熔化极电弧焊接中的电信号采集方法

摘要

熔化极电弧焊接中的电信号采集方法，属于焊接技术领域。本发明是为了解决导电嘴与焊丝之间的接触电阻随时变化影响焊接回路中电压测量结果可靠性的问题。它首先使焊丝与焊枪导电嘴接触式电连接，并与焊枪的其它部分绝缘，所述焊丝与焊枪导电嘴电连接的点为电压采集基准点；在焊枪的送丝管入口至焊丝盘之间选择一个焊丝的电连接点作为电压采集基准点的等电位采样点；然后采用电压信号采集放大器采集获得焊接回路中的电压。本发明用于采集熔化极电弧焊接中的电信号。

权利要求

1.一种熔化极电弧焊接中的电信号采集方法，它包括：

使焊丝与焊枪导电嘴接触式电连接，并与焊枪的其它部分绝缘，所述焊丝与焊枪导电嘴电连接的点为电压采集基准点；在焊枪的送丝管入口至焊丝盘之间选择一个焊丝的电连接点作为电压采集基准点的等电位采样点；

采用电压信号采集放大器采集获得焊接回路中的电压；

其特征在于，所述焊接回路中的电压采集方法为：

在焊接回路中，将电压信号采集放大器的一端连接等电位采样点，另一端连接导电嘴，获得焊接回路中焊丝与焊枪导电嘴的接触电压降。

2.根据权利要求1所述的熔化极电弧焊接中的电信号采集方法，其特征在于，将电压信号采集放大器的一端连接导电嘴，另一端连接焊接工件，获得负载总电压降。

3.根据权利要求2所述的熔化极电弧焊接中的电信号采集方法，其特征在于，用负载总电压降减去接触电压降获得焊接回路中的电弧电压。

4.根据权利要求1、2或3所述的熔化极电弧焊接中的电信号采集方法，其特征在于，使焊丝与焊枪导电嘴电连接，并与焊枪的其它部分绝缘的具体方法为：在焊枪内设置绝缘管，该绝缘管由焊枪的焊丝引入口延伸到导电嘴的内侧端部。

5.根据权利要求4所述的熔化极电弧焊接中的电信号采集方法，其特征在于，所述绝缘管为绝缘导管或带绝缘外层护套的金属导管。

6.根据权利要求4所述的熔化极电弧焊接中的电信号采集方法，其特征在于，所述绝缘管为绝缘软管或带绝缘外层护套的金属软管。

7.根据权利要求1所述的熔化极电弧焊接中的电信号采集方法，其特征在于，所述电连接点为与焊丝电连接的接触导电装置上的点。

说明书

熔化极电弧焊接中的电信号采集方法

技术领域

[0001] 本发明涉及熔化极电弧焊接中的电信号采集方法，属于焊接技术领域。

背景技术

[0002] 在熔化极电弧焊接控制系统中，电弧电压的采集是必须的，而且是决定控制效果的最重要因素之一。

[0003] 在传统熔化极电弧焊接系统的焊接回路中有三个途径采集电弧电压，第一途径也是最常用的方法是：在焊接电源的输出端采集电弧电压，此时包括焊接电缆、焊接导电嘴在内的所有环节电压降都被一同采集作为电弧电压；第二途径：是在送丝机的焊枪连接端采集电弧电压，这样避免了焊接延长电缆过长时的焊接电缆压降影响；第三途径：是选择焊枪导电嘴固定座上与导电嘴靠近的位置作为测量点，采集测量点与焊接工件接地端之间的电压作为电弧电压。这种方法消除了外接电缆的电压降影响，是目前最为接近理想的电弧电压检测方法；

[0004] 但是即使采用第三途径采集电弧电压，焊接导电嘴的影响却仍然存在，并且焊接导电嘴与焊丝之间的接触电阻是不稳定，并且随着导电嘴磨损量的增加而增加的。事实上，对于固定电阻的电缆电压降，即使在焊接电源两端采集电压信号(第一途径)也能有效地进行补偿。可是，导电嘴与焊丝之间的接触电阻会随时变化，因此，导致电弧电压的测量结果并不可靠。此外导电嘴是易损消耗品，目前只能采用定时更换的方法，而定时更换的时间总是存在问题：更换导电嘴过早造成浪费，更换导电嘴过晚则会影响焊接过程稳定性。

