专利名称：气体保护钨极氩弧焊自动控制系统转接器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种焊接技术领域的装置，具体是一种气体保护钨极氩弧焊(GTAW) 自动控制系统转接器。
背景技术：
目前，工业生产中使用的焊机多数采用手动控制方式。随着焊接技术的发展， 迫切需要使用计算机等智能设备来对焊接过程进行自动控制。通常使用计算机对 焊接过程进行自动控制，需要使用数据采集卡或者使用计算机的I/O 口与焊接电 源连接后通过编程对焊接过程进行控制与检测。由于焊接过程中存在高频、高压 等干扰，若将计算机直接与焊接电源连接，将会对计算机造成巨大损害。所以需 要设计一个转接电路将计算机与焊接电源进行连接以便对焊接过程进行有效控 制。
经过对现有技术文献检索发现，方勇等人发表在《电焊机》(2003， Vo132， No. 6: 9 13)上的"双面自动TIG立焊过程微机控制"，该文中介绍了一种控制 系统，该系统中的焊接过程控制部分主要包括脉冲电流的设定及送丝速度控制系 统两部分构成。通过对手控盒的改造将计算机连接到手控盒上完成对脉冲焊接电 流的控制。采用一个电枢电压负反馈系统完成对送丝速度的控制功能。但是，该 系统只能对脉冲焊接过程进行自动控制，不能对交流焊接过程进行控制，并且该 系统不具备起弧过程控制功能，仍需要对起弧过程进行手动控制。另外，该系统 不具备焊接过程状态自动检测功能，不能实时检测焊接过程状态，因此不能对焊 接过程进行有效控制。该系统将手动控制电路彻底去除，在需要手动焊接时需要 重新将该系统的线路改造回去，使用极不方便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种气体保护鹆极氩弧焊焊 接自动控制系统转接器，使其通过对焊机手控盒的改造及对焊接电源焊接状态检 测端子的应用，并设计相应的电路，实现GTAW焊接过程手动控制与计算机自动控 制的功能。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括焊接电源接口电路、手动 控制电路，自动控制电路、计算机接口电路、第一切换开关、第二切换开关、第 三切换开关，其中
所述手动控制电路，包括手动焊接电流控制电路、手动送丝控制电路、起 弧开关，手动焊接电流控制电路和第一切换开关的一个选择端，手动送丝控制电 路和第二切换开关的一个选择端相连，起弧开关与第三切换开关的一个选择端相 连；
所述焊接电源接口电路包括第一航空插头、第二航空插头、第三航空插头、 第四航空插头，第一航空插头一端与焊接电源上4芯焊接电流控制插座相连，另 一端与第一切换开关的公共端相连，第二航空插头一端与焊接电源上6芯送丝控 制插座相连，另一端与第二切换开关的公共端相连，第三航空插头一端与焊接电 源上起弧开关插座相连，另一端与第三切换开关的公共端相连，第四航空插头一
端与焊接电源提供的用于检测焊接过程的端子台上的WCR信号端子和脉冲信号端 子相连，另一端与自动控制电路相连；
所述自动控制电路，包括电流自动控制电路、送丝速度控制电路、起弧自
动控制电路、焊接状态检测电路，电流自动控制电路和第一切换开关的另一个选 择端及计算机接口电路相连，送丝速度控制电路和第二切换开关的另一个选择端 及计算机接口电路相连，起弧自动控制电路和第三切换开关的另一个选择端及计 算机接口电路相连，焊接状态检测电路和第四航空插头及计算机接口电路相连。
所述第一航空插头包括4芯航空插头，第1芯的输出端与焊接电源上对应的4 芯焊接电流控制插座的+ 15V输出端相连，第1芯的输入端与手动焊接电流控制电 路相连，第2芯的输出端与自动控制电路的电流自动控制电路相连，第2芯的输 入端与第一切换开关相连，第3芯的输出端与自动控制电路的电流自动控制电路 相连，第3芯的输入端与第一切换开关相连，第4芯的输出端与焊接电源上对应 的4芯焊接电流控制插座的COM端相连，第4芯的输入端与第一切换开关相连。
所述第二航空插头包括6芯航空插头，第1芯的输出端与焊接电源上6芯送丝控制插座的送丝手动控制端相连，第1芯的输入端与手动焊接送丝控制电路相 连，第2芯的输出端与焊接电源上六芯送丝控制插座的另一送丝控制端相连，第2 芯的输入端与手动焊接送丝控制电路相连，第3芯的输出端与焊接电源上对应的 六芯送丝控制插座的退丝控制端相连，输入端与手动焊接送丝控制电路相连，第4 芯的输出端与焊接电源上对应的六芯送丝控制插座的+ 15V输出端相连，第4芯的 输入端与手动焊接送丝控制电路相连，第5芯与焊接电源上六芯送丝控制插座的 送丝速度控制端相连，第5芯输入端与手动焊接送丝控制电路相连，第6芯与焊 接电源上六芯送丝控制插座的C0M端相连，输入端与手动焊接送丝控制电路相连。 所述第三航空插头包括2芯航空插头，第1芯的输出端与焊接电源上对应的 起弧开关插座的一芯相连，第1芯的输入端与第三切换开关相连，第2芯的输出 端与焊接电源上对应的起弧开关插座的另一芯相连，第2芯的输入端与第三切换 开关相连。
所述第四航空插头包括4芯航空插头，第1芯输出端与焊接电源提供的用于 检测焊接过程的端子台上的WCR信号端子的一端相连，输入端与第二个电源的+ 5V相连，第2芯的输出端与焊接电源提供的用于检测焊接过程的端子台上的WCR 信号端子的另一端相连，输入端与自动控制电路中的焊接状态检测电路相连，第3 芯输出端与焊接电源提供的用于检测焊接过程的端子台上的脉冲检测信号端子的 正输入端相连，输入端与第二个电源的+ 5V相连，第4芯的输出端与焊接电源提 供的用于检测焊接过程的端子台上的脉冲检测信号端子的负输入端相连，输入端 与自动控制电路中焊接状态检测电路相连。
