專(zhuān)利名稱(chēng)：一種耦合電弧的弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耦合電弧的弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其控制方法，屬于焊接方法設(shè)備及自動(dòng)化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)家工業(yè)化的大幅度發(fā)展，焊接技術(shù)在國(guó)家建設(shè)過(guò)程中發(fā)揮了不可忽視的作用。在航空航天、機(jī)械工程、交通運(yùn)輸、海洋工程等方面，焊接已經(jīng)占據(jù)了舉足輕重的地位。所以現(xiàn)代化制造業(yè)對(duì)焊接技術(shù)的各個(gè)方面均進(jìn)行了廣泛的、高效的研究，力求在技術(shù)的改進(jìn)和提高方面做出更有意義的貢獻(xiàn)。熔化極氣體保護(hù)焊中對(duì)弧長(zhǎng)的調(diào)節(jié)是焊接方面一個(gè)長(zhǎng)期研究的方向，已有研究結(jié)果證明，MAG焊接系統(tǒng)中電源具有弧長(zhǎng)自我調(diào)節(jié)功能，當(dāng)弧長(zhǎng)變短時(shí)，電源會(huì)自動(dòng)增加電流，來(lái)增加熔化的焊絲，以恢復(fù)原來(lái)弧長(zhǎng)；當(dāng)弧長(zhǎng)變長(zhǎng)時(shí)，電源會(huì)自動(dòng)減小電流，減小熔化的焊絲，以恢復(fù)原來(lái)弧長(zhǎng)。但是，這種調(diào)節(jié)方式比較單一，而且母材的熱輸入會(huì)隨著弧長(zhǎng)的自我調(diào)節(jié)有所波動(dòng)，影響焊接的穩(wěn)定性。為了解決該問(wèn)題，我們參考了國(guó)內(nèi)外很多焊接工作者提出的耦合電弧的焊接法，對(duì)輔助電弧的作用做了詳細(xì)的分析。例如，美國(guó)肯塔基大學(xué)的張?jiān)Ｃ骼蠋煘榱藢?duì)常規(guī)的熔化極氣體保護(hù)電弧焊進(jìn)行高效化改進(jìn)，提出一種新型的電弧焊工藝DE-GMAW,該焊接工藝方法將一個(gè)GTAW焊槍與一個(gè)GMAW焊槍相組合，GMAW焊槍與工件構(gòu)成主路，GTAW焊槍構(gòu)成旁路，使用一個(gè)電源進(jìn)行控制輸出。流經(jīng)焊絲的焊接電流在電弧弧柱區(qū)分為兩部分，一是旁路電流，二是施加到母材的電流。增大焊接電流時(shí)，作用于焊絲上的電流數(shù)值較高有利于提高焊絲的熔化速度，從而提高熔敷率來(lái)提高焊接速度，而旁路分流的作用又能保證母材的熱輸入不至于過(guò)高，維持在一個(gè)比較理想的水平。但該方法的MAG焊部分使用的弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由MAG電源實(shí)現(xiàn)的，控制方法比較單一，母材熱輸入也會(huì)因弧長(zhǎng)的自我調(diào)節(jié)過(guò)程有所波動(dòng)的，所以尋求一種新型的弧長(zhǎng)控制方法，并保證母材更穩(wěn)定的熱輸入成為了 一個(gè)新的研究方向。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)高效化焊接的發(fā)展趨勢(shì)和需要解決的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于改變了 MAG和TIG耦合電弧焊接時(shí)采用MAG焊的自身弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的傳統(tǒng)方法，通過(guò)調(diào)節(jié)TIG電源的能量輸出來(lái)調(diào)節(jié)熔敷金屬量的大小，來(lái)調(diào)節(jié)弧長(zhǎng)的波動(dòng)。