專利名稱：一種電弧焊焊接電源輸出特性控制方法
一種電弧焊焊接電源輸出特性控制方法本發(fā)明涉及焊接電源輸出控制，尤其涉及一種電弧焊焊接電源輸出特性控制方法。圖I為一般熔化電極電弧焊接裝置的結(jié)構(gòu)圖。焊接電源WPS的輸出特性為恒壓特性，為焊絲I、電弧2以及母材3提供能量，用以熔化焊絲I、維持電弧2以及加熱母材3。焊絲I通過送絲裝置4以恒速方式送進(jìn)，焊絲I送進(jìn)速度應(yīng)與焊絲熔化速度保持一致以保證焊接過程穩(wěn)定。如圖2所示，電源的外特性曲線與電弧的特性曲線相交，以獲得焊接系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)情況下的快速恢復(fù)。
圖3是上述焊接系統(tǒng)外特性的示意圖之一。其中橫軸表示焊接電流Iw，縱軸表示焊接電壓Vw。此焊接系統(tǒng)的輸出特性表現(xiàn)為以斜率Rw下降的特性。該特性可以用以下公式表不Vw = Eps-RwX Iw式中，Eps為焊接電源輸出電壓通過設(shè)置特定的外特性斜率，即Rw值，可以得到較好的焊接穩(wěn)定性。為此很多方法被提出來，例如在硬件回路上串聯(lián)阻抗，或者在控制上“電子”地形成特定的外特性。熔化電極電弧焊接在較低送絲速度時(shí)，為保證焊接質(zhì)量，常常使熔滴處于短路過渡狀態(tài)，即短路和重新燃弧反復(fù)交替發(fā)生。如圖4所示，tl_t3期間的短路時(shí)間Ts內(nèi)，焊絲與母材處于短路狀態(tài)，此時(shí)焊接電壓Vw處于較低的值，焊接電流Iw逐漸增加，而在t3_t6的燃弧時(shí)間Ta內(nèi)，電弧和電極電壓重新建立，焊接電流Iw逐漸減小，焊接電壓Vw逐漸回到控制值。電流Iw的變化率以及焊接電壓Vw回復(fù)到設(shè)定值的時(shí)間取決于焊接系統(tǒng)控制回路的時(shí)間常數(shù)T，該常數(shù)主要受焊接回路等效電感Lw以及等效電阻Rw決定。這個(gè)常數(shù)決定了焊接穩(wěn)態(tài)情況下實(shí)際焊接電壓Vw和焊接電流Iw的大小，也決定了焊接動(dòng)態(tài)情況下焊接系統(tǒng)從不穩(wěn)定回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間，反映了系統(tǒng)對環(huán)境的適應(yīng)性。適當(dāng)?shù)目刂葡到y(tǒng)時(shí)間常數(shù)T能夠改善電弧的穩(wěn)定性。短路過渡模式下的等效公式如下E = RwX Iw+LwXdIw/dt+Vw(E為逆變電源副邊輸出電壓)通過控制不同的等效電阻Rw和等效電感Lw，可以在不同送絲速度下獲取穩(wěn)定的焊接電弧，并有效的減少焊接飛濺。焊接回路的真實(shí)電感Lr和真實(shí)電阻Rr會(huì)隨著外界因素變化，這些因素包括線纜長度、直徑以及卷曲度，焊絲干伸長長度，環(huán)境溫度，器件溫度，熔滴過渡離散性等。這些因素具有時(shí)變性和不可控的特征，會(huì)對焊接系統(tǒng)的控制造成影響，影響焊接穩(wěn)定性和焊接質(zhì)量。此外，為了保證熔滴過渡的順暢，同時(shí)避免較大的飛濺，往往需要在短路階段的各個(gè)時(shí)期實(shí)現(xiàn)不同的電流上升率，而在燃弧階段的各個(gè)時(shí)期實(shí)現(xiàn)不同的電流下降率，即實(shí)時(shí)的改變系統(tǒng)的控制時(shí)間常數(shù)，這些常數(shù)的選取又與上述的各種影響因素相關(guān)?，F(xiàn)有技術(shù)之一依靠線纜的自然屬性或者在回路中串聯(lián)入物理電阻實(shí)現(xiàn)焊接電源外特性控制，一方面增加了系統(tǒng)的損耗，增加了系統(tǒng)的成本，另一方面系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)依然受到外界因素影響，電源外特性只有在特定情況下才能與電弧外特性匹配。