CN111266026A - 一种气体保护焊用混合气体自动配比器及其配比方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种气体保护焊用混合气体自动配比器及其配比方法。所述配比器包括气源1、气源2、减压装置1、减压装置2、压力变送器装置1、压力变送器装置2、电磁阀1、电磁阀2、SMC涡街流量计1、SMC涡街流量计2、PLC控制***、气体分析仪和混合器缓冲罐；本发明可以保障两种混合气体混配误差精度始≦1％；输入输出混合气体压力及两种气体混合比例随时在线调节；用户可通过控制器触摸式液晶显示屏进行压力及混合比精确的百分比无级调节；本发明气体混合过程高效安全.该设备内置的等压调节装置确保气体混配精度不受入口压力变化的影响，气体取用响应速度快。

Description

一种气体保护焊用混合气体自动配比器及其配比方法

技术领域

本发明涉及气体保护焊接技术领域，是一种气体保护焊用混合气体自动配比器及其配比方法。

背景技术

混合气体作为焊接过程中的保护气体使用越来越广泛。在智能自动化的高速发展的制造业，气体保护焊已经逐渐取代焊条电弧焊。而单纯的CO2或者单纯的Ar作为保护气体已不能满足现在越来越复杂的工艺及材料的焊接需求。混合气体保护焊无论在焊缝的外观成形、焊焊接接头质量、熔深熔宽、焊接速度、焊接飞溅、焊接电弧的稳定性均比单纯的CO₂或者单纯的Ar气体保护焊有大幅提升。目前随着我国焊接技术水平和自动化水平的提高以及各行业对焊接质量要求及焊接效率的日益提高，使得混合气体保护焊的应用范围不断扩大。

截止目前，市场上应用普遍的是传统的机械手工调节气体混合配比器，该类型配比器没有数字显示，精确度低，气体混合比例不够均匀，严重影响焊接质量。众所周知，±1.0％的混合气体比例差异都会导致焊接过程中焊接电弧的稳定性、焊接熔滴过渡形式、焊接飞溅量、焊缝成形及焊接接头质量。所以，高精度混合气体比例控制及保护气体混合均匀将是保证混合气体保护焊高质量焊接的重要因素。

随着我国工业化进程的持续推进，高效高质制造和智能制造的兴起，混合气体保护焊对高精度混合气体配比技术的需求会愈加明显，因此，对混合气体配比技术进行深入研究，开发高精度、数字显示、混合均匀的混合气体配比器工程应用意义重大。

发明内容

本发明为实现气体保护焊接混合气体自动配比，本发明提供了一种气体保护焊用混合气体自动配比器及其配比方法，本发明提供了以下技术方案：

一种气体保护焊用混合气体自动配比器，所述配比器包括气源1、气源2、减压装置1、减压装置2、压力变送器装置1、压力变送器装置2、电磁阀1、电磁阀2、SMC涡街流量计1、SMC涡街流量计2、PLC控制***、气体分析仪和混合器缓冲罐；

所述气源1连接减压装置1，减压装置1连接压力变送器装置1，压力变送器装置1连接电磁阀1，电磁阀1连接SMC涡街流量计1，SMC涡街流量计1连接混合器缓冲罐；

所述气源2连接减压装置2，减压装置2连接压力变送器装置2，压力变送器装置2连接电磁阀2，电磁阀2连接SMC涡街流量计2，SMC涡街流量计2连接混合器缓冲罐；

所述气体分析仪与PLC控制***建立通信连接，所述气体分析仪连接混合器缓冲罐；PLC控制***的控制信号输出端连接电磁阀1和电磁阀2，所述压力变送器装置1和压力变送器装置2的数据信号输出端连接PLC控制***；SMC涡街流量计1和SMC涡街流量计2的数据信号输出端连接PLC控制***。