同時(shí)MAG電源采用恒流源代替了原始的恒壓源，該恒流源可實(shí)現(xiàn)母材熱輸入的恒定，提高了焊接穩(wěn)定性和焊接質(zhì)量。兩種焊接方法使用兩個(gè)獨(dú)立電源，對(duì)電流、電壓采樣信息進(jìn)行反饋控制，通過(guò)測(cè)量焊絲和母材之間的弧壓來(lái)判斷弧長(zhǎng)的變化，將弧壓的變化值反饋到TIG電源，TIG電源再對(duì)弧長(zhǎng)變化做出調(diào)整和控制。本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想為MAG焊接采用恒流源，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)焊絲和母材的加熱，并采用直流反接的接線(xiàn)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)自由過(guò)渡，保證母材熱輸入的穩(wěn)定性；本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
—種稱(chēng)合電弧的弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括TIG焊接系統(tǒng)1、MAG焊接系統(tǒng)2、如面板輸入及顯示3、送絲系統(tǒng)4和電弧能量輸出5。TIG焊接系統(tǒng)I主電路包括整流濾波電路1.1、逆變電路1. 2、中頻變壓器1. 3、二次整流電路1. 4、電流萊姆1. 5、電壓萊姆1. 6、高頻引弧1. 7和高壓穩(wěn)弧1. 8。三相輸入380V交流電接整流濾波電路1. 1，然后按順序串聯(lián)逆變電路1. 2、中頻變壓器1. 3、二次整流電路1. 4三個(gè)部分，二次整流電路1. 4兩端分別接MAG焊槍5.1和TIG焊槍5. 2，電流萊姆1. 5和高頻引弧1. 7串聯(lián)在二次整流電路1. 4和TIG焊槍5. 2之間，電壓萊姆1. 6和高壓穩(wěn)弧
1.8并聯(lián)在MAG焊槍5.1和TIG焊槍5. 2之間。其中的控制電路包括核心部分和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部分。核心控制部分包括DSP系統(tǒng)1. 9、電流采樣及濾波1. 10、電壓采樣及濾波1. 11以及保護(hù)電路1. 12。DSP系統(tǒng)1. 9與MAG焊接部分的DSP系統(tǒng)2. 7相連，形成通信，并連接電流采樣及濾波1. 10、電壓采樣及濾波1. 11和保護(hù)電路1. 12，接受他們傳遞的信號(hào)，與逆變驅(qū)動(dòng)電路1. 13、高頻引弧驅(qū)動(dòng)電路1. 14和高壓穩(wěn)弧驅(qū)動(dòng)電路1. 15相連，給予它們驅(qū)動(dòng)信號(hào)。電流采樣及濾波1. 10和電壓采樣及濾波1. 11的一端與DSP系統(tǒng)1. 9相連，另一端分別與主電路中的電流萊姆1. 5和電壓萊姆1. 6相連。驅(qū)動(dòng)部分包括逆變驅(qū)動(dòng)電路1. 13、高頻引弧驅(qū)動(dòng)電路1. 14、高壓穩(wěn)弧驅(qū)動(dòng)電路1. 15。逆變驅(qū)動(dòng)電路1. 13與逆變電路1. 2相連，傳遞信號(hào)給保護(hù)電路1. 12，并接收來(lái)自DSP系統(tǒng)1. 9的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，高頻引弧驅(qū)動(dòng)電路1. 14和高壓穩(wěn)弧驅(qū)動(dòng)電路1. 15分別于DSP系統(tǒng)1. 9相連，并分別驅(qū)動(dòng)高頻引弧1. 7和高壓穩(wěn)弧1. 8。MAG焊接系統(tǒng)2主電路包括整流濾波電路2.1、逆變電路2. 2、中頻變壓器2. 3、二次整流電路2. 4、電流萊姆2. 5、電壓萊姆2. 6。三相輸入380V交流電接整流濾波電路2. 1，然后按順序串聯(lián)逆變電路2. 2、中頻變壓器2. 3、二次整流電路2. 4三個(gè)部分，二次整流電路
