vs和焊丝类型，计算在预设时间t内将送丝速度从初始送丝速度Ve上升到目标送丝速度Vs所需的熔化焊丝能量Q。
步骤S300根据所需的能量Q和焊机类型，确定脉冲信号的预设占空比W。由于不同的焊机的特性不一样，比如输出功率、输出电压、电流等，因此预设的占空比也不一样。
步骤S400，启动焊枪开关，输出脉冲信号驱动IGBT，其中该脉冲信号的占空比为预设占空比W。
步骤S500，当焊丝触碰工件后，在预设时间t内保持该预设占空比W。也即在送丝速度提高到目标送丝速度Vs之前，都维持预设的占空比输出。
步骤S600，当检测到焊接输出电流后，控制送丝速度在预设时间t内从初始送丝速度Ve上升至目标送丝速度Vs。也即从检测到焊接输出电流后开始之后才开始调整送丝速度，以避免过早提高送丝速度，导致送丝太快。
这样的气体保护焊起弧控制方法，根据熔化预设时间内的焊丝所需要的能量，计算所需脉冲的占空比，从而精细控制送丝速度从初始送丝速度上升至目标送丝速度，获得起弧时相对稳定的电弧形态，确保电弧能够一次引燃，有效提高了起弧效率。
请结合图2，为本发明一实施例的气体保护焊起弧控制方法的时序示意图。如图所示，在t1时间启动焊枪开关，启动开关信号(a)，并开始输出脉冲信号(b)，该脉冲信号的占空比为预设占空比W。然后在t2时间焊丝触碰工件，并在预设时间t内保持脉冲信号的占空比为W。同时在t2时间检测到焊接输出电流(c)后，开始控制送丝速度(d)从初始送丝速度Ve上升，至t3时间时达到目标送丝速度Vs。在本实施例中，当焊丝触碰工件时，即检测到了焊接输出电流，也即t2时检测到了焊接输出电流。可以理解的是，在其他的实施例中，由于焊机和工件的接触状况，电流检测可能会出现延迟。那么检测到电流的时间也会相应的有所延后。同样在本实施例中，预设时间t等于达到目标送丝速度Vs的时间t3和开始检测到焊接输出电流的时间t2之间的时间差。在其他的实施例中，由于为了确保在预设时间t内送丝速度能够完成从初始送丝速度Ve提高到目标送丝速度Vs，可以预留一些时间，因此该预设时间t可以略长于达到目标送丝速度Vs的时间和开始检测到焊接输出电流的时间之间的时间差。也即，预设时间t大于送丝速度上升时间，其中送丝速度上升时间为送丝速度从初始送丝速度Ve上升至目标送丝速度Vs的时间。在脉冲信号维持预设占空比超过预设时间后，该脉冲信号恢复到正常焊接时的占空比，通常情况下，可根据反馈电流适时调整，一般会有一定波动。
进一步地，请参见图3，为本发明一实施例的气体保护焊起弧控制方法的子步骤流程图。如图所示，在步骤S200中还包括步骤S210根据预设时间t、初始送丝速度Ve、目标送丝速度Vs和焊丝类型，计算在预设时间t内的送丝长度L。其中，初始送丝速度Ve可以以直线匀速提高到目标送丝速度Vs。也可以是通过比例积分微分调节(PID调节)方式从初始送丝速度Ve上升至目标送丝速度Vs。在本实施例中，请参见图2，就是以一定的送丝速度调节比例常数Kp和送丝速度调节积分常数Ki通过PID调节方式从初始送丝速度Ve上升至目标送丝速度Vs。其中比例常数Kp和积分常数Ki根据送丝机的特性而确定。为简化计算，在本实施例中，微分常数Kd和饱和常数Kc可以为零。这样的送丝速度控制，更为稳定和平滑，能够有效保证起弧效率和质量。
步骤S200中还包括步骤S220根据送丝长度L计算熔化该送丝长度L的焊丝所需的能量Q。优选的，Q＝Hm×L×πr2(1)，其中Hm为根据焊丝类型设定的比例系数，r为焊丝的半径。其中，比例系数Hm，是根据焊丝的熔点而设定，一般而言比例系数Hm和焊丝的熔点成正比例关系。也即，焊丝的熔点越高，该比例系数Hm越大，焊丝的熔点越低，该比例系数Hm越小。
进一步地，在步骤S300中还包括根据焊机的效率η、焊机的直流母线电压Ui以及焊机的输出电流Ia计算得到预设占空比W。由于熔化送丝长度L所需的能量Q除以效率η等于在预设时间t内焊机所输出的能量，也即Ui×Ia×W/100×t＝Q/η(2)，从而可以计算出预设占空比：
结合公式(1)和(3)，可以得到预设占空比：
其中，Hm为根据焊丝类型设定的比例系数，t为预设时间，L为预设时间内的送丝长度，r为焊丝的半径，Ui为焊机的直流母线电压，Ia为焊机的输出电流，η为焊机的效率。
这样，根据焊丝的类型以及焊机的类型，能够准确计算出预设占空比W，从而能够精准控制送丝速度。
请参见图4，为本发明一实施例的气体保护焊起弧控制装置的结构示意图。如图所示一种气体保护焊起弧控制装置100，包括设置单元110、计算单元120、检测单元130以及控制单元140。其中计算单元120和设置单元110连接，控制单元140分别和设置单元110以及检测单元130连接。设置单元110用于设定预设时间、初始送丝速度和目标送丝速度。
计算单元120，用于根据预设时间、初始送丝速度、目标送丝速度和焊丝类型，计算在预设时间内将送丝速度从初始送丝速度上升到目标送丝速度所需的熔化焊丝能量以及根据所需的能量和焊机类型确定脉冲信号的预设占空比。计算单元120可以将计算得到的预设占空比发送给设置单元储存。
