专利名称：脉冲熔化极气体保护焊熔滴过渡的光谱控制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种脉冲熔化极气体保护焊熔滴过渡的光谱控制法。是属于熔化极气体保护焊过程控制技术。
脉冲熔化极气体保护焊，由于其焊接电流和熔滴过渡的脉动可控性，加之有宽广的电流调节范围，因而成为工业上广泛应用的一种焊接工艺，它具有可控热输入，改善焊接接头性能，焊缝成型好，工艺适应性宽，特别适用于热敏材料和有色金属的焊接等优点。
熔化极气体保护焊的关键技术之一是熔滴过渡的控制方法。对此，目前国内外采用控制的传感信号多数是电信号，这种传感信号不能真实地反映熔滴过程的物理过程，进而也就不能对熔滴过渡进行准确控制，影响焊接质量的提高。近年来出现了一种利用电弧的光强作为控制信号对熔滴过渡进行控制，所利用的光强是混合了多维信息的混合光，非单一光谱，因而其有效信号的强度弱、抗干扰能力差，工艺适应性差，应用范围窄。
本发明的目的，在于提供一种脉冲熔化极气体保护焊熔滴过渡的光谱控制法。该控制法不但可实现一脉一滴控制，而且具有在线调节方便，适应工艺范围广，焊缝成型好的特点。
为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案加以实现的。确定电弧和熔滴的测试截面，利用光谱检测系统，选择特征谱线，再由光电转换器将特征光谱信号转换为足够强度的电信号，经模数转换系统处理后，输入微机处理，输出的控制信号再通过PWM控制器调制，输出驱动脉冲信号，驱动逆变电流的IGBT高压开关管，实施切变电流动作，达到一脉一滴的控制目的。其特征在于1、采集依据熔滴的发生、成长、滴落过程的所显现的光谱脉冲信号；2、在光谱脉冲波形信号的下降段取低于峰值的点对应的控制信号，经反馈后驱动逆变电源高压开关管，将脉冲峰值电流切换至基值电流；3、进行实时采样控制时，通过选取和改变光谱脉冲波形下降段上的不同位置上的点，适当调节电流脉冲的宽度。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明控制系统结构示意图。
图2熔滴过渡过程与光谱信号关系的示意图。
图3本发明的光谱检测系统所测得的脉冲MIG焊光谱信号波形的实例(氩气流量20L／min φ1．2焊丝 干伸长16mm 脉冲频率83Hz)。
图4本发明用不同的焊接规范和采用光谱峰后切换策略进行焊接控制所获得的脉冲MIG焊电流和光谱信号波形的实例(氩气流量20L／min φ1．0焊丝 干伸长16mm Gs=80％)。
图1中1为电弧及熔滴，2为光谱检测系统，3为光电转换器，4为微机系统，5为PWM脉宽调制器，6为逆变焊接电源。
由图1可见，脉冲弧光经光谱检测系统选择特征谱线，得到反映熔滴过渡物理过程的特征光谱信号。此系统主要是从混合光中检测出强度高、抗干扰能力强、反映熔滴过渡的单一光。这种单一光再经光电转换器转换成足够强度的0～5V电信号，这种电信号输入微机系统，进行实时采集、处理与判断，一旦检测到有熔滴发生过渡，微机输出控制信号，通过PWM控制器的脉宽调制作用，输出驱动脉冲信号，驱动逆变电源的IGBT高压开关管，迅速将峰值电流切换到基值电流，这样可以限制脉冲能量的继续增大或积累，实现一次脉冲电流，过渡一个熔滴的目的。
通过图2可知，熔滴的产生、发展和滴落过程所形成的光谱脉冲信号波形。图中(A)～(C)为熔滴生成阶段，对应波形呈上升段，(D)～(E)表示熔滴脱落阶段并滴到与测试面相切，光强达最大，形成波形的极值段。(F)～(H)图，表明熔滴离开测试截面滴到熔池，此时光强由强到弱至最小值，对应波形为下降段。
由图3可见，本发明的检测系统不仅可准确地实时检测到1峰0基的熔滴过渡的光谱信号，而且同样可检测到2峰0基，3峰0基，以及1峰1基的光谱信号，信号品质很高，检测效果很好。
由图4可见，不论是改变峰值电流Ip(图4的a、b、c、d)或者是基值电流Ib(图4的e、f、g、h)时，每个电流峰值期间均对应着一个光谱脉冲，说明均获得了1峰0基的过度，实现了熔滴过渡的一脉一滴的精确控制。若改变脉冲频率，同样可获得1峰0基的精确控制。控制效果很好。
本发明可对脉冲熔化极气体保护焊的熔滴过渡实现稳定可靠的检测和控制，具有控制精度高，在线调节方便，工艺适应性宽，焊接过程稳定，焊缝成型好的特点。它不仅可用于1峰0基的控制，而且，将控制策略累加改变，还可用于2峰0基或3峰0基的熔滴过渡的实时控制，应用范围广。
权利要求
1.一种脉冲熔化极气体保护焊熔滴过渡的光谱控制法，其过程是，确定电弧和熔滴的测试截面，利用光谱检测系统，选择特征谱线，再由光电转换器将特征光谱信号转换为足够强度的电信号，经模数转换系统处理后，输入微机处理，输出的控制信号再通过PWM控制器调制，输出驱动脉冲信号，驱动逆变电流的IGBT高压开关管，实施切变电流动作，达到一脉一滴的控制目的，其特征在于a、采集依据熔滴的发生、成长、滴落过程的所显现的光谱脉冲信号；b、在光谱脉冲波形信号的下降段取低于峰值的点对应的控制信号，经反馈后驱动逆变电源高压开关管，将脉冲峰值电流切换至基值电流；c、进行实时采样控制时，通过选取和改变光谱脉冲波形下降段上的不同位置上的点，适当调节电流脉冲的宽度。
全文摘要
本发明公开了一种脉冲熔化极气体保摘焊熔滴过渡的光谱控制法。该方法过程是,确定电弧和熔滴的测试截面,利用光谱检测系统,选择特征谱线,再由光电转换器将特征光谱信号转换为足够强度的电信号,经模数转换系统处理后,输入微机处理,输出的控制信号再通过PWM控制器调制,输出驱动脉冲信号,驱动逆变电流的IGBT高压开关管,实施切变电流动作,达到一脉一滴的控制目的。本发明控制精度高,在线调节方便,工艺适应性宽,不仅可用于1峰0基的控制,还可用于2峰0基或3峰0基的熔滴过渡的控制。
文档编号G01N21/67GK1291534SQ0013156
公开日2001年4月18日 申请日期2000年10月27日 优先权日2000年10月27日
发明者李俊岳, 李桓, 胡胜钢, 杨立军, 柳刚, 韩国明, 杨运强, 张晓囡 申请人:天津大学