优选地，所述配比器还包括快速接头，所述SMC涡街流量计1和SMC涡街流量计2均通过快速接头连接混合器缓冲罐。

优选地，所述PLC控制***采用西门子PLC200系列224CPU。

优选地，所述PLC控制***集成proface触控一体显示屏。

一种气体保护焊用混合气体自动配比方法，包括以下步骤：

步骤1：进入混配控制阶段；

步骤2：进入混气比例控制段，将电磁阀1和2打开，采用SMC涡街流量计对流出气体进行计量，当计量值与需输入气体量相等时，自动切断对应气路的电磁阀；

步骤3：进行检测反馈补偿，完成混气。

优选地，所述步骤1具体为：

步骤1.1：将两种混合气体分别从气源1和气源2输出后经减压装置降压至设定压力后，PLC控制***控制电磁阀开关控制流入混合器缓冲气罐；

步骤1.2：通过SMC涡街流量计分别检测两种混合气体的流量，采用热导气体分析仪对混合器缓冲气罐中的一种气体含量进行分析，并将分析结果传送给PLC控制***，PLC控制***根据当前混合罐压力与设定压力进行比较，根据比较结果及预设的气体百分比确定需要输入的两种混合气体的量。

优选地，所述步骤3具体为：

根据气体分析仪对一种气体比例进行判断，当比例偏差在1％的范围内时，则不进行反馈补偿；当超过偏差1％时，则打开所述一种气体或另外一种气体的所在的电磁阀，根据偏差范围再次补偿气体量，进行反馈补偿调节，从而使储气罐中的混合气中该气体的比例达到允许误差范围内，待焊接使用。

优选地，通过下式确定设定压力：

根据理想气体状态方程，确定气源压力与控制压力的关系，通过下式表示所述关系：

P_s×△V ＝△P×V_D (1)

其中，P_s为气源气压；△P为当前压力P_pp与控制压力P_pc之差；△V为需输入的气体流量；V_D为混合气储气罐体积；

由于混合气罐中需输入的气体流量△V包括两种混合气体部分，而压力差为P_pp与P_pc之差，可得：

Ps×(△V₁ +△V₂)＝(P₀ + P₁)×V_D (2)

且两种混合气体在储气罐中的百分比满足下式：

θ₁+θ₂＝1 (3)

其中，θ₁为一种混合气体的百分比_，θ₂为另一种混合气体的百分比；

根据式(1)至式(3)确定在气体比例混合阶段需要注入两种气体的量△V₁与△V₂。

本发明具有以下有益效果：

本发明采用体积方程混合原理,根据比例阀锥度互为线性的关系，同步改变两种混合气体体积，实现两种混合气体比例精确变化；本发明可以保障两种混合气体混配误差精度始≦1％；输入输出混合气体压力及两种气体混合比例随时在线调节；用户可通过控制器触摸式液晶显示屏进行压力及混合比精确的百分比无级调节；本发明气体混合过程高效安全.该设备内置的等压调节装置确保气体混配精度不受入口压力变化的影响，气体取用响应速度快；设备面板带锁定功能，避免设定值被意外更改，需要更改数据需长按锁定键，才可以进行下一步操作；本发明具有数字显示功能，更加直观；本发明具有在线快速加热气体功能，保证CO2中没有水分干扰；本发明设计了缓冲罐。混合气体进入缓冲罐后进行充分混合，再进行输入，保证气体获得最佳的混合效果。

附图说明

图1是气体保护焊用混合气体自动配比器结构图；

图2是气体保护焊用混合气体自动配比方法流程图；

图3是气体比例混配阶段控制流程图；

图4是检测反馈补偿阶段控制流程图；

图5是气体保护焊用混合气体配比器实物图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。

具体实施例一：

根据图1和图5所示，本发明提供一种气体保护焊用混合气体自动配比器，所述配比器包括气源1、气源2、减压装置1、减压装置2、压力变送器装置1、压力变送器装置2、电磁阀1、电磁阀2、SMC涡街流量计1、SMC涡街流量计2、PLC控制***、气体分析仪和混合器缓冲罐；

