一种氩弧焊工艺的智能控制方法及智能控制方法与流程

1.本发明涉及熔化极电弧焊技术领域，具体为一种氩弧焊工艺的智能控制方法及智能控制方法。


背景技术：

2.随着现代电子逆变技术和计算机技术的发展与应用，弧焊逆变电源技术已经发展到一个新的高度，逆变电源工艺特性曲线可按要求个性化设定。现有技术表明，mig/mag气保焊通常具有恒压动特性，tig氩弧焊则具有恒流动特性，这些技术在各自适合的焊接工艺条件下，在控制熔深、减少飞溅、控制熔粒过渡以及改善焊缝成形等方面都有一定的优势。
3.然而常规tig氩弧焊的恒流动特性也有其不足之处，在使用氩弧焊设备进行焊接，特别是手工焊的操作实际中，钨极相对焊件之间的距离发生改变是难以避免的，弧长自然也会改变，如图1所示，为传统氩弧焊恒流电源在焊接过程中弧长、熔池变化示意图，在焊枪嘴12上的钨极11在靠近工件14时，电弧13的长度随之发生变化，其中，l1代表较长的钨极与熔池距离，l2代表较短的钨极与熔池距离，而当电弧13的弧长变化时焊接电压也会发生变化。当tig氩弧焊恒流水平在120a时，焊接电压随弧长的变化符合下述表所示规律：
4.弧长电压电流2mm10.5 v120a4mm13v120a
5.按照已知技术，tig氩弧焊的焊接能量应该符合关系式q＝f(u，i，v)，其中，q为线能量，u为焊接电压，i为焊接电流，v为送丝速度；q与us、i s正相关，与v负相关。
6.由于常规tig氩弧焊恒流特性的性质，其电流会始终维持不变，可视为常数因子，上述关系式可演化为：q＝f(u，v)。
7.由上式可看出，传统的恒流电源在焊接过程中，如果钨极向熔池方向靠近时焊接电压就会降低，显而易见地会导致电弧能量的降低，如图1中长弧长下的熔池wp1和短弧长下的熔池wp2所示的焊缝熔池的明显变化。这在一些时候会使焊接结果的一致性变差，容易出现钨极粘连夹钨等工艺和质量缺陷。又如专利公开号为cn102225484a所公开的焊接电流的监控方法和焊接电源控制装置，其将焊接电流设为预设的工艺参数，正焊接过程中，通过调整模块对焊接电流进行调整，保证焊接电流维持在设定的工艺参数，即维持电流的不变，实现对焊接的恒流电压控制，进而就会存在上述存在的问题，随着钨极向熔池方向靠近，焊接电压就会降低，进而会导致电弧能量的降低、焊接结果的一致性变差等问题的发生。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种氩弧焊工艺的智能控制方法及智能控制方法，利用现代数字逆变与微处理技术，实现在弧压变化时，焊接电流做出与弧压变化的逆向改变，使线能量得到动态补偿，从而实现焊接工艺的恒能特性，实现电弧的智能化调节，以解决上述背景技术中提出的问题。
9.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氩弧焊工艺的智能控制方法，基于氩弧焊工艺的智能控制装置，所述智能控制装置包含逆变电源单元、参数设置单元、实时检测单元、参数处置单元、脉冲调制单元和控制单元，所述智能控制方法包括步骤如下：
10.步骤一，通过参数设置单元对各焊接参数进行初步设定和修正，并设置电压变化阈值的触发条件；
11.步骤二，通过参数实时检测单元在焊接全过程中持续检测、记录和保存焊接参数的实时工艺参数值；
12.步骤三，通过参数处置单元和控制单元对步骤二中的实时工艺参数值进行处理，计算焊接电压差、焊接电流差、焊接功率差，并与步骤一中初步设定的焊接参数比对，判定是否触发电压变化阈值和/或功率变化阈值；若是，执行步骤四；若否，执行步骤五；
13.步骤四，通过控制单元反馈指令给逆变电源单元，立即以调节电流方式进行电弧能量动态补偿；
14.步骤五，判定作业是否完成，若是，进入收弧程序，结束焊接；若否，重复步骤一至步骤四。