2.4兩端分別接MAG焊槍5.1和工件5. 3，電流萊姆2. 5串聯(lián)在二次整流電路2. 4和MAG焊槍5.1之間，電壓萊姆2. 6并聯(lián)在MAG焊槍5.1和工件5. 3之間。其中的控制電路包括核心部分和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部分。核心控制部分包括DSP系統(tǒng)2. 7、電流采樣及濾波2. 8、電壓采樣及濾波2. 9以及保護(hù)電路2. 10。DSP系統(tǒng)2. 7與TIG焊接部分的DSP系統(tǒng)1. 9相連，形成通信，并連接電流采樣及濾波2. 8、電壓采樣及濾波2. 9和保護(hù)電路2. 10，接受他們傳遞的信號(hào)，與逆變驅(qū)動(dòng)電路2. 10相連，給予驅(qū)動(dòng)信號(hào)。電流采樣及濾波2. 8和電壓采樣及濾波
2.9的一端與DSP系統(tǒng)2. 7相連，另一端分別與主電路中的電流萊姆2. 5和電壓萊姆2. 6相連。驅(qū)動(dòng)部分包括逆變驅(qū)動(dòng)電路2. 11。逆變驅(qū)動(dòng)電路2. 11與逆變電路2. 2相連，傳遞信號(hào)給保護(hù)電路2. 10，并接收來(lái)自DSP系統(tǒng)2. 7的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。前面板輸入及顯示3包括焊接參數(shù)給定3.1和焊接參數(shù)顯示3. 2。焊接參數(shù)給定
3.1和焊接參數(shù)顯示3. 2均與MAG焊中的DSP系統(tǒng)2. 7相連，進(jìn)行顯示和送絲信號(hào)與DSP系統(tǒng)2. 7的信號(hào)傳遞。送絲系統(tǒng)4包括焊槍開(kāi)關(guān)4.1、送絲給定4. 2、氣閥4. 3和送絲機(jī)調(diào)速電路4. 4。MAG焊系統(tǒng)中DSP通過(guò)光電隔離4. 5與焊槍開(kāi)關(guān)4.1、送絲給定4. 2和氣閥4. 3相連，焊槍開(kāi)關(guān)
4.1、送絲給定4. 2和氣閥4. 3通過(guò)送絲機(jī)調(diào)速電路.4與MAG焊中送絲輪相連。電弧能量輸出5包括MAG焊槍5. 1、TIG焊槍5. 2和母材5. 3。其中TIG電極與MAG焊絲之間的距離為2-6mm，TIG電極與母材之間的距離為3_7mm，MAG焊絲與母材之間的距離為 18_25mm。所述弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制方法如下MAG和TIG焊分別采用獨(dú)立電源，兩個(gè)電源之間形成通信，MAG焊使用恒流源，焊絲和母材之間形成電弧，采用自由過(guò)渡的熔滴過(guò)渡形式，可保證母材熱輸入的恒定；TIG焊中，電極和焊絲形成電弧，兩個(gè)電弧組成耦合電弧。在焊接過(guò)程中，我們對(duì)焊絲和母材之間的電弧進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和反饋，當(dāng)MAG焊弧長(zhǎng)減小，弧壓減小A U1，焊絲長(zhǎng)度增加時(shí)，提高TIG電源焊接電流A I1，增加熔敷金屬量，實(shí)現(xiàn)減小焊絲長(zhǎng)度，增大弧長(zhǎng)的目的，其中A I1=Icp AUJka EAUi, kp，匕為常數(shù)，20≤kp< 100，
0.05≤ka≤0. 5，A I1為T(mén)IG焊電流增大量，A U1為MAG焊弧壓減小量，-2V≤A U1