所述手动焊接电流控制电路，包括电位器RW1、电位器RW2，其中电位器RW1、 RW2均包括两个端口，电位器RW1的第2端口、电位器RW2的第2端口与第一航空 插头的第1芯输入端相连，电位器RW1的第1端口、电位器RW2的第1端口、电 位器RW1的第3端口、电位器RW2的第3端口均与第一切换开关相连。
所述手动送丝控制电路，包括触点开关S1、触点开关S2及电位器RW3，触点 开关Sl的一端与第二航空插头的第1芯的输入端相连，另一端与触点开关S2及 第二航空插头的第2芯输入端相连，电位器RW3包括两个端口，第l端口与第二 切换开关相连，第2端口与第二航空插头第4芯的输入端相连，第3端口与第二.切换开关相连。
所述起弧开关为一触点开关，它的一端与第三切换开关的第2端口相连，另 一端与第三切换开关的第5端口相连。
所述电流自动控制电路，由基值电流控制电路和峰值电流控制电路构成，分 别控制基值电流与峰值电流大小，基值电流控制电路包括由放大器A2，电阻R2、 R5，电容C2组成的滤波保持电路及由放大器A1，电阻R1、 R3、 R4，电容Cl组成 的滤波放大电路，其中R5—端接计算机接口电路的第2端口，另一端与电容C2 相连后接放大器A2的正输入端，电容C2的另一端接地，放大器A2的负输入端接 电阻R2，电阻R2的另一端与放大器A2的输出端相连后接电阻R4， R4与电容C1 相连后接放大器A1的正输入端，电容C1的另一端接地，放大器A1的负输入端与 电阻R3、 R1相连后接A1的输出端，Al的输出端接第一切换开关；峰值电流控制 电路的构成与基值电流控制电路相同，由A4、 R7、 RIO， C4组成的滤波保持电路 及由A3、 R6、 R8、 R9、 C3组成的滤波放大电路组成，其中R10—端接计算机接口 电路的第3端口，另一端与电容C4相连后接放大器A4的正输入端，电容C4的另 一端接地，放大器A4的负输入端接电阻R7，电阻R7的另一端与A4输出端相连后 接电阻R9， R9与电容C3相连后接放大器A3的正输入端，电容C3的另一端接地， 放大器A3的负输入端与电阻R8、 R6相连后接A3的输出端，A3的输出端接第一切 换开关。
所述送丝速度自动控制电路，用于提供焊接时送丝速度信号，由一个运算放 大电路构成，包括放大器A6，电阻R12、 R15，电容C6组成的滤波保持电路及由 放大器A5，电阻Rll、 R13、 R14，电容C5组成的滤波放大电路，其中R15—端接 计算机接口电路的第4端口，另一端与电容C6相连后接放大器A6的正输入端， 电容C6的另一端接地，放大器A6的负输入端接电阻R12，电阻R12的另一端与输 出端相连后接电阻R14， R14与电容C5相连后接放大器A5的正输入端，电容C5 的另一端接地，放大器A5的负输入端与电阻R13、 R11相连后接A5的输出端，A5 的输出端接第二切换开关。
所述起弧自动控制电路，用于自动焊接时进行自动起弧，由继电器K1、达林 顿光耦U1、 二极管D1、电阻R16组成，其中电阻R16的一端接计算机接口电路的.
第6端口，另一端接达林顿光耦Ul的1脚，达林顿光耦Ul的2脚接计算机接口 电路的第7端口，达林顿光耦U1的5脚接+ 12V电源，4脚接二极管D1的阴极及 继电器K1的输入端，二极管D1的阳极与继电器K1的另一个输入端及地相连，继 电器K1与第三切换开关相连。
所述焊接状态检测电路，用于检测自动焊接时焊接状态，由光耦U2、 U3、电 阻R17、 R18、 R19、 R20组成，电阻R18的一端接地，另一端接计算机接口电路的 第9端口及光耦U2的4脚，U2的3脚接+ 5V电源，U2的2脚接地，U2的1脚接 电阻R17， R17的另一端接第四航空插头第2芯的输入端，电阻R20的一端接地， 另一端接计算机接口电路的第10端口及光耦U3的4脚，U3的3脚接+5V电源， U3的2脚接地，U3的1脚接电阻R19， R19的另一端接第四航空插头第4芯的输 入端。
所述第一切换开关，用于切换自动焊接与手动焊接时的焊接电流控制电路， 第一切换开关包括9个端口，第l端口与第一航空插头的2芯相连，第2端口与 手动焊接电流控制电路中电位器RW1的第3端口相连，第3端口与自动电流控制 电路中放大器A1的输出端相连，第4端口第一航空插头的3芯相连，第5端口与 手动焊接电流控制电路中电位器RW2的第3端口相连，第6端口与自动电流控制 电路中放大器A3的输出端相连，第7端口与第一航空插头的第4芯相连，第8端 口接手动焊接电流控制电路中电位器RW2的第1端口，第9端口接地；
所述第二切换开关，用于控制送丝速度控制电路，第二切换开关包括6个端 口，第1端口接第二航空插头的第5芯，第2端口接手动送丝控制电路中电位器 RW3的第3端口，第3端口接送丝速度自动控制电路中放大器A5的输出端，第4 端口接第二航空插头的第6芯，第5端口接手动送丝控制电路中电位器RW3的第1 端口，第6端口接地；
所述第三切换开关，用于控制起弧自动控制电路，第三切换开关包括6个端 口，第l端口接第三航空插头的第l芯，第2端口接起弧开关1的一端，第3端 口接起弧自动控制电路中电位器K1的输出端，第4端口接第三航空插头的第2芯， 第5端口接起弧开关的另一端，第6端口接起弧自动控制电路中电位器K1输出端 的另一端。
