[發明專利]一種耦合電弧的弧長調節系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201210499779.7
• 申請日: 2012-11-29
• 公開（公告）號: CN103028815A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 黃鵬飛;韓國良;盧振洋;白韶軍
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B23K9/095
• 分類號: B23K9/095;B23K9/10;B23K9/06;B23K9/16
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

技術領域

本發明涉及一種耦合電弧的弧長調節系統及其控制方法，屬于焊接方法設備及自動化領域。

技術背景

隨著國家工業化的大幅度發展，焊接技術在國家建設過程中發揮了不可忽視的作用。在航空航天、機械工程、交通運輸、海洋工程等方面，焊接已經占據了舉足輕重的地位。所以現代化制造業對焊接技術的各個方面均進行了廣泛的、高效的研究，力求在技術的改進和提高方面做出更有意義的貢獻。

熔化極氣體保護焊中對弧長的調節是焊接方面一個長期研究的方向，已有研究結果證明，MAG焊接系統中電源具有弧長自我調節功能，當弧長變短時，電源會自動增加電流，來增加熔化的焊絲，以恢復原來弧長；當弧長變長時，電源會自動減小電流，減小熔化的焊絲，以恢復原來弧長。但是，這種調節方式比較單一，而且母材的熱輸入會隨著弧長的自我調節有所波動，影響焊接的穩定性。為了解決該問題，我們參考了國內外很多焊接工作者提出的耦合電弧的焊接法，對輔助電弧的作用做了詳細的分析。例如，美國肯塔基大學的張裕明老師為了對常規的熔化極氣體保護電弧焊進行高效化改進，提出一種新型的電弧焊工藝DE-GMAW，該焊接工藝方法將一個GTAW焊槍與一個GMAW焊槍相組合，GMAW焊槍與工件構成主路，GTAW焊槍構成旁路，使用一個電源進行控制輸出。流經焊絲的焊接電流在電弧弧柱區分為兩部分，一是旁路電流，二是施加到母材的電流。增大焊接電流時，作用于焊絲上的電流數值較高有利于提高焊絲的熔化速度，從而提高熔敷率來提高焊接速度，而旁路分流的作用又能保證母材的熱輸入不至于過高，維持在一個比較理想的水平。但該方法的MAG焊部分使用的弧長調節系統是由MAG電源實現的，控制方法比較單一，母材熱輸入也會因弧長的自我調節過程有所波動的，所以尋求一種新型的弧長控制方法，并保證母材更穩定的熱輸入成為了一個新的研究方向。

發明內容

針對高效化焊接的發展趨勢和需要解決的問題，本發明的目的在于改變了MAG和TIG耦合電弧焊接時采用MAG焊的自身弧長調節系統的傳統方法，通過調節TIG電源的能量輸出來調節熔敷金屬量的大小，來調節弧長的波動。同時MAG電源采用恒流源代替了原始的恒壓源，該恒流源可實現母材熱輸入的恒定，提高了焊接穩定性和焊接質量。兩種焊接方法使用兩個獨立電源，對電流、電壓采樣信息進行反饋控制，通過測量焊絲和母材之間的弧壓來判斷弧長的變化，將弧壓的變化值反饋到TIG電源，TIG電源再對弧長變化做出調整和控制。

本發明的設計思想為：MAG焊接采用恒流源，主要實現對焊絲和母材的加熱，并采用直流反接的接線方式來實現自由過渡，保證母材熱輸入的穩定性；

本發明采用如下技術方案：

一種耦合電弧的弧長調節系統，包括：TIG焊接系統1、MAG焊接系統2、前面板輸入及顯示3、送絲系統4和電弧能量輸出5。

TIG焊接系統1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，然后按順序串聯逆變電路1.2、中頻變壓器1.3、二次整流電路1.4三個部分，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和高壓穩弧1.8并聯在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動執行部分。核心控制部分包括DSP系統1.9、電流采樣及濾波1.10、電壓采樣及濾波1.11以及保護電路1.12。DSP系統1.9與MAG焊接部分的DSP系統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和保護電路1.12，接受他們傳遞的信號，與逆變驅動電路1.13、高頻引弧驅動電路1.14和高壓穩弧驅動電路1.15相連，給予它們驅動信號。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。驅動部分包括逆變驅動電路1.13、高頻引弧驅動電路1.14、高壓穩弧驅動電路1.15。逆變驅動電路1.13與逆變電路1.2相連，傳遞信號給保護電路1.12，并接收來自DSP系統1.9的驅動信號，高頻引弧驅動電路1.14和高壓穩弧驅動電路1.15分別于DSP系統1.9相連，并分別驅動高頻引弧1.7和高壓穩弧1.8。