2V,A Ui為第i次MAG焊弧壓減小量，i取正整數(shù)；當(dāng)MAG焊弧長(zhǎng)增大，弧壓增大A U2,焊絲長(zhǎng)度減小時(shí)，降低TIG電源焊接電流A I2，減小熔敷金屬量，實(shí)現(xiàn)增大焊絲長(zhǎng)度，減小弧長(zhǎng)的目的，其中 A I2=kp AU2+ka E AU」，kp，匕為常數(shù)，20
kp< 100,0. 05
ka ≤0. 5，A I2 為T(mén)IG焊電流減小量，A U2為MAG焊弧壓增大量，-2V ^AU2 ^ 2V, A Uj為第j次MAG焊弧壓增大量，j取正整數(shù)。

本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)1、MAG焊和TIG焊組成的耦合電弧焊接過(guò)程中，MAG焊的自身弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)功能由TIG電源控制能量輸出來(lái)代替，開(kāi)拓了弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制方法的新領(lǐng)域。2、該方法中MAG電源由恒壓源變成恒流源，保證了母材熱輸入具有更高的穩(wěn)定性。


圖1焊接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖；圖2能量輸出部分的示意圖；圖1中1、TIG焊接系統(tǒng)，2、MAG焊接系統(tǒng)，3、如面板輸入及顯不，4、送絲系統(tǒng)，5、電弧能量輸出。TIG焊接系統(tǒng)I中1.1、整流濾波電路，1. 2、逆變電路，1. 3、中頻變壓器，1. 4、二次整流電路，1. 5、電流萊姆，1. 6、電壓萊姆，1. 7、高頻引弧，1. 8、高壓穩(wěn)弧，1. 9,TIG單片機(jī)，1. 10、電流采樣及濾波，1. 11、電壓采樣及濾波，1. 12、保護(hù)電路，1. 13、逆變驅(qū)動(dòng)電路，1. 14、高頻引弧驅(qū)動(dòng)電路，
1.15、聞壓穩(wěn)弧驅(qū)動(dòng)電路。MAG焊接系統(tǒng)2中2.1、整流濾波電路，2. 2、逆變電路，2. 3、中頻變壓器，2. 4、二次整流電路，2. 5、電流萊姆，2. 6、電壓萊姆，2. 7,MAG單片機(jī)，2. 8、電流采樣及濾波，2. 9、電壓采樣及濾波，2. 10、保護(hù)電路，2. 11、逆變驅(qū)動(dòng)電路。前面板輸入及顯示3中3.1、焊接參數(shù)給定，3. 2、焊接參數(shù)顯示。送絲系統(tǒng)4中4.1、焊槍開(kāi)關(guān)，4. 2、送絲給定，4. 3、氣閥，4. 4、送絲機(jī)調(diào)速電路。電弧能量輸出5中5.1、MAG 焊槍?zhuān)?. 2、TIG 焊槍?zhuān)?. 3、母材。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行實(shí)例說(shuō)明。如圖1所示為本實(shí)例實(shí)施的總體系統(tǒng)框圖。TIG焊的主電路由三相輸入380V交流電首先經(jīng)過(guò)輸入整流部分1.1進(jìn)行整流濾波后，變?yōu)楦邏褐绷?。然后此直流電?jīng)過(guò)逆變電路1. 2進(jìn)行逆變，再經(jīng)過(guò)中頻變壓器1. 3的降壓隔離后變?yōu)?0KHz的交流電，隨后經(jīng)過(guò)二次整流1. 4部分進(jìn)行整流濾波，變?yōu)楹附铀玫拇箅娏鞯碗妷旱闹绷麟?，供給焊接功率輸出。由于TIG焊接需要高頻電壓的引弧過(guò)程，以及在MAG焊接過(guò)程中，短路階段和燃弧階段的切換容易使得TIG電弧熄滅，所以該方法在系統(tǒng)中加入了高頻引弧1. 7和高壓穩(wěn)弧1.8模塊。MAG焊的主電路由三相輸入380V交流電首先經(jīng)過(guò)輸入整流部分2.1進(jìn)行整流濾波后，變?yōu)楦邏褐绷鳌Ｈ缓蟠酥绷麟娊?jīng)過(guò)逆變電路2. 