一种直流气保焊及其控制方法和装置与流程

1.本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种直流气保焊及其控制方法和装置。


背景技术：

2.直流气保焊因具有重量轻、体积小、焊接效率高和可靠性高等特点，而被广泛用于如航空航天、船舶、汽车、容器等各个工业领域。
3.目前常用的直流气保焊，通常基于电压设定值控制其焊接过程，具体为：将电压设置值提供至电压调节器，并依次经电压调节器、电流调节器及整个焊接回路，使得直流气保焊输出焊接电流，并使得其输出电压值与电压设定值保持一致。
4.但是，在直流气保焊正式焊接之前需要进行引弧，而在未引弧时，焊丝与工件都是冷态的，而且金属的导热和散热都较快，若要顺利的引弧并且打开熔池，引弧过程中产生的能量大小至关重要，因此，如何使直流气保焊快速成功引弧，确保其具有较高的焊接质量，成为当前亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种直流气保焊及其控制方法和装置，以提高引弧成功率，确保其具有较高的焊接质量。
6.第一方面，本发明提供了一种直流气保焊的控制方法，包括：
7.获取直流气保焊的焊接设定电压和电压增量；
8.将所述焊接设定电压和所述电压增量之和作为引弧设定电压；
9.在引弧阶段，根据所述引弧设定电压，控制所述直流气保焊的引弧过程；
10.在所述引弧阶段之后的焊接阶段，至少根据所述焊接设定电压，控制所述直流气保焊的焊接过程。
11.可选的，所述焊接阶段包括第一焊接阶段和第二焊接阶段；所述第一焊接阶段位于所述引弧阶段与所述第二焊接阶段之间；
12.在所述引弧阶段之后的焊接阶段，至少根据所述焊接设定电压，控制所述直流气保焊的焊接过程，包括：
13.在所述第一焊接阶段，根据所述引弧设定电压，控制所述直流气保焊的焊接过程；
14.在所述第二焊接阶段，根据所述焊接设定电压，控制所述直流气保焊的焊接过程。
15.可选的，所述第一焊接阶段的时长大于所述引弧阶段的时长，以及，所述第二焊接阶段的时长大于所述引弧阶段的时长。
16.可选的，根据所述引弧设定电压，控制所述直流气保焊的焊接过程，包括：
17.实时获取所述直流气保焊的当前反馈电压和当前反馈电流；
18.根据所述当前反馈电压和所述引弧设定电压，确定当前参考电流；
19.根据所述当前参考电流和所述当前反馈电流，确定第一焊接控制信号；
20.基于所述第一焊接控制信号，控制所述直流气保焊的焊接过程。
21.可选的，根据所述焊接设定电压，控制所述直流气保焊的焊接过程，包括：
22.实时获取所述直流气保焊的当前反馈电压和当前反馈电流；
23.根据所述当前反馈电压和所述焊接设定电压，确定当前参考电流；
24.根据所述当前参考电流和所述当前反馈电流，确定第二焊接控制信号；
25.基于所述第二焊接控制信号，控制所述直流气保焊的焊接过程。
26.可选的，根据所述引弧设定电压，控制所述直流气保焊的引弧过程，包括：
27.实时获取所述直流气保焊的当前反馈电压和当前反馈电流；
28.根据所述当前反馈电压和所述引弧设定电压，确定当前参考电流；
29.根据所述当前参考电流和所述当前反馈电流，确定引弧控制信号；
30.基于所述引弧控制信号，控制所述直流气保焊的引弧过程。
31.可选的，还包括：
32.获取所述直流气保焊的收弧设定电压；所述收弧设定电压小于所述焊接设定电压；
33.在所述焊接阶段之后的收弧阶段，控制所述直流气保焊的设定电压以预设降压速率由焊接设定电压降至所述收弧设定电压，并根据所述收弧设定电压控制所述直流气保焊的收弧过程。
34.第二方面，本发明提供了一种直流气保焊的控制装置，包括：
35.电压获取模块，用于获取直流气保焊的焊接设定电压和电压增量；
36.引弧设定电压确定模块，用于将所述焊接设定电压和所述电压增量之和作为引弧设定电压；
37.引弧控制模块，用于在引弧阶段，根据所述引弧设定电压，控制所述直流气保焊的引弧过程；
38.焊接控制模块，用于在所述引弧阶段之后的焊接阶段，至少根据所述焊接设定电压，控制所述直流气保焊的焊接过程。