所述计算机接口电路采用RS232-C接口，包括10个端口，其中第l端口的一 端接地，另一端接计算机数据采集卡的模拟地，第2端口的一端接电流自动控制 电路中的电阻R5，另一端接数据采集卡的一个模拟量输出端，第3端口的一端接 电流自动控制电路中的电阻RIO，另一端接数据采集卡的一个模拟量输出端，第4 端口的一端接接送丝自动控制电路中的电阻R15，另一端接数据采集卡的一个模拟 量输出端，第5端口的一端接地，另一端接数据采集卡的模拟地，第6端口的一 端接起弧自动控制电路中的电阻R16，另一端接数据采集卡的一个数字输出，第7 端口一端接起弧自动控制电路中的光耦U1的2脚，另一端接数据采集卡的数字地， 第8端口一端接地，另一端接数据采集卡的数字地，第9端口一端接焊接状态检 测电路中光耦U2的第4脚，另一端接数据采集卡的一个模拟输入端，第10端口 的一端接焊接状态检测电路中光耦U3的第4脚，另一端接数据采集卡的一个模拟 输入端。
本发明工作时，当第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关都切换至手 动焊接状态时，由手动控制电路对焊接过程进行手动控制，通过手动焊接电流控 制电路对焊接电流进行控制，此时，由焊接电源对手动焊接电流控制电路中的电 位器RW1、 RW2提供电压，由电位器RW1、 RW2将该电压调节后压反馈给焊接电源， 调节的电压大小正比于焊接电流的大小，借此对焊接电源的电流进行控制。脉冲 焊接时，电位器RW1反馈的电压用以控制脉冲焊接峰值电流，电位器RW2反馈的 电压用以控制脉冲焊接基值电流；交流焊接时，电位器RW2反馈的电压用以控制 交流焊接电流，通过手动送丝控制电路对送丝速度进行控制，由焊接电源的送丝 机控制箱对手动送丝控制电路的电位器RW3提供电压，由电位器R3将该电压调节 后反馈给送丝机控制箱，调节的电压的大小正比于送死速度的大小，借以对送丝 速度进行控制，触点开关Sl用于送丝操作，触点开关S2用于退丝操作，通过起 弧开关对焊接起弧息弧过程进行控制，开关的一个闭合/开启动作完成起弧或者息 弧的过程。
当第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关都切换至自动焊接状态时， 由计算机通过自动控制电路对焊接过程进行计算机自动控制，通过电流自动控制 电路对焊接电流进行自动控制，由计算机数据采集卡的模拟量输出端输出一个模
拟电压，经电流自动控制电路进行放大滤波后的电压后提供给焊接电源的焊接电 流控制输入端，电流自动控制电路由两个相同的滤波放大电路组成，分别连接两 路计算机数据采集卡的两个模拟量输出端，经滤波放大后变为两个电压，分别用 于控制脉冲焊接时的峰值电流与基值电流，交流焊接时，通过基值电流控制电路 控制交流焊接电流的大小，峰值电流控制电路不起作用。焊接过程中，可以实时 调整数据采集卡的模拟量输出端输出电压值，即可以实现计算机对焊接电流(基 值电流、峰值电流)的大小进行自动控制，通过送丝速度自动控制电路对送丝速 度进行自动控制，由于对送丝速度进行控制与焊接电流控制一样需要相同的电压， 所以送丝速度自动控制电路与电流自动控制电路采取相同的形式，由计算机数据 采集卡提供一个模拟量输出，经送丝速度自动控制电路滤波放大后输出给送丝机 控制箱的送丝速度控制端，即可对送丝速度的大小进行控制。焊接过程中，实时 调整数据采集卡模拟量输出端的输出电压值，即可实现计算机对送丝速度大小的 实时控制。通过起弧自动控制电路对起弧/息弧过程进行自动控制，由计算机输出 一个高电平给达林顿光耦U1，由达林顿光耦U1驱动继电器K1闭合，起弧成功后 计算机再输出一个低电平给达林顿光耦U1开启继电器K1以完成起弧过程，息弧 时同样由计算机输出一个高低电平使继电器Kl完成一个闭合/开启过程以实现息 弧操作。通过焊接过程检测电路完成对焊接过程状态的自动检测，焊接电源提供 了一个供检测焊接过程状态的接线端子，该接线端子提供了一系列的开关信号实 时反映焊接过程状态，当起弧成功后WCR端子闭合，脉冲期间脉冲检测端子闭合， 利用这两个开关信号实现对起弧成功与否以及脉冲的实时检测，利用焊接过程状 态检测电路将这两个开关信号转换为高低电平信号后输出给计算机，当计算机检 测到高电平时表示起弧成功或脉冲到来，当检测到低电平时表示未起弧或没有脉 冲的状态。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果本发明满足了计算机对焊机进 行自动控制的需求，本发明实现了对脉冲焊接、交流焊接电流大小及送丝速度大 小的自动、手动控制，实现对焊接过程状态的检测；通过本发明，也可以在焊接 过程中实时调整焊接电流及送丝速度的大小，并实时得到GTAW过程中的起弧、息 弧、脉冲到来等焊接过程状态信息，实现对焊接过程的有效自动控制。
图l是本发明的结构框图2是本发明的手动焊接电流控制电路及第一切换开关的电路原理图3是本发明的手动送丝控制电路及第二切换开关的电路原理图4是本发明的起弧开关及第三切换开关的电路原理图5是本发明的电流自动控制电路的电路原理图6是本发明的送丝速度自动控制电路的电路原理图7是本发明的起弧自动控制电路的电路原理图8是本发明的焊接状态检测电路的电路原理图。