15.进一步优选，所述步骤一中参数设置单元设定的焊接参数包含焊接电压、焊接电流以及电压变化阈值和/或功率变化阈值，实现对焊接参数的预设，通过这些阈值的预设，作为控制电路的触发参数。
16.进一步优选，所述步骤一中采用脉冲调制单元对焊接参数叠加一个脉冲信号，能够对信号频率、振幅和波形的调节。
17.进一步优选，所述步骤四中的电弧能量动态补偿的机制为：电压下降则自动增加焊接电流，反之则自动减小焊接电流，保证焊接过程中的电弧能量的恒定，保证恒能电源。
18.进一步优选，所述步骤四中的电弧能量动态补偿的临界点为电压变化阈值，达到实现恒能量的目的。
19.进一步优选，所述逆变电源单元与控制单元、实时检测单元相连接，所述参数处置单元与参数设置单元、实时检测单元、脉冲调制单元、控制单元均相连接。所述逆变电源单元用于连接控制单元、提供焊接能量及执行焊接电流的调节；所述参数设置单元用于设定和修正焊接的各项工艺参数以及弧压和/或功率变化阈值；所述实时检测单元用于对焊接电压和电流等焊接参数的瞬时值进行实时检测和保存；所述参数处置单元用于接受来自实时检测单元传入的实时弧压uact和电流iact数据进行数学运算处理、与保存的设定阈值比较及判断是否触发了预定阈值；所述脉冲调制单元用于对需要叠加的脉冲参数进行预设定和对部分或全部参数进行调整、修正；所述控制单元用于给逆变电源单元发送指令。
20.进一步优选，所述逆变电源单元包含次级侧整流器和电流调节器，其中，次级侧整流器具有平滑元件的功能，用于提供焊接能量，电流调节器用于焊接电流的调节。
21.进一步优选，所述实时检测单元包含实时电压检测模块和实时电流检测模块，实现对焊接过程中的实时弧压和实时电流的检测。
22.进一步优选，所述逆变电源单元、参数设置单元、实时检测单元、参数处置单元、脉冲调制单元和控制单元中的部分或全部均设有微处理器，实现对焊接过程的智能化控制。
23.进一步优选，所述逆变电源单元、参数设置单元、实时检测单元、参数处置单元、脉冲调制单元和控制单元中的部分或全部均设有可读存储介质，实现对焊接过程中的焊接参
数的存储，便于对焊接数据的追溯。
24.有益效果：本发明的氩弧焊工艺的智能控制方法及其控制方法，通过对智能化电弧特性进行调节，可以轻松适应不同的材料厚度；电弧更集中于焊接位置，使得焊接速度加快，减少了返工；电弧输出能力的一致性非常好：当弧长减小、弧压降低时，电流自动增大，使电弧维持足够的能量密度来熔合焊缝两边的母材金属；当弧长增大、弧压升高时，电流自动减小，控制电弧能量不使之过大，因此焊缝表面的退火色浅，减少了焊后的清理工作；熔池的粘度始终保持良好状态，避免定位点焊时出现缺陷，即使钨极偶然轻触熔池也不会发生钨极粘连；通过智能化电弧特性的调节，可以适应不同厚度的材料焊接；通过叠加脉冲电流，可获得更加美观的焊缝外观。
附图说明
25.图1为本发明背景技术所公开的传统氩弧焊恒流电源在焊接过程中弧长、熔池变化示意图；
26.图2为本发明实施例所公开的氩弧焊工艺的智能控制方法流程图；
27.图3为本发明实施例所公开的实现氩弧焊工艺的智能控制装置示意框图；
28.图4为传统氩弧焊恒流电源与本发明实施例一所公开的智能控制方法原理比较示意图；
29.图5为使用传统氩弧焊恒流电源与使用本发明实施例二所公开的恒能电源完成的焊缝效果对比图。
30.附图标记：11-钨极，12-焊枪嘴，13-电弧，14-工件；30-智能控制装置，31-逆变电源单元，32-参数设置单元，33-实时检测单元，331-实时电压检测模块，332-实时电流检测模块，34-参数处置单元，35-脉冲调制单元，36-控制单元。
具体实施方式
31.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