39.第三方面，本发明提供了一种直流气保焊，至少包括：控制器；
40.所述控制器用于执行第一方面所述的直流气保焊的控制方法。
41.可选的，还包括：电压转换器；
42.所述控制器用于根据第一方面所述的直流气保焊的控制方法，控制所述电压转换器进行电压转换。
43.本发明的技术方案，通过获取直流气保焊的焊接设定电压和电压增量，将焊接设定电压和电压增量之和作为引弧设定电压，并在引弧阶段，根据引弧设定电压，控制直流气保焊在引弧阶段内具有较大的输出功率，即产生较大的引弧能量，从而能够对焊丝快速加热，快速打开熔池，提高引弧成功率，提高焊缝起弧点的金属熔合度，进而提高引弧质量；而在引弧阶段之后的焊接阶段，至少根据焊接设定电压，控制直流气保焊的焊接过程，由于焊接设定电压小于引弧设定电压，因此在引弧阶段已经将熔池打开的情况下，可以采用较低的焊接设定电压，控制焊接过程的焊接能量和输出功率，能够使得焊接过程具有较小的输出功率，从而在具有较高焊接质量的前提下，有利于节省功耗。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
45.图1为本发明实施例一提供的一种直流气保焊的控制方法的流程图；
46.图2为本发明实施例一提供的一种直流气保焊的原理框图；
47.图3为本发明实施例二提供的一种直流气保焊的控制方法的流程图；
48.图4为本发明实施例提供的一种直流气保焊的电压和电流曲线示意图；
49.图5为本发明实施例三提供的一种直流气保焊的控制方法的流程图；
50.图6为本发明实施例四提供的一种直流气保焊的控制装置的结构示意图。
具体实施方式
51.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
52.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
53.实施例一
54.图1为本发明实施例一提供的一种直流气保焊的控制方法的流程图，该方法适用于对直流气保焊进行引弧以及直流气保焊后续焊接过程进行控制的情况，该方法可由本发明实施例提供的直流气保焊的控制装置来执行，该直流气保焊的控制装置采用硬件和/或软件的形式实现。如图1所示，直流气保焊的控制方法包括：
55.s101、获取直流气保焊的焊接设定电压和电压增量。
56.其中，焊接设定电压与直流气保焊的焊接材料(例如焊丝)、需要焊接的母材、以及焊接负载等有关，可以理解的是，焊接设定电压可以根据实际需要进行设定，本发明实施例对此不做具体限定。电压增量为一较小的正电压值，其可根据焊接材料(例如焊丝)、需要焊接的母材、以及焊接负载等进行设计。
57.s102、将焊接设定电压和电压增量之和作为引弧设定电压。
58.具体的，在原焊接设定电压的基础上增加一电压增量，得到引弧设定电压，且因电压增量为一正电压值，因此所确定的引弧设定电压大于原焊接设定电压。
59.s103、在引弧阶段，根据引弧设定电压，控制直流气保焊的引弧过程。
60.其中，焊接的起始阶段即为引弧阶段，在未引弧时，焊接材料(例如焊丝)和需要焊接的母材均处于冷态，而冷态金属的熔化显然需要比热态金属的熔化需要更大的能量，因此，想要顺利引弧并且打开熔池，需要在引弧阶段提供较大的引弧能量。
61.具体的，由于引弧能量越小，越不容易打开熔池，甚至引起断弧、顶丝、爆丝等现象，从而在焊缝的起始点就会造成熔合缺陷，因此，若要快速打开熔池，则需要较大的引弧能量。在引弧时间δt内，引弧的能量与引弧过程中直流气保焊的输出电压u与输出电流i相关，即引弧能量w＝u*i*δt。通过在引弧阶段，根据较大的引弧设定电压，控制直流气保焊的引弧过程时，能够使得直流气保焊根据该引弧设定电压输出相应的电压和电流，直至其输出电压与引弧设定电压保持一致，此时，其输出电流通常会瞬时增大至最大允许输出电流，如此，在引弧阶段内的引弧能量w为一较大值，在该较大的引弧能量的控制下，使得焊接材料的温度快速升高，更易熔融，提高焊缝起弧点的金属熔合度，提高引弧成功率和引弧质量。