現(xiàn)有技術(shù)之二在系統(tǒng)控制回路中引入電流反饋，將此電流反饋按一定比例系數(shù)放大后于電壓控制參考量相力口，實(shí)現(xiàn)電源的外特性控制。此種方法省去了焊接回路中的物理電阻，減少了焊接系統(tǒng)能量消耗，并且因?yàn)橥馓匦允峭ㄟ^硬件開關(guān)控制或者通過軟件控制實(shí)現(xiàn)，能夠針對不同焊絲直徑或者保護(hù)氣體類型設(shè)置不同的電源外特性，能夠較好的使電源外特性與焊接電弧外特性匹配，但同樣無法抑制外界環(huán)境變化造成的影響。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種當(dāng)在焊接系統(tǒng)外界環(huán)境發(fā)生長期變化或者瞬時(shí)變化時(shí)，能夠保持焊接系統(tǒng)穩(wěn)定工作的電弧焊焊接電源輸出特性的控制方法。 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種電弧焊焊接電源輸出特性控制方法，包括以下步驟101)在焊接過程中的短路過渡期間實(shí)時(shí)檢測焊機(jī)輸出電路的焊接電壓值和焊接電流值；102)根據(jù)焊接電壓值和焊接電流值計(jì)算回路真實(shí)電阻值；103)利用回路真實(shí)電阻值得到焊接電流設(shè)定值；104)根據(jù)焊接電流設(shè)定值與焊接電流值的差值實(shí)時(shí)調(diào)整焊接電源的輸出。以上所述的電弧焊焊接電源輸出特性控制方法，預(yù)先在焊接電源的控制器中保存輸出電壓設(shè)定值、電感設(shè)定值，根據(jù)步驟102計(jì)算得到的回路真實(shí)電阻值進(jìn)行修正得到外特性控制電阻Rw ;所述的焊接電流設(shè)定值Iwr通過以下公式得到Iwr = / ((Ur-Vw-Rw X Iw) /Lw) dt ；其中，Ur為輸出電壓設(shè)定值、Lw為電感設(shè)定值、Vw為焊接電壓值、Iw為焊接電流值。以上所述的電弧焊焊接電源輸出特性控制方法，外特性控制電阻Rw通過以下公式得到Rw = Rr+Rc ；其中，Rr為步驟102計(jì)算得到的回路真實(shí)電阻值，Re為修正電阻值。以上所述的電弧焊焊接電源輸出特性控制方法，外特性控制電阻Rw為對應(yīng)于不同回路真實(shí)電阻及不同焊接速度預(yù)設(shè)的表值。以上所述的電弧焊焊接電源輸出特性控制方法，連接在焊機(jī)輸出電路的電流檢測單元、電壓檢測單元進(jìn)行電流、電壓采樣，通過檢測濾波電路得到焊接電流采樣值和焊接電壓采樣值；在焊接的短路過渡期間，電流采樣值和焊接電壓采樣值輸入電阻計(jì)算單元得到回路真實(shí)電阻值；將焊接電流采樣值、焊接電壓采樣值、修正電阻值、回路真實(shí)電阻值、輸出電壓設(shè)定值和電感設(shè)定值輸入焊接焊接電流采樣值計(jì)算模塊得到焊接電流給定值。將焊接電流采樣值與焊接電流采樣值相比較并進(jìn)行誤差放大后通過計(jì)算得到焊機(jī)高頻逆變單元控的制信號(hào)，對焊接電源的輸出進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。
本發(fā)明電弧焊焊接電源輸出特性控制方法利用回路真實(shí)電阻值得到焊接電流設(shè)定值，并根據(jù)焊接電流設(shè)定值與焊接電流值的差值實(shí)時(shí)調(diào)整焊接電源的輸出，當(dāng)焊接系統(tǒng)外界環(huán)境發(fā)生長期變化或者瞬時(shí)變化時(shí)，能夠保證焊接系統(tǒng)穩(wěn)定工作。下面結(jié)合附圖