32.如图2和图3所示，一种氩弧焊工艺的智能控制方法，基于氩弧焊工艺的智能控制装置30，通过该智能控制装置，实现电弧的智能化调节。该智能控制装置30包含逆变电源单元31、参数设置单元32、实时检测单元33、参数处置单元34、脉冲调制单元35和控制单元36，其中，逆变电源单元31与控制单元36、实时检测单元33相连接，参数处置单元34与参数设置单元32、实时检测单元33、脉冲调制单元35、控制单元36均相连接；逆变电源单元31用于连接控制单元36、提供焊接能量及执行焊接电流的调节，逆变电源单元31包含次级侧整流器和电流调节器，具有平滑元件的次级侧整流器是焊接设备主体；参数设置单元32用于设定和修正焊接的各项工艺参数以及弧压和/或功率变化阈值；实时检测单元33包含实时电压检测模块331和实时电流检测模块332，用于对焊接电压和电流等焊接参数的瞬时值进行实时检测和保存；参数处置单元34用于接受来自实时检测单元33传入的实时弧压uact和电流iact数据进行数学运算处理、与保存的设定阈值比较及判断是否触发了预定阈值；脉冲调制单元35用于对需要叠加的脉冲参数进行预设定和对部分或全部参数进行调整、修正，能够实现对信号频率、振幅和波形的调节；控制单元36用于给逆变电源单元31发送指令，在收
到电压和/或功率阈值被触发的信号后，能够根据电压变化结果给逆变电源装置31发送指令。
33.本技术中，逆变电源单元31、参数设置单元32、实时检测单元33、参数处置单元34、脉冲调制单元35和控制单元36中的部分或全部均设有微处理器。利用现代数字逆变与微处理技术，实现在弧压uact变化时，焊接电流作出与弧压uact变化的逆向改变，使线能量得到动态补偿，从而实现焊接工艺的恒能特性。
34.本技术中，逆变电源单元31、参数设置单元32、实时检测单元33、参数处置单元34、脉冲调制单元35和控制单元36中的部分或全部均设有可读存储介质，便于在氩弧焊焊接过程中对控制方法的数据的保存，同时能够对数据再读取、追溯等，也能够方便数据转移及查找问题等。
35.实施例一
36.本技术中，该氩弧焊工艺的智能控制方法包括步骤如下：
37.步骤一，针对焊接时序初始化后不同的焊接任务，通过参数设置单元32对各焊接参数进行初步设定和修正，其焊接参数包含焊接电压、焊接电流以及电压变化阈值和/或功率变化阈值，并设置电压变化阈值的触发条件；
38.步骤二，通过参数实时检测单元33在焊接全过程中持续检测、记录和保存焊接参数的实时工艺参数值，其中，通过实时电压检测模块331实现对实时焊接电压-弧压uact的检测、记录和保存，通过实时电流检测模块332实现对实时焊接电流-电流iact检测、记录和保存；
39.步骤三，通过参数处置单元34和控制单元36对步骤二中的实时工艺参数值进行处理，计算焊接电压差(δu)、焊接电流差(δi)、焊接功率差(δp)，并与步骤一中初步设定的焊接参数比对，判定是否触发电压变化阈值和/或功率变化阈值；若是，执行步骤四；若否，执行步骤五；
40.步骤四，通过控制单元36反馈指令给逆变电源单元31，立即以调节电流方式进行电弧能量动态补偿，该电弧能量动态补偿的机制为：电压下降则自动增加焊接电流，反之则自动减小焊接电流；
41.步骤五，判定作业是否完成，若是，进入收弧程序，结束焊接；若否，重复步骤一至步骤四。
42.通过参数设置单元32对焊接参数进行预设定，将焊接电压uset作为一个可以稳定起弧的电压预设值，能够在步骤三中进行比对，用于判断是否触发电压变化阈值。
43.步骤四中的电弧能量动态补偿的临界点为电压变化阈值，电压变化阈值用于作为控制电路触发参数，在焊接过程由于弧长改变导致焊接电压也随之改变，为实现恒能量的目的，因而需要将电压变化阈值作为动态功率补偿的临界点。
44.实施例二