62.在一可选的实施例中，根据引弧设定电压，控制直流气保焊的引弧过程，具体包括：实时获取直流气保焊的当前反馈电压和当前反馈电流；根据当前反馈电压和引弧设定电压，确定当前参考电流；根据当前参考电流和当前反馈电流，确定引弧控制信号；基于引弧控制信号，控制直流气保焊的引弧过程。
63.其中，当前反馈电压为直流气保焊的当前输出电压，当前反馈电流为直流气保焊的当前输出电流，可分别基于电压采集器和电流采集器获取直流气保焊的当前反馈电压和当前反馈电流。
64.示例性的，如图2所示，通过电压外环和电流内环的控制方式，控制直流气保焊的引弧过程，此时，通过将引弧设定电压和当前反馈电压均提供至电压调节器，电压调节器可根据引弧设定电压和当前反馈电压，确定当前反馈电压与引弧设定电压之间的差异，并基于该差异输出相应的电压调节量至电子电抗器件，并由该电子电抗器件进行转换为当前参考电流，提供至电流调节器；同时，电流调节器还会接收当前反馈电流，以能够根据当前反馈电流和当前参考电流，确定出当前反馈电流与当前参考电流之间的差异，并基于该差异输出相应的电流调节量至pwm电路，使得pwm电路能够基于该电流调节量输出相应的脉宽调制信号至电压转换器，使得电压转换器根据该脉宽调制信号将输入电信号转换为相应的输出电信号；通过再次采集电压转换器输出的电压和电流分别作为当前反馈电压和当前反馈电流，直至当前反馈电压与引弧设定电压保持一致。
65.s104、在引弧阶段之后的焊接阶段，至少根据焊接设定电压，控制直流气保焊的焊接过程。
66.具体的，由于引弧阶段焊接材料及需要焊接的母材均已被加热，此时无需较大的能量，因此可以采用较低的焊接能量进行后续的焊接过程即可。如此，在引弧阶段之后的焊接阶段，能够使得直流气保焊根据该焊接设定电压输出相应的电压和电流，直至其输出电压与焊接设定电压保持一致，此时，直流气保焊可具有较小的输出功率，有利于节省功耗。
67.在一可选的实施例中，根据焊接设定电压，控制直流气保焊的焊接过程，具体包括：实时获取直流气保焊的当前反馈电压和当前反馈电流；根据当前反馈电压和焊接设定电压，确定当前参考电流；根据当前参考电流和当前反馈电流，确定第二焊接控制信号；基于第二焊接控制信号，控制直流气保焊的焊接过程。
68.示例性的，如图2所示，通过电压外环和电流内环的控制方式，控制直流气保焊的焊接过程，此时，通过将焊接设定电压和当前反馈电压均提供至电压调节器，电压调节器可根据焊接设定电压和当前反馈电压，确定当前反馈电压与焊接设定电压之间的差异，并基于该差异输出相应的电压调节量至电子电抗器件，并由该电子电抗器件进行转换为当前参考电流，提供至电流调节器；同时，电流调节器还会接收当前反馈电流，以能够根据当前反馈电流和当前参考电流，确定出当前反馈电流与当前参考电流之间的差异，并基于该差异输出相应的电流调节量至pwm电路，使得pwm电路能够基于该电流调节量输出相应的脉宽调制信号至电压转换器，使得电压转换器根据该脉宽调制信号将输入电信号转换为相应的输出电信号；通过再次采集电压转换器输出的电压和电流分别作为当前反馈电压和当前反馈电流，直至当前反馈电压与焊接设定电压保持一致。
69.本发明实施例的技术方案，通过获取直流气保焊的焊接设定电压和电压增量，将焊接设定电压和电压增量之和作为引弧设定电压，并在引弧阶段，根据引弧设定电压，控制直流气保焊的在引弧阶段内具有较大的输出功率，即产生较大的引弧能量，从而能够对焊丝快速加热，快速打开熔池，提高引弧成功率，提高焊缝起弧点的金属熔合度，进而提高引弧质量；而在引弧阶段之后的焊接阶段，至少根据焊接设定电压，控制直流气保焊输出的焊接过程，由于焊接设定电压小于引弧设定电压，因此在引弧阶段已经将熔池打开的情况下，可以采用较低的焊接设定电压，控制焊接过程的焊接能量和输出功率，能够使得焊接过程具有较小的输出功率，从而在具有较高焊接质量的前提下，有利于节省功耗。
70.实施例二
71.在上述实施例的基础上，图3为本发明实施例二提供的一种直流气保焊的控制方法的流程图，本实施例对在引弧阶段之后的焊接阶段，至少根据焊接设定电压，控制直流气保焊的焊接过程的情况进行了说明。其中，焊接阶段包括第一焊接阶段和第二焊接阶段，第一焊接阶段位于引弧阶段与第二焊接阶段之间。如图3所示，直流气保焊的控制方法包括：