具体实施例方式
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。
如图1所示，本实施例包括焊接电源接口电路l、手动控制电路2，自动控 制电路3、计算机接口电路4、第一切换开关12、第二切换开关13、第三切换开 关14，其中
所述手动控制电路2，包括手动焊接电流控制电路19、手动送丝控制电路 10、起弧开关11，手动焊接电流控制电路19和第一切换开关12的一个选择端相 连，手动送丝控制电路10和第二切换开关13的一个选择端相连，起弧开关ll与
第三切换开关14的一个选择端相连；
所述焊接电源接口电路l包括第一航空插头20、第二航空插头21、第三航 空插头22、第四航空插头23，第一航空插头20—端与焊接电源上4芯焊接电流 控制插座相连，另一端与第一切换开关12的公共端相连，第二航空插头21 —端 与焊接电源上6芯送丝控制插座相连，另一端与第二切换开关13的公共端相连， 第三航空插头22 —端与焊接电源上起弧开关插座相连，另一端与第三切换开关14 的公共端相连，第四航空插头23 —端与焊接电源提供的用于检测焊接过程的端子 台上的WCR信号端子和脉冲信号端子相连，另一端与自动控制电路3相连；
所述自动控制电路3，包括电流自动控制电路15、送丝速度控制电路16、
起弧自动控制电路17、焊接状态检测电路18，电流自动控制电路15和第一切换 开关12的另一个选择端及计算机接口电路4相连，送丝速度控制电路16和第二 切换开关13的另一个选择端及计算机接口电路4相连，起弧自动控制电路17和 第三切换开关14的另一个选择端及计算机接口电路4相连，焊接状态检测电路18 和第四航空插头23及计算机接口电路4相连。
所述第一航空插头20包括4芯航空插头，第1芯的输出端与焊接电源上对应 的4芯焊接电流控制插座的+ 15V输出端相连，第1芯的输入端与手动焊接电流控 制电路19相连，第2芯的输出端与自动控制电路3的电流自动控制电路15相连， 第2芯的输入端与第一切换开关相连，第3芯的输出端与自动控制电路3的电流 自动控制电路15相连，第3芯的输出端与第一切换开关相连，第4芯的输出端与 焊接电源上对应的4芯焊接电流控制插座的COM端相连，第4芯的输出端与第一 切换开关相连。
所述第二航空插头21包括6芯航空插头，第1芯的输出端与焊接电源上6芯 送丝控制插座的送丝手动控制端相连，第1芯的输入端与手动焊接送丝控制电路 10相连，第2芯的输出端与焊接电源上六芯送丝控制插座的另一送丝控制端相连， 第2芯的输入端与手动焊接送丝控制电路10相连，第3芯的输入端与焊接电源上 对应的六芯送丝控制插座的退丝控制端相连，输出端与手动焊接送丝控制电路10 相连，第4芯的输出端与焊接电源上对应的六芯送丝控制插座的+ 15V输出端相 连，第4芯的输入端与手动焊接送丝控制电路10相连，第5芯与焊接电源上六芯 送丝控制插座的送丝速度控制端相连，第5芯输入端与手动焊接送丝控制电路10 相连，第6芯与焊接电源上六芯送丝控制插座的COM端相连，输入端与手动焊接 送丝控制电路IO相连。
所述第三航空插头22包括2芯航空插头，第1芯的输出端与焊接电源上的起 弧开关插座的一芯相连，第1芯的输入端与第三切换开关14相连，第2芯的输出 端与焊接电源上的起弧开关插座的另一芯相连，第2芯的输入端与第三切换开关 14相连。
所述第四航空插头23包括4芯航空插头，第1芯输出端与焊接电源提供的用 于检测焊接过程的端子台上的WCR信号端子的一端相连，输入端与第二个电源的
+ 5V相连，第2芯的输出端与焊接电源提供的用于检测焊接过程的端子台上的WCR 信号端子的另一端相连，输入端与自动控制电路3中的焊接状态检测电路18相连， 第3芯输出端与焊接电源提供的用于检测焊接过程的端子台上的脉冲检测信号端 子的正输入端相连，输入端与第二个电源的+ 5V相连，第4芯的输出端与焊接电 源提供的用于检测焊接过程的端子台上的脉冲检测信号端子的负输入端相连，输 入端与自动控制电路3中焊接状态检测电路18相连。
如图2所示，所述手动焊接电流控制电路19，包括电位器RW1、电位器RW2， 其中电位器RW1、 RW2均包括两个端口，电位器RW1的第2端口、电位器RW2的 第2端口与第一航空插头20的第1芯输入端相连，电位器RW1的第1端口、电位 器RW2的第1端口、电位器RW1的第3端口、电位器RW2的第3端口均与第一切 换开关12相连。
如图3所示，所述手动送丝控制电路10，包括触点开关Sl、触点开关S2及 电位器RW3,触点开关Sl的一端与第二航空插头21的第1芯的输入端相连，另一 端与触点开关S2及第二航空插头21的第2芯输入端相连，电位器RW3包括两个 端口，第1端口与第二切换开关13的5 口相连，第2端口与第二航空插头21第4 芯的输入端相连，第3端口与第二切换开关13的第2端口相连。
如图4所示，所述起弧开关11为一触点开关，它的一端与第三切换开关14 的第2端口相连，另一端与第三切换开关14的第5端口相连。