45.本技术中，该氩弧焊工艺的智能控制方法的步骤还可以如下：
46.步骤一，针对焊接时序初始化后不同的焊接任务，通过参数设置单元32对各焊接参数进行初步设定和修正，其焊接参数包含焊接电压、焊接电流以及电压变化阈值和/或功率变化阈值，并设置电压变化阈值的触发条件，通过脉冲调制单元35对需要叠加的脉冲参数进行预设定，采用脉冲调制单元35对焊接参数叠加一个脉冲信号，包括将电流iact与脉
冲电流ipuls进行叠加；
47.步骤二，通过参数实时检测单元33在焊接全过程中持续检测、记录和保存焊接参数的实时工艺参数值，其中，通过实时电压检测模块331实现对弧压uact检测、记录和保存，通过实时电流检测模块332实现对电流iact检测、记录和保存；
48.步骤三，通过参数处置单元34和控制单元36对步骤二中的实时工艺参数值进行处理，计算焊接电压差(δu)、焊接电流差(δi)、焊接功率差(δp)，并与步骤一中初步设定的焊接参数比对，判定是否触发电压变化阈值和/或功率变化阈值；若是，执行步骤四；若否，执行步骤五；
49.步骤四，通过控制单元36反馈指令给逆变电源单元31，立即以调节电流方式进行电弧能量动态补偿，该电弧能量动态补偿的机制为：电压下降则自动增加焊接电流，反之则自动减小焊接电流；
50.步骤五，判定作业是否完成，若是，进入收弧程序，结束焊接；若否，重复步骤一至步骤四。
51.其中，在步骤一中，在需要时，对部分或全部参数进行调整修正，包括对焊接电压uset、电压变化阈值和脉冲的频率、波形和均值的调整修正。通过将焊接电流iact与脉冲电流ipuls叠加，使得局部电流最大值区间的电弧压缩更大，能量更加集中。
52.本技术中，通过该氩弧焊工艺的智能控制方法，能够有效解决传统的恒流电源在焊接过程中焊接结果的一致性差、容易出现钨极粘连夹钨等工艺和质量缺陷的问题。通过对智能化电弧特性进行调节，可以轻松适应不同的材料厚度；电弧更集中于焊接位置，使得焊接速度加快，减少了返工；电弧输出能力的一致性非常好：当弧长减小、弧压降低时，电流自动增大，使电弧维持足够的能量密度来熔合焊缝两边的母材金属；当弧长增大、弧压升高时，电流自动减小，控制电弧能量不使之过大，因此焊缝表面的退火色浅，减少了焊后的清理工作；熔池的粘度始终保持良好状态，避免定位点焊时出现缺陷，即使钨极偶然轻触熔池也不会发生钨极粘连。
53.如图4所示，为传统氩弧焊恒流电源与本发明实施例一所公开的智能控制方法原理比较示意图，是对本发明所公开的实施例一的原理的一种直观图解。
54.在氩弧焊焊接过程中，特别是手工焊过程中，钨极与熔池之间的距离会随着焊枪而改变，弧长发生改变后，弧压也随之而变。
55.401部分所示是传统的氩弧焊恒流电源在弧压变化过程中，焊接电流保持恒定的状态，显然，这一状态下焊接能量密度是动态改变的；
56.402部分展示的是本发明所公开的实施例一中，焊接电流随弧压变化而变化，即给焊接能量一个动态补偿机制，自始至终保持焊接能量密度恒定的状态。
57.通过对本发明所公开的实施例一的焊接操作实践中，实测数据印证了本发明的可行性，如下表所示：
[0058][0059]
同样地，在本发明所公开的实施例二中，在焊接电流上叠加一个脉冲电流，使得焊
缝质量如同等离子焊接后的焊缝效果。换言之，本发明所公开的实施例二在叠加了脉冲电流后，会产生极佳的焊接结果。
[0060]
如图5所示，为使用传统氩弧焊恒流电源与使用本发明实施例二所公开的恒能电源完成的焊缝效果对比图，是对本发明所公开的实施例一完成的焊缝效果的一种直观图解。
[0061]
501部分所示是传统氩弧焊恒流电源完成的焊缝效果图，焊缝的一致性差，焊缝的外观差；
[0062]
502部分所示是采用本发明所公开的氩弧焊工艺的智能控制方法所完成的焊缝效果图，焊缝的一致性好，焊接的质量要优于传统氩弧焊完成的焊接质量；焊接电流中叠加了脉冲电流，可获得更佳焊缝外观，其结果可以达到等离子焊接的效果。