72.s201、获取直流气保焊的焊接设定电压和电压增量。
73.s202、将焊接设定电压和电压增量之和作为引弧设定电压。
74.s203、在引弧阶段，根据引弧设定电压，控制直流气保焊的引弧过程。
75.s204、在第一焊接阶段，根据引弧设定电压，控制直流气保焊的焊接过程。
76.具体的，第一焊接阶段为从引弧阶段到进入正常焊接阶段的过渡阶段，该阶段是打开熔池、过渡到正常焊接的关键过程，通过在该阶段中继续基于引弧设定电压，控制直流气保焊的焊接过程，能够使得该过程中直流气保焊的输出电流、电压有所增加，从而增加了打开熔池的能量。
77.可选的，根据引弧设定电压，控制直流气保焊的焊接过程，包括：实时获取直流气保焊的当前反馈电压和当前反馈电流；根据当前反馈电压和引弧设定电压，确定当前参考电流；根据当前参考电流和当前反馈电流，确定第一焊接控制信号；基于第一焊接控制信号，控制直流气保焊的焊接过程。
78.示例性的，如图2所示，通过电压外环和电流内环的控制方式，控制直流气保焊的第一焊接阶段的焊接过程，此时，继续将引弧设定电压和当前反馈电压均提供至电压调节器，电压调节器根据引弧设定电压和当前反馈电压，可以确定当前反馈电压与引弧设定电压之间的差异，进一步地，基于该差异，电压调节器输出相应的电压调节量至电子电抗器
件，并由该电子电抗器件进行转换为当前参考电流，提供至电流调节器；同时，电流调节器还会接收当前反馈电流，以能够根据当前反馈电流和当前参考电流，确定出当前反馈电流与当前参考电流之间的差异，进一步地，基于该差异，电流调节器输出相应的电流调节量至pwm电路，使得pwm电路能够基于该电流调节量输出相应的脉宽调制信号至电压转换器，使得电压转换器根据该脉宽调制信号将输入电信号转换为相应的输出电信号；通过再次采集电压转换器输出的电压和电流分别作为当前反馈电压和当前反馈电流，直至当前反馈电压与引弧设定电压保持一致，使得在第一焊接阶段，直流气保焊的输出电流、电压仍有所增加，增加打开熔池的能量。
79.s205、在第二焊接阶段，根据焊接设定电压，控制直流气保焊的焊接过程。
80.具体的，在引弧阶段焊接材料及需要焊接的母材均已基于引弧设定电压被加热，然后在焊接阶段包括的第一焊接阶段中，继续基于引弧设定电压，控制直流气保焊的焊接过程，使直流气保焊的输出电流、电压有所增加，从而增加了打开熔池的能量。故在第二焊接阶段，无需较大的能量，因此可以采用较低的焊接能量进行焊接过程即可。如此，在第二焊接阶段可以根据焊接设定电压输入相应的电压和电流，使直流气保焊具有较小的输出功率，进而输出较小的能量，在完成焊接过程的同时节省功耗。
81.在一可选的实施例中，图4为本发明实施例提供的一种直流气保焊的电压和电流曲线示意图，如图4所示，第一焊接阶段t2的时长大于引弧阶段t1的时长，以及，第二焊接阶段t3的时长大于引弧阶段t1的时长。
82.示例性的，参考图2和图4，引弧阶段t1的时长例如可以为50～100ms，在该时间段内，引弧设定电压u2大于焊接设定电压u1，设定电压的曲线为电压调节器经电子电抗器件滤波得到。根据引弧设定电压u2，直流气保焊的实际输出的电压和电流均呈上升趋势，且实际输出的电流会达到最大允许输出电流。第一焊接阶段t2的时长大于引弧阶段t1的时长，在该阶段仍根据引弧设定电压u2，控制直流气保焊的焊接过程，但由于该阶段的焊接母材变化等因素，使得实际电压呈先下降后上升再下降的变化趋势，实际电流也呈先下降后上升的循环变化趋势。第二焊接阶段t3的时长大于引弧阶段t1的时长，在该阶段根据焊接设定电压u1，控制直流气保焊的焊接过程中，实际电压呈先急速上升后稳定下降的循环变化趋势，实际电流呈先急速上升后急速下降再稳定下降的循环变化趋势。
83.本发明实施例的技术方案，通过使焊接阶段包括第一焊接阶段和第二焊接阶段，第一焊接阶段位于引弧阶段与第二焊接阶段之间，在第一焊接阶段中，根据较大的引弧设定电压控制焊接过程，使焊接材料的温度进一步提高并保持在较高的温度下，以便提供足够的焊接能量；在第二焊接阶段，无需较大的引弧设定电压继续进行焊接，而是根据较小的焊接设定电压来控制直流气保焊的输出功率，节省功耗。