和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖I是現(xiàn)有技術(shù)熔化電極電弧焊接裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)焊接電源的外特性曲線與電弧的特性曲線示意圖。圖3是現(xiàn)有技術(shù)焊接系統(tǒng)外特性的示意圖。 圖4是現(xiàn)有技術(shù)焊接電流、焊接電壓在不同焊接過程的變化曲線圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例的焊接電源框圖。圖6是本發(fā)明電弧焊焊接電源輸出特性控制方法的流程圖。本發(fā)明的熔化電極電弧焊焊接電源輸出特性控制方法用在逆變式的焊接系統(tǒng)中，由DSP控制，DSP包括檢測濾波電路、Rr檢測單元、Iwr計(jì)算模塊、電流調(diào)整器CR和存儲(chǔ)器。在焊接開始前，預(yù)先在控制器中設(shè)定焊接系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，即輸出電壓設(shè)定值Ur、等效電感量Lw ;在焊接開始后，在短路過渡期間，實(shí)時(shí)檢測焊接電壓Vw和焊接電流Iw，并在控制器中根據(jù)焊接電壓Vw和焊接電流Iw檢測值實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)回路的真實(shí)電阻值Rr，并根據(jù)每次計(jì)算得到的真實(shí)電阻值Rr，得到控制器用以控制電源外特性的外特性控制電阻Rw，并利用回路真實(shí)電阻值得到焊接電流設(shè)定值Iwr ;最后根據(jù)焊接電流設(shè)定值Iwr與焊接電流Iw的差值實(shí)時(shí)調(diào)整焊接電源的輸出。以下對用于本發(fā)明的電弧焊焊接電源輸出特性的控制方法的基本運(yùn)算進(jìn)行說明。利用輸出電壓設(shè)定值Ur，電感設(shè)定值Lw，提供的外特性控制電阻Rw，焊接電流Iw，焊接電壓Vw,可以得到焊接電流設(shè)定值Iwr Iwr = / ((Ur-Vw-RwX Iw) /Lw) dt ； (001)其中Rw= Rr+Rc ；修正電阻值Re可以是固定值，也可以是預(yù)先設(shè)定的特定曲線。外特性控制電阻Rw還可以是存儲(chǔ)在控制器中對應(yīng)于不同回路真實(shí)電阻及不同焊接速度預(yù)設(shè)的表值。這樣對應(yīng)不同焊接速度下促進(jìn)熔滴過渡的一簇特性曲線，并將特性曲線轉(zhuǎn)化為與不同焊接速度相對應(yīng)的外特性控制電阻Rw的表值，存儲(chǔ)于控制器中。這樣就可以形成特定的焊接用外特性曲線，并通過時(shí)時(shí)檢測真實(shí)回路電阻，時(shí)時(shí)保持焊機(jī)外特性曲線穩(wěn)定。圖5是本發(fā)明實(shí)施例的焊接電源框圖。以下參照該圖對各模塊進(jìn)行說明。三相交流電經(jīng)過三相不控整流器后形成較穩(wěn)定的直流電壓，經(jīng)過高頻直流變換后得到焊接電源電壓Uw，經(jīng)過焊接用線纜、焊絲、電弧空間、焊接母材、焊接用地線后形成焊接電流Iw和焊接電壓Vw。通過連接在焊機(jī)輸出電路的電流檢測單元Id和電壓檢測單元Vd,以及檢測濾波電路得到采樣電流值I s和采樣電壓值Vs。在短路過渡期間控制器的電流采樣穩(wěn)定后，通過Rr檢測單元計(jì)算得到回路真實(shí)電阻值Rr。將Is、Vs、Rr以及提供外特性的等效電阻Re設(shè)定值、電壓給定設(shè)定值Ur輸入到焊接電流設(shè)定值計(jì)算模塊，根據(jù)上式OOl得到焊接電流給定值Iwr。將電流采樣Is與Iwr在電流調(diào)整器CR相比較并進(jìn)行誤差放大后計(jì)算得到高頻逆變單元控制信號(hào)Dr，對焊接電源的輸出進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。本發(fā)明的熔化電極電弧焊焊接電源輸出特性控制方法有以下優(yōu)點(diǎn)，熔化電極電弧焊接系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測焊接回路中造成焊接系統(tǒng)控制回路時(shí)間常數(shù)變化的因素，并及時(shí)調(diào)整控制量，這樣即使因?yàn)橥饨缫蛩匕l(fā)生較大變化，系統(tǒng)也能夠立刻與之匹配，使得焊接過程更加穩(wěn)定，焊接效果更好；在不改變電子電抗器感量的情況下，通 過預(yù)先將提供外部特性的等效電阻值Rw設(shè)置成一特定曲線，并通過實(shí)時(shí)檢測焊接回路真實(shí)電阻Rr，保證Rw的特定曲線穩(wěn)定，促進(jìn)熔滴過渡，減小焊接飛濺，保證焊接穩(wěn)定，改善焊接成型。