所述气源1连接减压装置1，减压装置1连接压力变送器装置1，压力变送器装置1连接电磁阀1，电磁阀1连接SMC涡街流量计1，SMC涡街流量计1连接混合器缓冲罐；

所述气源2连接减压装置2，减压装置2连接压力变送器装置2，压力变送器装置2连接电磁阀2，电磁阀2连接SMC涡街流量计2，SMC涡街流量计2连接混合器缓冲罐；

所述气体分析仪与PLC控制***建立通信连接，所述气体分析仪连接混合器缓冲罐；PLC控制***的控制信号输出端连接电磁阀1和电磁阀2，所述压力变送器装置1和压力变送器装置2的数据信号输出端连接PLC控制***；SMC涡街流量计1和SMC涡街流量计2的数据信号输出端连接PLC控制***。所述配比器还包括快速接头，所述SMC涡街流量计1和SMC涡街流量计2均通过快速接头连接混合器缓冲罐。所述PLC控制***采用西门子PLC200系列224CPU。所述PLC控制***集成proface触控一体显示屏。PLC完成数据的采集和记录、外部IO的控制。触摸屏混合气体流量控制和显示

具体实施例二：

根据图2至图4所示，本发明提供一种气体保护焊用混合气体自动配比方法，包括以下步骤：

步骤1：进入混配控制阶段；

所述步骤1具体为：

步骤1.1：将两种混合气体分别从气源1和气源2输出后经减压装置降压至设定压力后，PLC控制***控制电磁阀开关控制流入混合器缓冲气罐；

步骤1.2：通过SMC涡街流量计分别检测两种混合气体的流量，采用热导气体分析仪对混合器缓冲气罐中的一种气体含量进行分析，并将分析结果传送给PLC控制***，PLC控制***根据当前混合罐压力与设定压力进行比较，根据比较结果及预设的气体百分比确定需要输入的两种混合气体的量。

通过下式确定设定压力：

根据理想气体状态方程，确定气源压力与控制压力的关系，通过下式表示所述关系：

P_s×△V ＝△P×V_D (1)

其中，P_s为气源气压；△P为当前压力与控制压力之差；△V为需输入的气体流量；V_D为混合气储气罐体积；

由于混合气罐中需输入的气体流量△V包括两种混合气体部分，而压力差为P_pp与P_pc之差，可得：

Ps×(△V₁ +△V₂)＝(P₀ + P₁)×V_D (2)

且两种混合气体在储气罐中的百分比满足下式：

θ₁+θ₂＝1 (3)

其中，θ₁为一种混合气体的百分比_，θ₂为另一种混合气体的百分比；

根据式(1)至式(3)确定在气体比例混合阶段需要注入两种气体的量△V₁与△V₂。

步骤2：进入混气比例控制段，将电磁阀1和2打开，采用SMC涡街流量计对流出气体进行计量，当计量值与需输入气体量相等时，自动切断对应气路的电磁阀；

步骤3：进行检测反馈补偿，完成混气。

所述步骤3具体为：

根据气体分析仪对一种气体比例进行判断，当比例偏差在1％的范围内时，则不进行反馈补偿；当超过偏差1％时，则打开所述一种气体或另外一种气体的所在的电磁阀，根据偏差范围再次补偿气体量，进行反馈补偿调节，从而使储气罐中的混合气中该气体的比例达到允许误差范围内，待焊接使用。

以上所述仅是一种气体保护焊用混合气体自动配比器及其配比方法的优选实施方式，一种气体保护焊用混合气体自动配比器及其配比方法的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种气体保护焊用混合气体自动配比器，其特征是：所述配比器包括气源1、气源2、减压装置1、减压装置2、压力变送器装置1、压力变送器装置2、电磁阀1、电磁阀2、SMC涡街流量计1、SMC涡街流量计2、PLC控制***、气体分析仪和混合器缓冲罐；

