CN109500474A - 一种保证送丝稳定进入熔池的方法和装置 - Google Patents

一种保证送丝稳定进入熔池的方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种保证送丝稳定进入熔池的方法和装置，属于非熔化极填丝焊接领域，包括电流信号检测***、送丝速度反馈***、送丝角度调节机构、计算机控制***，电流信号检测***获得焊丝与焊接工件之间的电流信号，并将电流信号实时传递给计算机控制***，送丝速度反馈***获得送丝速度信号，并将送丝速度信号实时传递给计算机控制***，计算机控制***根据电流信号、电流信号梯度、送丝速度信号3个特征数据之间的关系进行判断，利用送丝角度调节机构自动调整送丝嘴角度，保证送丝头尖端始终贴合熔池。与现有技术相比本发明结构简单，能够实现送丝嘴角度自动调节，防止焊接飞溅及焊丝端头大滴过渡形式，保证焊接过程送丝的稳定性。

Description

一种保证送丝稳定进入熔池的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种保证送丝稳定进入熔池的方法和装置，适用于非熔化极自动填丝焊接技术领域，能够保证焊接过程中送丝端头与熔池贴合。
背景技术
在非熔化极自动填丝焊接过程中，焊枪端头至工件表面的距离一般很难保持恒定，会存在一定波动。这种波动是由于工件加工误差、工件移动、焊接过程热变形等多种因素导致的。一般地，送丝嘴与焊枪为一整体，焊枪端头至工件表面距离的波动会极大地影响送丝的稳定性，具体表现为送丝端头与熔池表面不贴合，这会导致焊接过程中产生大滴过渡、焊接飞溅、合金元素烧损等有害现象，影响焊接过程稳定性和焊缝质量。当前技术主要从保证焊枪端头至工件表面距离恒定方面入手解决送丝不稳定问题，主要方法有电弧弧压控制方法和激光跟踪控制方法等。当前技术虽然能够解决送丝不稳定的问题，但其存在明显不足：弧压跟踪控方法装置外观尺寸较大，焊接操作灵活性受到限制；激光跟踪控制方法***较复杂，在普通自动焊设备上应用较少；由于工件局部存在热变形，即使焊枪端头至工件距离恒定，焊丝端头与熔池也存在不贴合现象。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足之处，提供一种保证送丝稳定进入熔池的方法和装置，该方法通过判定送丝嘴与焊接工件之间电流信号梯度，实时调控送丝角度，保证送丝端头与熔池始终贴合，从而克服了当前技术焊接灵活性受限、普通自动焊设备应用少、焊丝端头与熔池表面局部不贴合等缺点。
本发明的技术解决方案是：一种保证送丝稳定进入熔池的装置，包括电流信号检测***、送丝速度反馈***、送丝角度调节机构、计算机控制***，其中：
电流信号检测***，检测送丝嘴与焊接工件之间的电流信号，将电流信号传输给计算机控制***；其中，送丝嘴与焊接工件间施加有直流电信号；
送丝速度反馈***，实时检测送丝嘴的送丝速度，反馈至计算机控制***；
送丝角度调节机构，调整送丝嘴角度，调整角度大小由计算机控制***根据电流信号、电流信号梯度、送丝速度信号按设定模型运算确定；
计算机控制***，接收电流信号、送丝速度实时数值，根据外部指令选择运算模型，计算得到电流梯度，进而得到控制信号并送至送丝角度调节机构，完成送丝嘴角度调整。
所述的送丝嘴与工件之间施加的直流电信号采用直流电源或者商用热丝电源，电源电压220V±10V，电流值0～250A。
所述的电流信号检测***通过霍尔传感器或电源输出端口检测送丝嘴与焊接工件之间的电流信号，当送丝速度≤a mm/min时，计算机控制***不进行送丝嘴角度调控。
所述的速度送丝＞a mm/min且电流＞b A且电流梯度＜-c A/s时，送丝角度调节机构启动，每调节1次送丝嘴角度增大d°直至电流梯度≥-c A/s。所述的a＝0.3、b＝5、c＝5、d＝0.5。
所述的送丝角度调节机构的角度调节范围5～45°。
所述的送丝角度调节机构包括圆弧形齿条3、带齿轮微型电机4、固定支架5、连接装置6，圆弧形齿条3一端与送丝嘴连接，另一端与固定支架5转轴连接，固定支架5一端与送丝嘴转轴连接，另一端与连接装置6连接，连接装置6与焊枪7连接，带齿轮微型电机4固定在固定支架5上，能够带动圆弧形齿条3沿固定支架5上的固定轴周向滑动。
