脉冲熔化极气体保护焊电弧长度控制方法

摘要

一种脉冲熔化极气体保护焊电弧长度控制方法，属于焊接技术领域。本发明在脉冲周期内，当焊丝与母材之间的距离增加时，焊接电压的平均值也会相应增加，增加基值时间，焊接电压的平均值逐渐降低，当焊接电压的平均值等于焊接平均电压给定值，所述的基值时间完成，从而在所述的脉冲周期内实现电弧长度的控制；在所述的脉冲周期内，当焊丝与母材之间的距离减小时，焊接电压的平均值也会相应减小，减小基值时间，当焊接电压的平均值等于焊接平均电压给定值，所述的基值时间完成，从而实现电弧长度的控制。本发明既能够使系统保持较高的调节精度和调节灵敏度，又能够保证系统工作稳定。

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接技术领域的控制方法，具体是一种脉冲熔化极气体保护焊电弧长度控制方法。

背景技术

脉冲熔化极气体保护焊(GMAW-P)是一种高质量、高效率的焊接工艺，为了获得良好的焊接质量，需要把电弧长度维持在适当值。目前针对脉冲熔化极气体保护焊电弧长度的控制方法是通过控制基值时间，使焊接电压平均值与预先设定的电压给定值大致相等，使电弧长度维持在适当值。

经对现有技术的文献检索发现，黄鹏飞在《机械工程学报》第41卷第1期2005年1月上发表“熔化极脉冲氩弧焊弧长动态调节性能研究”，该文采用“单周期”控制法，采用电弧电压作闭环负反馈值，通过调节基值时间，使得在每个脉冲周期内，保证平均电弧电压与给定电压一致。该控制方法采用了数字控制技术，在当前脉冲周期内进行电弧长度的控制。但是该控制方法仅采用了单一的控制量即基值时间，因此在焊接过程中，基值时间变动较大，从而导致脉冲周期的变动较大，无法维持焊缝形状的一致性，从而焊接质量也会受到影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种脉冲熔化极气体保护焊电弧长度控制方法，使其在焊接过程中电弧长度发生改变时提高电弧长度的控制性，并且保证脉冲周期无较大变动。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明是一种脉冲熔化极气体保护焊电弧长度控制方法，具体为：

一个脉冲周期包括峰值期间和基值期间两部分，在所述的一个脉冲周期内的峰值期间和基值期间采样峰值电压和基值电压，并计算焊接电压的平均值。在所述的脉冲周期内，通过控制基值时间，使焊接电压平均值与预先设定的焊接电压给定值相同，从而实现电弧长度的控制。

在所述的脉冲周期内，当焊丝与母材之间的距离增加时，所述的峰值电压和基值电压也相应增加，即焊接电压的平均值也会相应增加，按照本发明，增加基值时间，焊接电压的平均值逐渐降低，当焊接电压的平均值等于焊接平均电压给定值，所述的基值时间完成，从而在所述的脉冲周期内实现电弧长度的控制。

在所述的脉冲周期内，当焊丝与母材之间的距离减小时，所述的峰值电压和基值电压也相应减小，即焊接电压的平均值也会相应减小，按照本发明，减小基值时间，当焊接电压的平均值等于焊接平均电压给定值，所述的基值时间完成，从而实现电弧长度的控制。

在所述的脉冲周期内，在基值期间，当焊丝与母材之间的距离减小而变成短路状态时，此时基值时间持续很短，把基值时间下限值作为实际的基值时间输出，从而实现电弧长度的控制。

在所述的脉冲周期内，在基值期间，当焊丝与母材之间的距离增大，超过极限，将要使电弧熄灭时，基值时间不断增加，当基值时间超出基值时间上限值时，通过计算焊接电流平均值，并且比较焊接电流平均值与焊接电流给定值之间的差值。当焊接电流平均值大于焊接电流给定值时，将焊接平均电压的给定值相应的减小，从而在较短的基值时间内，实现电弧长度的控制，并保证整个脉冲周期的变化小，保证了焊缝形状的一致性。

本发明提供一种通过控制一个脉冲周期内平均电压，提高电弧长度控制性的电弧长度控制方法。控制策略调整灵活、控制精度高、控制参数稳定性好。在基值期间，电压基本为15-23V。当电弧长度变短时，存在短路的倾向，短路时的电压基本低于10V。当短路状态发生时，将基值时间设置为基值时间下限制，使当前脉冲周期很快完成，迅速切换到下一个峰值期间，消除了短路状态。当电弧长度变长时，电压大于23V，计算焊接电流的平均值与焊接电流给定值进行比较，从而相应的提高焊接电压的预设值，即：计算出的焊接电流平均值减小10A，焊接电压相应的增加1V，从而输出台阶状的焊接电压给定值，在较短的基值时间内，实现电弧长度的控制，并保证整个脉冲周期的变化小。

本发明既能够使系统保持较高的调节精度和调节灵敏度，又能够保证系统工作稳定，焊接过程中保证在脉冲周期内电弧长度稳定性大大提高，实现了对电弧长度的精确控制，并且保证稳定的焊接电流。

附图说明

图1表示发明实施例中脉冲熔化极气体保护焊电弧长度控制方法的波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以φ1.2mm H08Mn2Si焊丝进行低碳钢平板堆焊试验，焊接电压目标值U_url为24V，焊接电流目标值U_ir100A。实施过程如下：

焊接电源主电路将三相380V交流电源作为输入，通过电压采样电路检测焊接电压，输出焊接电压采样信号U_f。

如图1表示，在时刻t₀焊丝与母材之间的距离小于3mm，电弧长度为l₁，焊接电压采样值低于10V，在当前脉冲周期内，输出基值时间为基值时间下限制T_b下限，使当前脉冲周期很快完成，在时刻t₁切换到一个新的脉冲周期，输出峰值电流，迅速消除短路状态，使弧长保持在稳定的长度。在时刻t₃焊丝与母材之间的距离大于25mm，即电弧长度变化至l₃，，相应的峰值电压采样值和基值电压采样值均增加。同时，采样焊接电流并计算焊接电流与焊接电流给定值之间的差值。当焊接电流采样值低于焊接电流给定值10A时，即在t₄时刻，将焊接电压给定值增加1V，在t₂时刻，当前脉冲周期结束，这样仍然可以保证在较短的基值时间内实现电弧长度的稳定，并保证整个脉冲周期的变化小。在正常的焊接过程中，电弧长度基本维持在l₂。在整个焊接过程中，焊接实际的电流基本保持在98-102A，焊接电压基本维持在23-24V，与预定目标值基本保持一致。