如图5所示，所述电流自动控制电路15，由基值电流控制电路和峰值电流控 制电路构成，分别控制基值电流与峰值电流大小，如图5 (a)所示，基值电流控 制电路包括由放大器A2，电阻R2、 R5，电容C2组成的滤波保持电路及由放大器 Al，电阻R1、 R3、 R4，电容C1组成的滤波放大电路，其中R5—端接计算机接口 电路4的第2端口，另一端与电容C2相连后接放大器A2的正输入端，电容C2的 另一端接地，放大器A2的负输入端接电阻R2，电阻R2的另一端与放大器A2的输 出端相连后接电阻R4， R4与电容Cl相连后接放大器Al的正输入端，电容Cl的 另一端接地，放大器A1的负输入端与电阻R3、 Rl相连后接Al的输出端，Al的输 出端接第一切换开关12的第3端口；如图5 (b)所示，峰值电流控制电路的构成 与基值电流控制电路相同，由A4、 R7、 RIO， C4组成的滤波保持电路及由A3、 R6、R8、 R9、 C3组成的滤波放大电路组成，其中R10—端接计算机接口电路4的第3 端口，另一端与电容C4相连后接放大器A4的正输入端，电容C4的另一端接地， 放大器A4的负输入端接电阻R7，电阻R7的另一端与A4输出端相连后接电阻R9， R9与电容C3相连后接放大器A3的正输入端，电容C3的另一端接地，放大器A3 的负输入端与电阻R8、 R6相连后接A3的输出端，A3的输出端接第一切换开关12 的第6端口。
如图6所示，所述送丝速度自动控制电路16，用于提供焊接时送丝速度信号， 由一个运算放大电路构成，包括放大器A6，电阻R12、 R15，电容C6组成的滤波 保持电路及由放大器A5，电阻Rll、 R13、 R14，电容C5组成的滤波放大电路，其 中R15 —端接计算机接口电路的第4端口，另一端与电容C6相连后接放大器A6 的正输入端，电容C6的另一端接地，放大器A6的负输入端接电阻R12，电阻R12 的另一端与放大器A6输出端相连后接电阻R14， R14与电容C5相连后接放大器A5 的正输入端，电容C5的另一端接地，放大器A5的负输入端与电阻R13、 Rll相连 后接A5的输出端，A5的输出端接第二切换开关13的3 口 。
如图7所示，所述起弧自动控制电路17，用于自动焊接时进行自动起弧，由 继电器K1、达林顿光耦U1、 二极管D1、电阻R16组成，其中电阻R16的一端接计 算机接口电路4的6口，另一端接达林顿光耦U1的1脚，达林顿光耦U1的2脚 接计算机接口电路4的7 口，达林顿光耦U1的5脚接+ 12V电源，4脚接二极管 Dl的阴极及继电器K1的输入端，二极管D1的阳极与继电器K1的另一个输入端及 地相连，继电器Kl与第三切换开关14相连。
如图8所示，所述焊接状态检测电路18，用于检测自动焊接时焊接状态，由 光耦U2、 U3、电阻R17、 R18、 R19、 R20组成，电阻R18的一端接地，另一端接计 算机接口电路4的第9端口及光耦U2的4脚，U2的3脚接+ 5V电源，U2的2脚 接地，U2的1脚接电阻R17， R17的另一端接第四航空插头23第2芯的输入端， 电阻R20的一端接地，另一端接计算机接口电路4的第10端口及光耦U3的4脚， U3的3脚接+ 5V电源，U3的2脚接地，U3的1脚接电阻R19， R19的另一端接第 四航空插头23第4芯的输入端。
所述第一切换开关12，用于切换自动焊接与手动焊接时的焊接电流控制电路，.
第一切换开关12包括9个端口，第1端口与第一航空插头20的2芯相连，第2 端口与手动焊接电流控制电路19中电位器RW1的第3端口相连，第3端口与自动 电流控制电路15中放大器Al的输出端相连，第4端口第一航空插头20的3芯相 连，第5端口与手动焊接电流控制电路19中电位器RW2的第3端口相连，第6端 口与自动电流控制电路15中放大器A3的输出端相连，第7端口与第一航空插头 20的第4芯相连，第8端口接手动焊接电流控制电路19中电位器RW2的第1端口 ， 第9端口接地；
所述第二切换开关13，用于控制送丝速度控制电路16，第二切换开关13包 括6个端口，第1端口接第二航空插头21的第5芯，第2端口接手动送丝控制电 路10中电位器RW3的3 口，第3端口接送丝速度自动控制电路16中放大器A5的 输出端，第4端口接第二航空插头21的第6芯，第5端口接手动送丝控制电路10 中电位器RW3的1口，第6端口接地；
所述第三切换开关14，用于控制起弧自动控制电路17，第三切换开关14包 括6个端口，第1端口接第三航空插头22的第1芯，第2端口接起弧开关11的 一端，第3端口接起弧自动控制电路17中电位器K1的输出端，第4端口接第三 航空插头22的第2芯，第5端口接起弧开关11的另一端，第6端口接起弧自动 控制电路17中电位器Kl输出端的另一端。
所述计算机接口电路4采用RS232-C接口，包括10个端口，其中第l端口的 一端接地，另一端接计算机数据采集卡的模拟地，第2端口的一端接电流自动控 制电路15中的电阻R5，另一端接数据采集卡的一个模拟量输出端，第3端口的一 端接电流自动控制电路15中的电阻RIO，另一端接数据采集卡的一个模拟量输出 端，第4端口的一端接接送丝自动控制电路16中的电阻R15，另一端接数据采集 卡的一个模拟量输出端，第5端口的一端接地，另一端接数据釆集卡的模拟地， 第6端口的一端接起弧自动控制电路17中的电阻R16，另一端接数据采集卡的一 个数字输出，第7端口一端接起弧自动控制电路17中的光耦U1的2脚，另一端 接数据采集卡的数字地，第8端口一端接地，另一端接数据采集卡的数字地，第9 端口一端接焊接状态检测电路18中光耦U2的第4脚，另一端接数据采集卡的一 个模拟输入端，第10端口的一端接焊接状态检测电路18中光耦U3的第4脚，另.