2進(jìn)行逆變，再經(jīng)過(guò)中頻變壓器2. 3的降壓隔離后變?yōu)?0KHz的交流電，隨后經(jīng)過(guò)二次整流部分2. 4進(jìn)行整流濾波，變?yōu)楹附铀玫拇箅娏鞯碗妷旱闹绷麟?，供給焊接功率輸出。TIG焊接的控制部分主要包括四個(gè)部分其一是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這包括逆變驅(qū)動(dòng)電路1. 13的驅(qū)動(dòng)、高頻引弧驅(qū)動(dòng)1. 14信號(hào)和高壓穩(wěn)弧驅(qū)動(dòng)1. 15信號(hào)；其二是將接受到來(lái)自逆變的保護(hù)信號(hào)通過(guò)保護(hù)電路1. 12傳遞給DSP系統(tǒng)1. 9，以產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作，即關(guān)斷相應(yīng)的PWM驅(qū)動(dòng)輸出；其三是接收電流采樣及濾波1. 10和電壓采樣及濾波的信號(hào)1. 11以獲得實(shí)時(shí)的焊接電流和電壓值。電流采樣及濾波采回焊接過(guò)程中的實(shí)際電流If用于PI控制，實(shí)時(shí)調(diào)整電流偏差，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。電壓采樣及濾波采回焊接過(guò)程中的實(shí)際電壓Uf用于整個(gè)階段的電壓控制；其四是來(lái)自MAG焊電源中DSP的信號(hào)，以完成兩個(gè)DSP的協(xié)同控制。TIG焊的控制部分主要完成外部信號(hào)的響應(yīng)，并經(jīng)過(guò)軟件處理、計(jì)算和轉(zhuǎn)換后與MAG焊中的DSP協(xié)同對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，完成預(yù)定的焊接目的。MAG焊接的控制部分主要包括六個(gè)部分其一是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這包括逆變驅(qū)動(dòng)電路2. 11的驅(qū)動(dòng)；其二是將接受到來(lái)自逆變的保護(hù)信號(hào)通過(guò)保護(hù)電路2. 10傳遞給DSP系統(tǒng)2. 7，以產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作，即關(guān)斷相應(yīng)的PWM驅(qū)動(dòng)輸出；其三是接收電流采樣及濾波2. 8和電壓采樣及濾波2. 9的信號(hào)以獲得實(shí)時(shí)的焊接電流和電壓值。電流采樣及濾波采回焊接過(guò)程中的實(shí)際電流If用于PI控制，實(shí)時(shí)調(diào)整電流偏差，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。電壓采樣及濾波采回焊接過(guò)程中的實(shí)際電壓Uf用于整個(gè)階段的電壓控制；其四是來(lái)自TIG焊電源中DSP的信號(hào)，以完成兩個(gè)DSP的協(xié)同控制；其五是通過(guò)DSP獲得的來(lái)自前面板輸入及顯示部分的焊接參數(shù)預(yù)置，獲得焊接初始參數(shù)；其六是通過(guò)DSP獲得的來(lái)自送絲部分的焊槍開(kāi)關(guān)4.1的信號(hào)。MAG焊的控制部分主要完成焊接參數(shù)輸入和外部信號(hào)的響應(yīng)，并經(jīng)過(guò)軟件處理、計(jì)算和轉(zhuǎn)換后與TIG焊中的DSP協(xié)同對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，完成預(yù)定的焊接目的。前面板輸入及顯示部分為外圍設(shè)備控制及執(zhí)行部分。焊接參數(shù)給定3.1對(duì)核心控制部分輸入，實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)的設(shè)定，并通過(guò)焊接參數(shù)顯示3. 2進(jìn)行顯示，使其能實(shí)時(shí)顯示焊接電流和電壓。送絲系統(tǒng)接受來(lái)源于焊槍開(kāi)關(guān)4.1的信號(hào)和部分輸入，決定送絲給定4. 2和氣閥