所述气源1连接减压装置1，减压装置1连接压力变送器装置1，压力变送器装置1连接电磁阀1，电磁阀1连接SMC涡街流量计1，SMC涡街流量计1连接混合器缓冲罐；

所述气源2连接减压装置2，减压装置2连接压力变送器装置2，压力变送器装置2连接电磁阀2，电磁阀2连接SMC涡街流量计2，SMC涡街流量计2连接混合器缓冲罐；

所述气体分析仪与PLC控制***建立通信连接，所述气体分析仪连接混合器缓冲罐；PLC控制***的控制信号输出端连接电磁阀1和电磁阀2，所述压力变送器装置1和压力变送器装置2的数据信号输出端连接PLC控制***；SMC涡街流量计1和SMC涡街流量计2的数据信号输出端连接PLC控制***。

2.根据权利要求1所述的一种气体保护焊用混合气体自动配比器，其特征是：所述配比器还包括快速接头，所述SMC涡街流量计1和SMC涡街流量计2均通过快速接头连接混合器缓冲罐。

3.根据权利要求1所述的一种气体保护焊用混合气体自动配比器，其特征是：所述PLC控制***采用西门子PLC200系列224CPU。

4.根据权利要求3所述的一种气体保护焊用混合气体自动配比器，其特征是：所述PLC控制***集成proface触控一体显示屏。

5.一种气体保护焊用混合气体自动配比方法，所述方法基于如权利要求1所述的一种气体保护焊用混合气体自动配比器，其特征是：包括以下步骤：

步骤1：进入混配控制阶段；

步骤2：进入混气比例控制段，将电磁阀1和2打开，采用SMC涡街流量计对流出气体进行计量，当计量值与需输入气体量相等时，自动切断对应气路的电磁阀；

步骤3：进行检测反馈补偿，完成混气。

6.根据权利要求5所述的一种气体保护焊用混合气体自动配比方法，其特征是：所述步骤1具体为：

步骤1.1：将两种混合气体分别从气源1和气源2输出后经减压装置降压至设定压力后，PLC控制***控制电磁阀开关控制流入混合器缓冲气罐；

步骤1.2：通过SMC涡街流量计分别检测两种混合气体的流量，采用热导气体分析仪对混合器缓冲气罐中的一种气体含量进行分析，并将分析结果传送给PLC控制***，PLC控制***根据当前混合罐压力与设定压力进行比较，根据比较结果及预设的气体百分比确定需要输入的两种混合气体的量。

7.根据权利要求5所述的一种气体保护焊用混合气体自动配比方法，其特征是：所述步骤3具体为：

根据气体分析仪对一种气体比例进行判断，当比例偏差在1％的范围内时，则不进行反馈补偿；当超过偏差1％时，则打开所述一种气体或另外一种气体的所在的电磁阀，根据偏差范围再次补偿气体量，进行反馈补偿调节，从而使储气罐中的混合气中该气体的比例达到允许误差范围内，待焊接使用。

8.根据权利要求6所述的一种气体保护焊用混合气体自动配比方法，其特征是：通过下式确定设定压力：

根据理想气体状态方程，确定气源压力与控制压力的关系，通过下式表示所述关系：

P_s×△V＝△P×V_D (1)

其中，P_s为气源气压；△P为当前压力P_pp与控制压力P_pc之差；△V为需输入的气体流量；V_D为混合气储气罐体积；

由于混合气罐中需输入的气体流量△V包括两种混合气体部分，而压力差为P_pp与P_pc之差，可得：

Ps×(△V₁+△V₂)＝(P₀+P₁)×V_D (2)

且两种混合气体在储气罐中的百分比满足下式：

θ₁+θ₂＝1 (3)

其中，θ₁为一种混合气体的百分比，θ₂为另一种混合气体的百分比；

根据式(1)至式(3)确定在气体比例混合阶段需要注入两种气体的量△V₁与△V₂。

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