一端接数据采集卡的一个模拟输入端。
本实施例工作时，当第一切换开关12、第二切换开关13、第三切换开关14 都切换至手动焊接状态时，由手动控制电路2对焊接过程进行手动控制，通过手 动焊接电流控制电路19对焊接电流进行控制，此时，由焊接电源对手动焊接电流 控制电路19中的电位器RW1、 RW2提供一个+15V的电压，由电位器RW1、 RW2将 该电压调节至0 + 15V后压反馈给焊接电源，调节的电压大小正比于焊接电流的 大小，借此对焊接电源的电流进行控制。脉冲焊接时，电位器RW1反馈的电压用 以控制脉冲焊接峰值电流，电位器RW2反馈的电压用以控制脉冲焊接基值电流； 交流焊接时，电位器RW2反馈的电压用以控制交流焊接电流，通过手动送丝控制 电路10对送丝速度进行控制，由焊接电源的送丝机控制箱对手动送丝控制电路10 的电位器RW3提供一个0 + 15V的电压，由电位器R3将该电压调节至0 + 15V 后反馈给送丝机控制箱，调节的电压的大小正比于送死速度的大小，借以对送丝 速度进行控制，触点开关Sl用于送丝操作，触点开关S2用于退丝操作，通过起 弧开关11对焊接起弧息弧过程进行控制，开关的一个闭合/开启动作完成起弧或 者息弧的过程。
当第一切换开关12、第二切换开关13、第三切换开关14都切换至自动焊接 状态时，由计算机通过自动控制电路3对焊接过程进行计算机自动控制，通过电 流自动控制电路15对焊接电流进行自动控制，由计算机数据采集卡的模拟量输出 端输出一个模拟电压，经电流自动控制电路15进行放大滤波后转换成一个0 + 15V的电压后提供给焊接电源的焊接电流控制输入端，电流自动控制电路15由两 个相同的滤波放大电路组成，分别连接两路计算机数据采集卡的两个模拟量输出 端，经滤波放大后变为两个0 + 15V的电压，分别用于控制脉冲焊接时的峰值电 流与基值电流，交流焊接时，通过基值电流控制电路控制交流焊接电流的大小， 峰值电流控制电路不起作用。焊接过程中，可以实时调整数据采集卡的模拟量输 出端输出电压值，即可以实现计算机对焊接电流(基值电流、峰值电流)的大小 进行自动控制，通过送丝速度自动控制电路16对送丝速度进行自动控制，由于对 送丝速度进行控制与焊接电流控制一样需要一个0 + 15V的电压，所以送丝速度 自动控制电路16与电流自动控制电路15采取相同的形式，由计算机数据采集卡
提供一个模拟量输出，经送丝速度自动控制电路16滤波放大后输出给送丝机控制 箱的送丝速度控制端，即可对送丝速度的大小进行控制。焊接过程中，实时调整 数据采集卡模拟量输出端的输出电压值，即可实现计算机对送丝速度大小的实时 控制。通过起弧自动控制电路17对起弧/息弧过程进行自动控制，由计算机输出 一个高电平给达林顿光耦U1，由达林顿光耦U1驱动继电器K1闭合，起弧成功后 计算机再输出一个低电平给达林顿光耦U1开启继电器K1以完成起弧过程，息弧 时同样由计算机输出一个高低电平使继电器Kl完成一个闭合/开启过程以实现息 弧操作。通过焊接过程检测电路18完成对焊接过程状态的自动检测，焊接电源提 供了一个供检测焊接过程状态的接线端子，该接线端子提供了一系列的开关信号 实时反映焊接过程状态，当起弧成功后WCR端子闭合，脉冲期间脉冲检测端子闭 合，利用这两个开关信号实现对起弧成功与否以及脉冲的实时检测，利用焊接过 程状态检测电路将这两个开关信号转换为高低电平信号后输出给计算机，当计算 机检测到高电平时表示起弧成功或脉冲到来，当检测到低电平时表示未起弧或没 有脉冲的状态。
本实施例虽然针对手动焊接过程与自动焊接过程及WCR信号与脉冲信号检测 进行说明，但使用本实施例的检测电路，还可以对其他的焊接过程状态进行检测。 另外，使用切换开关的不同组合，可以实现部分自动控制及部分手动控制功能。
本实施例将计算机与焊接电源有效的连接的联系起来，安装简单方便，满足 了计算机对焊接过程进行自动控制的需求，同时实现对焊接过程的手动控制，在
自动焊接与手动焊接之间可以自由切换；通过本实施例，通过计算机自动起弧， 在焊接过程中通过计算机实时调整焊接电流及送丝速度的大小，并实时得到GTAW 过程中的起弧、息弧、脉冲到来等焊接过程状态信息，实现对焊接过程的有效自 动控制。
权利要求
1、一种气体保护钨极氩弧焊自动控制系统转接器，包括自动控制电路，其特征在于，还包括焊接电源接口电路、手动控制电路，计算机接口电路、第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关，其中所述手动控制电路包括手动焊接电流控制电路、手动送丝控制电路、起弧开关，手动焊接电流控制电路和第一切换开关的一个选择端，手动送丝控制电路和第二切换开关的一个选择端相连，起弧开关与第三切换开关的一个选择端相连；所述焊接电源接口电路包括第一航空插头、第二航空插头、第三航空插头、第四航空插头，第一航空插头一端与焊接电源上4芯焊接电流控制插座相连，另一端与第一切换开关的公共端相连，第二航空插头一端与焊接电源上6芯送丝控制插座相连，另一端与第二切换开关的公共端相连，第三航空插头一端与焊接电源上起弧开关插座相连，另一端与第三切换开关的公共端相连，第四航空插头一端与焊接电源提供的用于检测焊接过程的端子台上的WCR信号端子和脉冲信号端子相连，另一端与自动控制电路相连；所述自动控制电路，包括电流自动控制电路、送丝速度控制电路、起弧自动控制电路、焊接状态检测电路，电流自动控制电路和第一切换开关的另一个选择端及计算机接口电路相连，送丝速度控制电路和第二切换开关的另一个选择端及计算机接口电路相连，起弧自动控制电路和第三切换开关的另一个选择端及计算机接口电路相连，焊接状态检测电路和第四航空插头及计算机接口电路相连。