检测单元130，用于检测焊丝触碰工件的信号以及检测焊接输出电流。当检测单元130检测到焊丝触碰工件的信号，发送给控制单元140，控制单元140开始控制输出脉冲信号，该脉冲信号的占空比为预设占空比。当检测单元130检测到焊接输出电流时，发送信号给控制单元140，控制单元140开始控制调节送丝速度。
控制单元140，用于输出脉冲信号驱动IGBT，该脉冲信号的占空比为预设占空比。当焊丝触碰工件后，在预设时间内保持预设的脉冲宽度并且当检测到焊接输出电流后，控制送丝速度在预设时间内从初始送丝速度上升至目标送丝速度。
这样的气体保护焊起弧控制装置，根据熔化预设时间内的焊丝所需要的能量，计算所需脉冲的占空比，从而精细控制送丝速度从初始送丝速度上升至目标送丝速度，获得起弧时相对稳定的电弧形态，确保电弧能够一次引燃，有效提高了起弧效率。
在其中一个实施例中，该计算单元还用于根据预设时间、初始送丝速度、目标送丝速度和焊丝类型，计算在预设时间内的送丝长度并根据改送丝长度计算所述所需能量。进一步地，该计算单元还可以用于根据焊机的效率、焊机的直流母线电压以及焊机的输出电流计算得到预设占空比。通过更为精确的计算预设占空比，从而能够实现对送丝速度的更为精细的控制，有效提高起弧效率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种气体保护焊起弧控制方法，其特征在于，包括步骤：
设定预设时间、初始送丝速度和目标送丝速度；
根据所述预设时间、所述初始送丝速度、所述目标送丝速度和焊丝类型，计算在所述预设时间内将送丝速度从所述初始送丝速度上升到所述目标送丝速度所需的熔化焊丝能量；
根据所述所需的能量和焊机类型确定脉冲信号的预设占空比；
启动焊枪开关，输出脉冲信号驱动IGBT，所述脉冲信号的占空比为所述预设占空比；
当焊丝触碰工件后，在所述预设时间内保持所述预设占空比；
当检测到焊接输出电流后，控制送丝速度在所述预设时间内从所述初始送丝速度上升至所述目标送丝速度。
2.根据权利要求1所述的气体保护焊起弧控制方法，其特征在于，在所述根据所述预设时间、所述初始送丝速度、所述目标送丝速度和焊丝类型，计算在所述预设时间内熔化焊丝所需的能量步骤中，还包括：
根据所述预设时间、所述初始送丝速度、所述目标送丝速度和所述焊丝类型，计算在所述预设时间内的送丝长度；
根据所述送丝长度计算所述所需的熔化焊丝能量。
3.根据权利要求2所述的气体保护焊起弧控制方法，其特征在于，在所述根据所述所需的能量和焊机类型，确定脉冲信号的预设占空比的步骤中，还包括：
根据焊机的效率、焊机的直流母线电压以及焊机的输出电流计算得到所述预设占空比。
4.根据权利要求3所述的气体保护焊起弧控制方法，其特征在于，所述预设占空比其中Hm为根据所述焊丝类型设定的比例系数，t为所述预设时间，L为所述预设时间内的送丝长度，r为所述焊丝的半径，Ui为所述焊机的直流母线电压，Ia为所述焊机的输出电流，η为所述焊机的效率。
5.根据权利要求4所述的气体保护焊起弧控制方法，其特征在于，所述根据所述焊丝类型设定的比例系数Hm，是根据所述焊丝的熔点设定，所述比例系数Hm和所述焊丝的熔点成正比例关系。
6.根据权利要求1所述的气体保护焊起弧控制方法，其特征在于，在所述当检测到焊接输出电流后，控制送丝速度从所述初始送丝速度上升至所述目标送丝速度的步骤中，所述送丝速度通过比例积分微分调节(PID调节)方式从所述初始送丝速度上升至所述目标送丝速度。
7.根据权利要求1所述的气体保护焊起弧控制方法，其特征在于，所述焊丝触碰所述工件的同时检测到所述焊接输出电流。
8.根据权利要求1所述的气体保护焊起弧控制方法，其特征在于，所述预设时间大于所述送丝速度上升时间，其中所述送丝速度上升时间为所述送丝速度从所述初始送丝速度上升至所述目标送丝速度的时间。
9.一种气体保护焊起弧控制装置，其特征在于，包括：
设置单元，所述设置单元用于设定预设时间、初始送丝速度和目标送丝速度；
计算单元，所述计算单元和所述设置单元连接，所述计算单元用于根据所述预设时间、所述初始送丝速度、所述目标送丝速度和焊丝类型，计算在所述预设时间内将送丝速度从所述初始送丝速度上升到所述目标送丝速度所需的熔化焊丝能量以及根据所述所需的能量和焊机类型确定脉冲信号的预设占空比；
检测单元，所述检测单元用于检测所述焊丝触碰工件的信号以及检测焊接输出电流；
控制单元，所述控制单元分别和所述设置单元以及所述检测单元连接，用于输出脉冲信号驱动IGBT，所述脉冲信号的占空比为所述预设占空比、当焊丝触碰工件后，在所述预设时间内保持所述预设占空比并且当检测到焊接输出电流后，控制送丝速度在所述预设时间内从所述初始送丝速度上升至所述目标送丝速度。
10.根据权利要求9所述的气体保护焊起弧控制装置，其特征在于，所述计算单元还用于根据所述预设时间、所述初始送丝速度、所述目标送丝速度和所述焊丝类型，计算在所述预设时间内的送丝长度并根据所述送丝长度计算所需的熔化焊丝能量。
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