84.实施例三
85.在上述实施例的基础上，图5为本发明实施例三提供的一种直流气保焊的控制方法的流程图，如图5所示，直流气保焊的控制方法包括：
86.s301、获取直流气保焊的焊接设定电压和电压增量。
87.s302、将焊接设定电压和电压增量之和作为引弧设定电压。
88.s303、在引弧阶段，根据引弧设定电压，控制直流气保焊的引弧过程。
89.s304、在引弧阶段之后的焊接阶段，至少根据焊接设定电压，控制直流气保焊的焊
接过程。
90.s305、获取直流气保焊的收弧设定电压。
91.其中，收弧设定电压小于焊接设定电压。收弧设定电压即为焊接结束时，对焊接材料以及需要焊接的母材等进行收弧反烧所需要的电压，其同样可以根据实际需要进行设定，本发明实施例对此不做具体限定。
92.s306、在焊接阶段之后的收弧阶段，控制直流气保焊的设定电压以预设降压速率由焊接设定电压降至收弧设定电压，并根据收弧设定电压控制直流气保焊的收弧过程。
93.其中，预设降压速率可以为固定值，也可以为变化值，本发明实施例对此不做具体限定。
94.具体的，在焊接阶段，直流气保焊需要较大的能量进行焊接，保证不会出现断弧、顶丝、爆丝等现象，因此需要较大的焊接设定电压；而在收弧阶段，需要使焊接材料与母材平缓分离即可，此时无需较大的输出功率。如此，在收弧阶段，控制直流气保焊的设定电压以预设降压速率由焊接设定电压降至收弧设定电压，使直流气保焊的能量缓慢下降，以使直流气保焊具有一定的缓冲时间，避免能量骤降对直流气保焊及焊接质量造成影响。
95.本发明实施例的技术方案，通过获取直流气保焊的收弧设定电压，以在焊接阶段之后的收弧阶段，控制直流气保焊的设定电压以预设降压速率由焊接设定电压降至收弧设定电压，使直流气保焊的能量缓慢下降，给直流气保焊一定的缓冲时间，避免能量骤降对直流气保焊造成影响。之后根据收弧设定电压控制直流气保焊产生较小的能量或功率，进行收弧。
96.实施例四
97.本发明实施例提供了一种直流气保焊的控制装置，用于控制直流气保焊的引弧和焊接过程。该直流气保焊的控制装置可执行本发明实施例提供的直流气保焊的控制方法，该直流气保焊的控制装置可采用硬件和/或软件的形式实现，该直流气保焊的控制装置可集成于本发明实施例提供的直流气保焊的控制器中。图6为本发明实施例四提供的一种直流气保焊的控制装置的结构示意图，如图6所示，直流气保焊的控制装置包括：
98.电压获取模块10，用于获取直流气保焊的焊接设定电压和电压增量；
99.引弧设定电压确定模块20，用于将焊接设定电压和电压增量之和作为引弧设定电压；
100.引弧控制模块30，用于在引弧阶段，根据引弧设定电压，控制直流气保焊的引弧过程；
101.焊接控制模块40，用于在引弧阶段之后的焊接阶段，至少根据焊接设定电压，控制直流气保焊的焊接过程。
102.本发明实施例提供的直流气保焊的控制装置，用于执行本发明任一实施例提供的直流气保焊的控制方法，具有与方法相同的有益效果，此处不再赘述。
103.实施例五
104.本发明实施例提供了一种直流气保焊，至少包括：控制器；控制器用于执行本发明任一实施例提供的直流气保焊的控制方法，具有与方法相同的有益效果，此处不再赘述。
105.可选的，直流气保焊还包括：电压转换器；控制器用于根据本发明任一实施例的直流气保焊的控制方法，控制电压转换器进行电压转换。其中，电压转换器能够转变输入电压
并有效输出固定电压，电压转换器可以是脉冲宽度调节方式(pwm，pulse width modulation)控制型或脉冲频率调节方式(pfm，pulse frequency modulation)控制型等，本发明实施例对此不做具体限定。在一可选的实施例中电压调节器包括含高频隔离变压器的逆变器。
106.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
107.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。