[0063]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明性的保护范围之内的发明内容。

技术特征：
1.一种氩弧焊工艺的智能控制方法，基于氩弧焊工艺的智能控制装置，所述智能控制装置包含逆变电源单元、参数设置单元、实时检测单元、参数处置单元、脉冲调制单元和控制单元，其特征在于，所述智能控制方法包括步骤如下：步骤一，通过参数设置单元对各焊接参数进行初步设定和修正，并设置电压变化阈值的触发条件；步骤二，通过参数实时检测单元在焊接全过程中持续检测、记录和保存焊接参数的实时工艺参数值；步骤三，通过参数处置单元和控制单元对步骤二中的实时工艺参数值进行处理，计算焊接电压差、焊接电流差、焊接功率差，并与步骤一中初步设定的焊接参数比对，判定是否触发电压变化阈值和/或功率变化阈值；若是，执行步骤四；若否，执行步骤五；步骤四，通过控制单元反馈指令给逆变电源单元，立即以调节电流方式进行电弧能量动态补偿；步骤五，判定作业是否完成，若是，进入收弧程序，结束焊接；若否，重复步骤一至步骤四。2.根据权利要求1所述的一种氩弧焊工艺的智能控制方法，其特征在于：所述步骤一中参数设置单元设定的焊接参数包含焊接电压、焊接电流以及电压变化阈值和/或功率变化阈值。3.根据权利要求1所述的一种氩弧焊工艺的智能控制方法，其特征在于：所述步骤一中采用脉冲调制单元对焊接参数叠加一个脉冲信号。4.根据权利要求1所述的一种氩弧焊工艺的智能控制方法，其特征在于：所述步骤四中的电弧能量动态补偿的机制为：电压下降则自动增加焊接电流，反之则自动减小焊接电流。5.根据权利要求4所述的一种氩弧焊工艺的智能控制方法，其特征在于：所述步骤四中的电弧能量动态补偿的临界点为电压变化阈值。6.根据权利要求1所述的一种氩弧焊工艺的智能控制方法，其特征在于：所述逆变电源单元与控制单元、实时检测单元相连接，所述参数处置单元与参数设置单元、实时检测单元、脉冲调制单元、控制单元均相连接。7.根据权利要求6所述的一种氩弧焊工艺的智能控制方法，其特征在于：所述逆变电源单元包含次级侧整流器和电流调节器。8.根据权利要求6所述的一种氩弧焊工艺的智能控制方法，其特征在于：所述实时检测单元包含实时电压检测模块和实时电流检测模块。9.根据权利要求6所述的一种氩弧焊工艺的智能控制方法，其特征在于：所述逆变电源单元、参数设置单元、实时检测单元、参数处置单元、脉冲调制单元和控制单元中的部分或全部均设有微处理器。10.根据权利要求6所述的一种氩弧焊工艺的智能控制方法，其特征在于：所述逆变电源单元、参数设置单元、实时检测单元、参数处置单元、脉冲调制单元和控制单元中的部分或全部均设有可读存储介质。

技术总结
本发明公开了一种氩弧焊工艺的智能控制方法，基于氩弧焊工艺的智能控制装置，智能控制装置包含逆变电源单元、参数设置单元、实时检测单元、参数处置单元、脉冲调制单元和控制单元，该智能控制方法包括：通过参数设置单元对各焊接参数进行初步设定和修正，并设置电压变化阈值的触发条件；通过参数实时检测单元在焊接全过程中持续检测、记录和保存焊接参数的实时工艺参数值；通过参数处置单元和控制单元实现判定是否触发电压变化阈值和/或功率变化阈值；若是，通过控制单元反馈指令给逆变电源单元，进行电弧能量动态补偿；若否，重复步骤一至步骤四。本发明的有益效果是：电弧输出能力的一致性好，不会发生钨极粘连，焊缝外观更加美观。美观。美观。


技术研发人员：曾尧
受保护的技术使用者：伊达新技术电源（昆山）有限公司
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/9/23