4.3的數(shù)值和狀態(tài)。圖2所示為能量輸出部分的示意圖，箭頭所指為電流流向方向，TIG電極與MAG焊絲之間的距離為2-6mm，TIG電極與母材之間的距離為3_7mm，MAG焊絲與母材之間的距離為18-25_。在耦合電弧的焊接過(guò)程中，我們對(duì)焊絲和母材之間的電弧進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和反饋，當(dāng)MAG焊弧長(zhǎng)減小，弧壓減小A U1，焊絲長(zhǎng)度增加時(shí)，提高TIG電源焊接電流A I1，(其中A I1=Icp A U^ka E A Ui, kp，ka 為常數(shù)，20 彡 kp 彡 100,0. 05 彡 ka 彡 0. 5，A I1 為 TIG 焊電流增大量，A U1為MAG焊弧壓減小量，-2V ^AU1 ^ 2V, A Ui為第i次MAG焊弧壓減小量，i取正整數(shù))，增加熔敷金屬量，實(shí)現(xiàn)減小焊絲長(zhǎng)度，增大弧長(zhǎng)的目的；當(dāng)MAG焊弧長(zhǎng)增大，弧壓增大A U2，焊絲長(zhǎng)度減小時(shí)，降低TIG電源焊接電流A I2,(其中A I2=kp A U2+ka EAUj,kp, ka為常數(shù)，20彡kp彡100,0. 05彡ka彡0. 5，A I2為T(mén)IG焊電流減小量，A U2為MAG焊弧壓增大量，-2V ^AU2 ^ 2V,A Uj為第j次MG焊弧壓增大量，j取正整數(shù))，減小熔敷金屬量，實(shí)現(xiàn)增大焊絲長(zhǎng)度 ，減小弧長(zhǎng)目的。
權(quán)利要求
1.一種耦合電弧的弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于其包括TIG焊接系統(tǒng)(I)、MAG焊接系統(tǒng)(2)、前面板輸入及顯示(3)、送絲系統(tǒng)(4)和電弧能量輸出(5)；TIG焊接系統(tǒng)(I)主電路包括整流濾波電路(1.1)、逆變電路(1. 2 )、中頻變壓器(1.3)、二次整流電路(1.4)、電流萊姆(1.5)、電壓萊姆(1. 6)、高頻引弧(1.7)和高壓穩(wěn)弧(1.8);三相輸入380V交流電接整流濾波電路(1.1 )，然后按順序串聯(lián)逆變電路(1. 2)、中頻變壓器(1. 3)、二次整流電路(1. 4)三個(gè)部分，二次整流電路(1. 4)兩端分別接MAG焊槍(5.1)和TIG焊槍(5. 2)，電流萊姆(1. 5)和高頻引弧(1. 7)串聯(lián)在二次整流電路(1. 4)和TIG焊槍(5. 2)之間，電壓萊姆(1. 6)和高壓穩(wěn)弧(1. 8)并聯(lián)在MAG焊槍(5.1)和TIG焊槍(5. 2)之間；其中的控制電路包括核心部分和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部分；核心控制部分包括DSP系統(tǒng)(1.9)、電流采樣及濾波(1. 10)、電壓采樣及濾波(1. 11)以及保護(hù)電路(1. 12) ；DSP系統(tǒng)(1. 9)與MAG焊接部分的DSP系統(tǒng)(2. 7)相連，形成通信，并連接電流采樣及濾波(1. 10)、電壓采樣及濾波(1. 11)和保護(hù)電路(1. 12)，接受他們傳遞的信號(hào)，與逆變驅(qū)動(dòng)電路(1. 13)、高頻引弧驅(qū)動(dòng)電路(1. 