2、 根据权利l所述的气体保护钨极氩弧焊自动控制系统转接器，其特征是， 所述第一航空插头包括4芯航空插头，第1芯的输出端与焊接电源上对应的4芯 焊接电流控制插座的+ 15V输出端相连，第1芯的输入端与手动焊接电流控制电路 相连，第2芯的输出端与自动控制电路的电流自动控制电路相连，第2芯的输入 端与第一切换开关相连，第3芯的输出端与自动控制电路的电流自动控制电路相 连，第3芯的输出端与第一切换开关相连，第4芯的输出端与焊接电源上对应的4 芯焊接电流控制插座的COM端相连，第4芯的输出端与第一切换开关相连；所述第二航空插头包括6芯航空插头，第1芯的输出端与焊接电源上6芯送 丝控制插座的送丝手动控制端相连，第1芯的输入端与手动焊接送丝控制电路相 连，第2芯的输出端与焊接电源上六芯送丝控制插座的另一送丝控制端相连，第2 芯的输入端与手动焊接送丝控制电路相连，第3芯的输入端与焊接电源上对应的 六芯送丝控制插座的退丝控制端相连，输出端与手动焊接送丝控制电路相连，第4 芯的输出端与焊接电源上对应的六芯送丝控制插座的+ 15V输出端相连，第4芯的 输入端与手动焊接送丝控制电路相连，第5芯与焊接电源上六芯送丝控制插座的 送丝速度控制端相连，第5芯输入端与手动焊接送丝控制电路相连，第6芯与焊 接电源上六芯送丝控制插座的C0M端相连，输入端与手动焊接送丝控制电路相连； 所述第三航空插头包括2芯航空插头，第1芯的输出端与焊接电源上对应的 起弧开关插座的一芯相连，第1芯的输入端与第三切换开关相连，第2芯的输出 端与焊接电源上对应的起弧开关插座的另一芯相连，第2芯的输入端与第三切换 开关相连；所述第四航空插头包括4芯航空插头，第1芯输出端与焊接电源提供的用于 检测焊接过程的端子台上的WCR信号端子的一端相连，输入端与第二个电源的十 5V相连，第2芯的输出端与焊接电源提供的用于检测焊接过程的端子台上的WCR 信号端子的另一端相连，输入端与自动控制电路中的焊接状态检测电路相连，第3 芯输出端与焊接电源提供的用于检测焊接过程的端子台上的脉冲检测信号端子的 正输入端相连，输入端与第二个电源的+ 5V相连，第4芯的输出端与焊接电源提 供的用于检测焊接过程的端子台上的脉冲检测信号端子的负输入端相连，输入端 与自动控制电路中焊接状态检测电路相连。
3、 根据权利l所述的气体保护钨极氩弧焊自动控制系统转接器，其特征是， 所述手动焊接电流控制电路，包括电位器RW1、电位器RW2，其中电位器RW1、 RW2均包括两个端口 ，电位器RW1的第2端口 、电位器RW2的第2端口与第一航空 插头的第l芯输入端相连，电位器RW1的第1端口、电位器RW2的第1端口、电 位器RW1的第3端口、电位器RW2的第3端口均与第一切换开关相连。
4、 根据权利l所述的气体保护钨极氩弧焊自动控制系统转接器，其特征是， 所述手动送丝控制电路，包括触点开关S1、触点开关S2及电位器RW3，触点开关 Sl的一端与第二航空插头的第1芯的输入端相连，另一端与触点开关S2及第二航 空插头的第2芯输入端相连，电位器RW3包括两个端口，第l端口与第二切换开 关相连，第2端口与第二航空插头第4芯的输入端相连，第3端口与第二切换开 关相连；所述起弧开关为一触点开关，它的一端与第三切换开关的第2端口相连，另 一端与第三切换开关的第5端口相连。
5、 根据权利l所述的气体保护钨极氩弧焊自动控制系统转接器，其特征是， 所述电流自动控制电路，由基值电流控制电路和峰值电流控制电路构成，分别控 制基值电流与峰值电流大小，基值电流控制电路包括由放大器A2，电阻R2、 R5， 电容C2组成的滤波保持电路及由放大器A1，电阻R1、 R3、 R4，电容C1组成的滤 波放大电路，其中R5—端接计算机接口电路的第2端口，另一端与电容C2相连 后接放大器A2的正输入端，电容C2的另一端接地，放大器A2的负输入端接电阻 R2，电阻R2的另一端与放大器A2的输出端相连后接电阻R4， R4与电容Cl相连 后接放大器A1的正输入端，电容C1的另一端接地，放大器A1的负输入端与电阻 R3、 R1相连后接A1的输出端，Al的输出端接第一切换开关；峰值电流控制电路 的构成与基值电流控制电路相同，由A4、 R7、 RIO， C4组成的滤波保持电路及由 A3、 R6、 R8、 R9、 C3组成的滤波放大电路组成，其中R10—端接计算机接口电路 的第3端口，另一端与电容C4相连后接放大器A4的正输入端，电容C4的另一端 接地，放大器A4的负输入端接电阻R7，电阻R7的另一端与A4输出端相连后接电 阻R9， R9与电容C3相连后接放大器A3的正输入端，电容C3的另一端接地，放 大器A3的负输入端与电阻R8、 R6相连后接A3的输出端，A3的输出端接第一切换 开关。