權(quán)利要求
1.一種電弧焊焊接電源輸出特性控制方法，其特征在于，包括以下步驟 . 101)在焊接過程中的短路過渡期間實(shí)時(shí)檢測焊機(jī)輸出電路的焊接電壓值和焊接電流值； .102)根據(jù)焊接電壓值和焊接電流值計(jì)算回路真實(shí)電阻值； . 103)利用回路真實(shí)電阻值得到焊接電流設(shè)定值； .104)根據(jù)焊接電流設(shè)定值與焊接電流值的差值實(shí)時(shí)調(diào)整焊接電源的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電弧焊焊接電源輸出特性控制方法，其特征在于，預(yù)先在焊接電源的控制器中保存輸出電壓設(shè)定值、電感設(shè)定值，根據(jù)步驟102計(jì)算得到的回路真實(shí)電阻值進(jìn)行修正得到外特性控制電阻Rw ;所述的焊接電流設(shè)定值Iwr通過以下公式得到Iwr = / ((Ur-Vw-Rw XIw)/Lw)dt ； 其中，Ur為輸出電壓設(shè)定值、Lw為電感設(shè)定值、Vw為焊接電壓值、Iw為焊接電流值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電弧焊焊接電源輸出特性控制方法，其特征在于，外特性控制電阻Rw通過以下公式得到Rw = Rr+Rc ； 其中，Rr為步驟102計(jì)算得到的回路真實(shí)電阻值，Re為修正電阻值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電弧焊焊接電源輸出特性控制方法，其特征在于，外特性控制電阻Rw為對應(yīng)于不同回路真實(shí)電阻及不同焊接速度預(yù)設(shè)的表值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電弧焊焊接電源輸出特性控制方法，其特征在于，連接在焊機(jī)輸出電路的電流檢測單元、電壓檢測單元進(jìn)行電流、電壓采樣，通過檢測濾波電路得到焊接電流采樣值和焊接電壓采樣值；在焊接的短路過渡期間，電流采樣值和焊接電壓采樣值輸入電阻計(jì)算單元得到回路真實(shí)電阻值；將焊接電流采樣值、焊接電壓采樣值、修正電阻值、回路真實(shí)電阻值、輸出電壓設(shè)定值和電感設(shè)定值輸入焊接焊接電流采樣值計(jì)算模塊得到焊接電流給定值。將焊接電流采樣值與焊接電流采樣值相比較并進(jìn)行誤差放大后通過計(jì)算得到焊機(jī)高頻逆變單元控的制信號(hào)，對焊接電源的輸出進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電弧焊焊接電源輸出特性控制方法，包括以下步驟101)實(shí)時(shí)檢測焊機(jī)輸出電路的焊接電壓值和焊接電流值；102)根據(jù)焊接電壓值和焊接電流值計(jì)算回路真實(shí)電阻值；103)利用回路真實(shí)電阻值得到焊接電流設(shè)定值；104)根據(jù)焊接電流設(shè)定值與焊接電流值的差值實(shí)時(shí)調(diào)整焊接電源的輸出。本發(fā)明電弧焊焊接電源輸出特性控制方法利用回路真實(shí)電阻值得到焊接電流設(shè)定值，并根據(jù)焊接電流設(shè)定值與焊接電流值的差值實(shí)時(shí)調(diào)整焊接電源的輸出，當(dāng)焊接系統(tǒng)外界環(huán)境發(fā)生長期變化或者瞬時(shí)變化時(shí)，能夠保證焊接系統(tǒng)穩(wěn)定工作。
文檔編號(hào)B23K9/095GK102699486SQ20121005274
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者蘆煒 申請人:深圳麥格米特電氣股份有限公司