一种保证送丝稳定进入熔池的方法，包括如下步骤：
(1)在送丝嘴与焊接工件之间安装直流电源或采用商用热丝电源，在送丝嘴部位安装送丝角度调节机构，通过霍尔传感器或电源输出端口实时采集电流信号后传输给计算机控制***；
(2)实时检测焊接送丝速度，送至计算机控制***；
(3)根据电流信号、送丝速度按设定模型运算确定电流信号梯度，进而得到控制信号至送丝角度调节机构；
(4)根据控制信号使用送丝角度调节机构调整送丝嘴角度。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明方法和装置利用送丝嘴与工件之间的电流信号梯度判断送丝端头与熔池的贴合情况，并进行自动调控，控制***简单，控制装置尺寸小，大大增加焊接操作的灵活性，便于在普通自动焊接装备上应用；
(2)本发明的技术方法特别适用于热丝焊接，只需增加送丝角度调节机构和控制***即可实现送丝角度的自动调节；
(3)本发明采用闭环反馈控制，能够实时保证送丝端头与熔池贴合，提高了焊接稳定性和焊接质量。
附图说明
图1是本发明保证焊丝稳定进入熔池方法的流程控制原理图；
图2是本发明保证焊丝稳定进入熔池送的丝角度调节机构示意图。
具体实施方式
本发明克服现有技术的不足之处，提供一种保证送丝稳定进入熔池的方法和装置，该方法通过判定送丝嘴与焊接工件之间电流信号梯度，实时调控送丝角度，保证送丝端头与熔池始终贴合，从而克服了当前技术焊接灵活性受限、普通自动焊设备应用少、焊丝端头与熔池表面局部不贴合等缺点，包括下列步骤：
(1)在送丝嘴与焊接工件之间安装直流电源或采用商用热丝电源，电流信号通过霍尔传感器或电源输出端口传输给计算机控制***；
(2)从送丝机接口获得焊接实时送丝速度，送丝速度信号传输给计算机控制***；
(3)在送丝嘴部位安装送丝角度调节机构，调整角度大小由计算机控制***根据电流信号、电流信号梯度、送丝速度按设定模型运算确定；
(4)计算机控制***包含显示、设置界面，接收实时电流信号、送丝速度信号，能够设定运算模型，运算模型计算输出信号控制送丝角度调节机构；
(5)送丝嘴与焊接工件之间的电流信号梯度能够反应送丝端头与熔池间的贴合程度，利用该原理实现送丝角度的自动调控。
本发明步骤(1)中，电源电压220V±10V，电流值0～250A；步骤(2)中，当送丝速度≤a mm/min时，计算机控制***不进行送丝角度调控；步骤(3)中，送丝角度调节机构由小型、高精度电机和弧形齿轮机构组成，送丝嘴角度调节范围5～45°。步骤(4)中，在计算机控制***中运算模型主要参数为a、b、c、d，具体数值由***调试获得，优选地a＝0.3、b＝5、c＝5、d＝0.5；所述步骤(4)中，当送丝＞a mm/min且电流＞b A且电流梯度＜-c A/s时，控制***向送丝角度调节机构输出控制信号，启动调节功能，每调节1次送丝嘴角度增大d°直至电流梯度≥-c A/s。
如图1所示，本发明采用闭环反馈控制***保证焊丝端头与熔池紧密贴合，防止焊接过程飞溅和大滴过渡。流程控制原理：开始，电流信号传递给电流信号检测***，送丝速度信号传递给送丝速度反馈***；上述两***将两种信号传递给计算机控制***；计算机控制***根据设定计算模型进行送丝速度、电流信号、电流信号梯度的判断；当送丝速度＞a mm/min且电流信号＞b A且电流信号梯度＜-c A/s时，控制***向送丝角度调节机构输出控制信号，启动调节功能，每调节1次送丝嘴角度增大d°电流信号梯度≥-c A/s。
如图2所示，为本发明保证焊丝端头与熔池紧密贴合的送丝角度调节机构。送丝角度调节机构由送丝嘴1、焊丝2、圆弧形齿条3、带齿轮微型电机4、固定支架5、连接装置6组成。图中7为焊枪，8为焊枪喷嘴，9为试板，10为焊缝，11为焊接熔池。送丝嘴1和支架5通过可自由转动的转轴连接。圆弧形齿条3可沿固定支架5上的固定轴周向滑动。
实施例1