6、 根据权利l所述的气体保护钨极氩弧焊自动控制系统转接器，其特征是， 所述送丝速度自动控制电路，用于提供焊接时送丝速度信号，由一个运算放大电 路构成，包括放大器A6，电阻R12、 R15，电容C6组成的滤波保持电路及由放大 器A5，电阻Rll、 R13、 R14，电容C5组成的滤波放大电路，其中R15—端接计算 机接口电路的第4端口，另一端与电容C6相连后接放大器A6的正输入端，电容 C6的另一端接地，放大器A6的负输入端接电阻R12，电阻R12的另一端与输出端 相连后接电阻R14， R14与电容C5相连后接放大器A5的正输入端，电容C5的另一端接地，放大器A5的负输入端与电阻R13、 R11相连后接A5的输出端，A5的输出端接第二切换开关。
7、 根据权利l所述的气体保护钨极氩弧焊自动控制系统转接器，其特征是， 所述起弧自动控制电路，用于自动焊接时进行自动起弧，由继电器K1、达林顿光 耦U1、二极管D1、电阻R16组成，其中电阻R16的一端接计算机接口电路的6口，另一端接达林顿光耦Ul的1脚，达林顿光耦Ul的2脚接计算机接口电路的7 口，达林顿光耦Ul的5脚接+ 12V电源，4脚接二极管Dl的阴极及继电器Kl的输入端，二极管D1的阳极与继电器K1的另一个输入端及地相连，继电器K1与第三切换开关相连。
8、 根据权利l所述的气体保护钨极氩弧焊自动控制系统转接器，其特征是， 所述焊接状态检测电路，用于检测自动焊接时焊接状态，由光耦U2、U3、电阻R17、R18、R19、R20组成，电阻R18的一端接地，另一端接计算机接口电路的第9端口及光耦U2的4脚，U2的3脚接+ 5V电源，U2的2脚接地，U2的1脚接电阻R17， R17的另一端接第四航空插头第2芯的输入端，电阻R20的一端接地，另一端接计算机接口电路的第10端口及光耦U3的4脚，U3的3脚接+ 5V电源，U3的2脚接地，U3的1脚接电阻R19，R19的另一端接第四航空插头第4芯的输入端。
9、 根据权利l所述的气体保护钨极氩弧焊自动控制系统转接器，其特征是， 所述计算机接口电路采用RS232-C接口，包括10个端口，其中第l端口的一端接 地，另一端接计算机数据采集卡的模拟地，第2端口的一端接电流自动控制电路 中的电阻R5，另一端接数据采集卡的一个模拟量输出端，第3端口的一端接电流 自动控制电路中的电阻RIO，另一端接数据采集卡的一个模拟量输出端，第4端口 的一端接接送丝自动控制电路中的电阻R15，另一端接数据采集卡的一个模拟量输 出端，第5端口的一端接地，另一端接数据采集卡的模拟地，第6端口的一端接 起弧自动控制电路中的电阻R16，另一端接数据采集卡的一个数字输出，第7端口 一端接起弧自动控制电路中的光耦U1的2脚，另一端接数据采集卡的数字地，第 8端口一端接地，另一端接数据采集卡的数字地，第9端口一端接焊接状态检测电 路中光耦U2的第4脚，另一端接数据采集卡的一个模拟输入端，第10端口的一 端接焊接状态检测电路中光耦U3的第4脚，另一端接数据采集卡的一个模拟输入端。
10、根据权利l所述的气体保护钨极氩弧焊自动控制系统转接器，其特征是， 所述第一切换开关，用于切换自动焊接与手动焊接时的焊接电流控制电路，第一 切换开关包括9个端口，第l端口与第一航空插头的2芯相连，第2端口与手动 焊接电流控制电路中电位器RW1的第3端口相连，第3端口与自动电流控制电路 中放大器A1的输出端相连，第4端口第一航空插头的3芯相连，第5端口与手动 焊接电流控制电路中电位器RW2的第3端口相连，第6端口与自动电流控制电路 中放大器A3的输出端相连，第7端口与第一航空插头的第4芯相连，第8端口接 手动焊接电流控制电路中电位器RW2的第1端口，第9端口接地；所述第二切换开关，用于控制送丝速度控制电路，第二切换开关包括6个端 口，第1端口接第二航空插头的第5芯，第2端口接手动送丝控制电路中电位器 RW3的第3端口，第3端口接送丝速度自动控制电路中放大器A5的输出端，第4 端口接第二航空插头的第6芯，第5端口接手动送丝控制电路中电位器RW3的第l 端口，第6端口接地；所述第三切换开关，用于控制起弧自动控制电路，第三切换开关包括6个端 口，第l端口接第三航空插头的第l芯，第2端口接起弧开关1的一端，第3端 口接起弧自动控制电路中电位器K1的输出端，第4端口接第三航空插头的第2芯， 第5端口接起弧开关的另一端，第6端口接起弧自动控制电路中电位器Kl输出端 的另一端。
全文摘要
一种焊接技术领域的气体保护钨极氩弧焊自动控制系统转接器，包括焊接电源接口电路、手动控制电路、自动控制电路、计算机接口电路、第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关，用于气体保护钨极氩弧焊焊接过程中连接焊接电源与计算机，实现计算机对焊接过程的自动控制以及手动控制，本发明在焊接过程中通过计算机实时调整焊接电流及送丝速度的大小，并实时得到气体保护钨极氩弧焊过程中的起弧、息弧、脉冲到来等焊接过程状态信息，实现对焊接过程的有效自动控制。
文档编号B23K9/10GK101204754SQ20071017215
公开日2008年6月25日 申请日期2007年12月13日 优先权日2007年12月13日
发明者涛 林, 王继锋, 波 陈, 陈善本, 马宏波 申请人:上海交通大学