14)和高壓穩(wěn)弧驅(qū)動(dòng)電路(1. 15)相連，給予它們驅(qū)動(dòng)信號(hào)；電流采樣及濾波(1. 10)和電壓采樣及濾波(1. 11)的一端與DSP系統(tǒng)(1.9)相連，另一端分別與主電路中的電流萊姆(1. 5)和電壓萊姆(1. 6)相連；驅(qū)動(dòng)部分包括逆變驅(qū)動(dòng)電路(1. 13)、高頻引弧驅(qū)動(dòng)電路(1. 14)、高壓穩(wěn)弧驅(qū)動(dòng)電路(1. 15);逆變驅(qū)動(dòng)電路(1. 13)與逆變電路(1. 2)相連，傳遞信號(hào)給保護(hù)電路(1.12)，并接收來(lái)自DSP系統(tǒng)(1. 9)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，高頻引弧驅(qū)動(dòng)電路(1. 14)和聞壓穩(wěn)弧驅(qū)動(dòng)電路(1. 15)分別于DSP系統(tǒng)(1.9)相連，并分別驅(qū)動(dòng)聞?lì)l引弧(1. 7)和聞壓穩(wěn)弧(1. 8)；MAG焊接系統(tǒng)(2 )主電路包括整流濾波電路(2.1)、逆變電路(2. 2 )、中頻變壓器(2.3)、二次整流電路(2. 4 )、電流萊姆(2.5)、電壓萊姆(2. 6 );三相輸入380V交流電接整流濾波電路(2. 1)，然后按順序串聯(lián)逆變電路(2. 2)、中頻變壓器(2. 3)、二次整流電路(2. 4)三個(gè)部分，二次整流電路(2. 4)兩端分別接MAG焊槍(5.1)和工件(5. 3)，電流萊姆(2. 5)串聯(lián)在二次整流電路(2. 4)和MAG焊槍(5.1)之間，電壓萊姆(2. 6)并聯(lián)在MAG焊槍(5.1)和工件(5. 3)之間；其中的控制電路包括核心部分和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部分；核心控制部分包括DSP系統(tǒng)(2. 7)、電流采樣及濾波(2. 8)、電壓采樣及濾波(2. 9)以及保護(hù)電路(2. 10)；DSP系統(tǒng)(2. 7)與TIG焊接部分的DSP系統(tǒng)(1. 9)相連，形成通信，并連接電流采樣及濾波(2. 8)、電壓采樣及濾波(2. 9)和保護(hù)電路(2. 10)，接受他們傳遞的信號(hào)，與逆變驅(qū)動(dòng)電路(2. 10)相連，給予驅(qū)動(dòng)信號(hào)；電流采樣及濾波(2. 8和電壓采樣及濾波(2. 9)的一端與DSP系統(tǒng)(2. 7)相連，另一端分別與主電路中的電流萊姆(2. 5)和電壓萊姆(2. 6)相連；驅(qū)動(dòng)部分包括逆變驅(qū)動(dòng)電路(2. 11);逆變驅(qū)動(dòng)電路(2. 11)與逆變電路(2. 2)相連，傳遞信號(hào)給保護(hù)電路(2. 10)，并接收來(lái)自DSP系統(tǒng)(2. 7)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；前面板輸入及顯示(3 )包括焊接參數(shù)給定(3.1)和焊接參數(shù)顯示(3.2);焊接參數(shù)給定(3.1)和焊接參數(shù)顯示(3. 2 )均與MAG焊中的DSP系統(tǒng)(2. 7 )相連，進(jìn)行顯示和送絲信號(hào)與DSP系統(tǒng)(2. 7)的信號(hào)傳遞；送絲系統(tǒng)(4)包括焊槍開(kāi)關(guān)(4.1)、送絲給定(4. 2)、氣閥(4. 3)和送絲機(jī)調(diào)速電路(4. 4) ;MAG焊系統(tǒng)中DSP通過(guò)光電隔離(4. 5)與焊槍開(kāi)關(guān)(4.1)、送絲給定(4. 2)和氣閥(4. 3)相連，焊槍開(kāi)關(guān)(4.1)、送絲給定(4. 2)和氣閥(4. 3)通過(guò)送絲機(jī)調(diào)速電路(4. 4)與MAG焊中送絲輪相連；電弧能量輸出(5)包括MAG焊槍(5.1)、TIG焊槍(5. 2)和母材(5. 3);其中TIG焊槍(5.2)中的TIG電極與MAG焊絲之間的距離為2_6mm，TIG電極與母材(5. 3)之間的距離為3-7mm, MAG焊槍(5.1)中的MAG焊絲與母材(5. 3)之間的距離為18_25mm。