(1)对于送丝嘴与焊接工件之间无直流电源的情况，首先在送丝嘴与焊接工件之间安装直流电源，电源电压为220V±10V，电流范围0～250A；若送丝嘴与焊接工件之间有热丝电源，可以使用热丝电源获得送丝嘴与焊接工件之间的电流信号。
(2)从直流电源输出端口或利用霍尔传感器获得实时电流信号，将实时电流信号传输给计算机控制***；
(3)从送丝机输出端口获得送丝速度实时信号，将送丝速度信号传输出给计算机控制***；
(4)在焊枪上安装送丝角度调节机构，送丝角度调节机构由送丝嘴1、焊丝2、圆弧形齿条3、带齿轮微型电机4、固定支架5、连接装置6组成。带齿轮微型电机受计算控制***控制，计算机控制***每输出1次信号带齿轮微型电机顺时针转动d°。
(5)在工业计算机上安装保证送丝稳定进入熔池的专用控制***软件，调试***，检测电流信号、电流信号梯度、送丝信号是否正常；检测控制***能否正常控制带齿轮微型电机4。
(6)进行焊接调试，确定计算模型参数a、b、c、d的值，优选地a＝0.3、b＝5、c＝5、d＝0.5。计算模型参数确定后，***调试完毕；后续焊接时，启动保证送丝稳定进入熔池控制***即可保证焊丝端头与熔池贴合。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种保证送丝稳定进入熔池的装置，其特征在于,包括电流信号检测***、送丝速度反馈***、送丝角度调节机构、计算机控制***，其中：
电流信号检测***，检测送丝嘴与焊接工件之间的电流信号，将电流信号传输给计算机控制***；其中，送丝嘴与焊接工件间施加有直流电信号；
送丝速度反馈***，实时检测送丝嘴的送丝速度，反馈至计算机控制***；
送丝角度调节机构，调整送丝嘴角度，调整角度大小由计算机控制***根据电流信号、电流信号梯度、送丝速度信号按设定模型运算确定；
计算机控制***，接收电流信号、送丝速度实时数值，根据外部指令选择运算模型，计算得到电流梯度，进而得到控制信号并送至送丝角度调节机构，完成送丝嘴角度调整。
2.根据权利要求1所述的一种保证送丝稳定进入熔池的装置，其特征在于：所述的送丝嘴与工件之间施加的直流电信号采用直流电源或者商用热丝电源，电源电压220V±10V，电流值0～250A。
3.根据权利要求1或2所述的一种保证送丝稳定进入熔池的装置，其特征在于：所述的电流信号检测***通过霍尔传感器或电源输出端口检测送丝嘴与焊接工件之间的电流信号，当送丝速度≤a mm/min时，计算机控制***不进行送丝嘴角度调控。
4.根据权利要求3所述的一种保证送丝稳定进入熔池的装置，其特征在于：所述的速度送丝＞a mm/min且电流＞b A且电流梯度＜-c A/s时，送丝角度调节机构启动，每调节1次送丝嘴角度增大d°直至电流梯度≥-c A/s。
5.根据权利要求4所述的一种保证送丝稳定进入熔池的装置，其特征在于：所述的a＝0.3、b＝5、c＝5、d＝0.5。
6.根据权利要求5所述的一种保证送丝稳定进入熔池的装置，其特征在于：送丝角度调节机构的角度调节范围5～45°。
7.根据权利要求6所述的一种保证送丝稳定进入熔池的装置，其特征在于：所述的送丝角度调节机构包括圆弧形齿条3、带齿轮微型电机4、固定支架5、连接装置6，圆弧形齿条3一端与送丝嘴连接，另一端与固定支架5转轴连接，固定支架5一端与送丝嘴转轴连接，另一端与连接装置6连接，连接装置6与焊枪7连接，带齿轮微型电机4固定在固定支架5上，能够带动圆弧形齿条3沿固定支架5上的固定轴周向滑动。
8.一种保证送丝稳定进入熔池的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)在送丝嘴与焊接工件之间安装直流电源或采用商用热丝电源，在送丝嘴部位安装送丝角度调节机构，通过霍尔传感器或电源输出端口实时采集电流信号后传输给计算机控制***；
(2)实时检测焊接送丝速度，送至计算机控制***；
(3)根据电流信号、送丝速度按设定模型运算确定电流信号梯度，进而得到控制信号至送丝角度调节机构；
(4)根据控制信号使用送丝角度调节机构调整送丝嘴角度。
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