2.權(quán)利要求1所述弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于MAG和TIG焊分別采用獨(dú)立電源，兩個(gè)電源之間形成通信，MAG焊使用恒流源，焊絲和母材之間形成電弧，采用自由過(guò)渡的熔滴過(guò)渡形式，可保證母材熱輸入的恒定；TIG焊中，電極和焊絲形成電弧，兩個(gè)電弧組成耦合電?。辉诤附舆^(guò)程中，我們對(duì)焊絲和母材之間的電弧進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和反饋，當(dāng)MAG焊弧長(zhǎng)減小，弧壓減小Λ U1，焊絲長(zhǎng)度增加時(shí)，提高TIG電源焊接電流Λ II，增加熔敷金屬量，實(shí)現(xiàn)減小焊絲長(zhǎng)度，增大弧長(zhǎng)的目的，其中Λ I^kp AU^ka EAUi, kp，ka為常數(shù)，20彡kp彡100，O. 05彡ka彡O. 5，Λ I1為T(mén)IG焊電流增大量，Λ U1為MAG焊弧壓減小量，-2V ^AU1 ^ 2V,A Ui為第i次MAG焊弧壓減小量，i取正整數(shù)；當(dāng)MAG焊弧長(zhǎng)增大，弧壓增大Λ U2，焊絲長(zhǎng)度減小時(shí)，降低TIG電源焊接電流Λ I2，減小熔敷金屬量，實(shí)現(xiàn)增大焊絲長(zhǎng)度，減小弧長(zhǎng)的目的，其中Λ I2=kpAU2+ka ΣΛυ」，kp，匕為常數(shù)，20彡kp< 100，O. 05彡ka彡O. 5，Λ I2為T(mén)IG焊電流減小量，Λ U2為MAG焊弧壓增大量，-2V彡Λ U2彡2V,Δ Uj為第j次MAG焊弧壓增大量，j取正整數(shù)。
全文摘要
一種新型耦合電弧的弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其控制方法，屬于焊接方法設(shè)備及自動(dòng)化領(lǐng)域。兩個(gè)電弧采用獨(dú)立電源控制，MAG焊使用恒流源，焊絲和母材之間形成電弧，電弧對(duì)焊絲和母材進(jìn)行加熱，采用自由過(guò)渡的熔滴過(guò)渡形式；TIG焊中電極和母材之間形成電弧，電弧對(duì)焊絲輔助加熱。在焊接過(guò)程中，對(duì)焊絲和母材之間的電弧進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和反饋，當(dāng)MAG焊弧長(zhǎng)減小，弧壓減小，焊絲長(zhǎng)度增加時(shí)，提高TIG電源焊接電流，增加熔敷金屬量；當(dāng)MAG焊弧長(zhǎng)增大，弧壓增大，焊絲長(zhǎng)度減小時(shí)，降低TIG電源焊接電流，減小熔敷金屬量。本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)TIG電源的能量輸出來(lái)調(diào)節(jié)熔敷金屬量的大小，來(lái)調(diào)節(jié)弧長(zhǎng)的波動(dòng)。MAG電源采用恒流源代替恒壓源，可實(shí)現(xiàn)母材熱輸入的恒定，提高了焊接穩(wěn)定性和焊接質(zhì)量。
文檔編號(hào)B23K9/095GK103028815SQ201210499779
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者黃鵬飛, 韓國(guó)良, 盧振洋, 白韶軍 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)