发明内容

[0005] 本发明目的是为了解决导电嘴与焊丝之间的接触电阻随时变化影响焊接回路中电压测量结果可靠性的问题，提供了一种熔化极电弧焊接中的电信号采集方法。

[0006] 本发明所述熔化极电弧焊接中的电信号采集方法，

[0007] 使焊丝与焊枪导电嘴接触式电连接，并与焊枪的其它部分绝缘，所述焊丝与焊枪导电嘴电连接的点为电压采集基准点；在焊枪的送丝管入口至焊丝盘之间选择一个焊丝的电连接点作为电压采集基准点的等电位采样点；

[0008] 采用电压信号采集放大器采集获得焊接回路中的电压。

[0009] 本发明的优点：本发明用于熔化极焊接回路的电压采集过程中，它通过等电位采样点来替代电压采集基准点，以解决在实际使用中无法对理论上存在的电压采集基准点进行电压采集的问题。从而可以获得导电嘴与焊丝之间随机变化的接触电压，从而可以为电弧电压的准确测量去除干扰信号，提高焊接回路中各处电压测量结果的可靠性。同时还能够在线检测导电嘴的磨损状态。

附图说明

[0010] 图1是传统的熔化极电弧焊接系统的焊接回路原理图；

[0011] 图2是本发明的焊接回路原理图。

具体实施方式

[0012] 具体实施方式一：下面结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述熔化极电弧焊接中的电信号采集方法，

[0013] 使焊丝与焊枪导电嘴接触式导电连接，并与焊枪的其它部分绝缘，所述焊丝与焊枪导电嘴的接触式导电连接点处，取焊丝一侧的相应位置为电压采集基准点；在焊枪的送丝管入口至焊丝盘之间使用一个与焊丝接触导电的连接点作为电压采集基准点的等电位采样点；

[0014] 采用电压信号采集放大器采集获得焊接回路中的电压。

[0015] 本公开中首先对焊枪的结构进行改进，在焊枪的整体带电结构中，使焊丝只与导电嘴处有唯一一个接触导电点，而在其它部件都是相互绝缘的。焊接系统的焊接电流回路是：焊接电源的输出电流通过焊枪电缆，再通过焊枪上的导电嘴以接触导电的方式将电流导入焊丝，并通过焊丝的干伸长部分将焊接电流导入焊接电弧，焊接电弧建立在焊丝端部与焊接工件的焊接熔池之间，焊接电流再经过与焊接工件连接的焊接地线返回到焊接电源，构成一个闭合的焊接电流回路。此时在上述焊接电流回路以外的焊丝虽然是带电的，但是没有焊接电流流过，因此焊接电流回路以外的焊丝上的任意一点与电压采集基准点的电位是相等的。这样在焊枪的送丝管入口至焊丝盘之间的任何一点与焊丝电连接，该点与电压采集基准点处的电位都相等。在焊枪的送丝管入口至焊丝盘之间选择的焊丝电连接点可以通过设置专门的接触导电装置与焊丝电连接来实现。

[0016] 进行上述设置后，获得焊接回路中的各处电压至少包括以下方法：

[0017] 第一种方法：在焊接回路中，将电压信号采集放大器的一端连接所述等电位采样点，另一端连接焊接工件，获得焊接回路中的电弧电压。

[0018] 第二种方法：在焊接回路中，将电压信号采集放大器的一端连接等电位采样点，另一端连接连接导电嘴，获得焊接回路中焊丝与焊枪导电嘴的接触电压降。

[0019] 第三种方法：将电压信号采集放大器的一端连接导电嘴，另一端连接焊接工件，获得负载总电压降。

[0020] 第四种方法：在第二种方法和第三种方法的基础上，

[0021] 用负载总电压降减去接触电压降获得焊接回路中的电弧电压。

[0022] 所述的电压信号采集放大器可以是高输入阻抗的电压信号采集放大器；

[0023] 使焊丝与焊枪导电嘴电连接，并与焊枪的其它部分绝缘的具体方法可以为：

[0024] 在焊枪内设置绝缘管，该绝缘管由焊枪的焊丝引入口延伸到导电嘴的内侧端部。

[0025] 所述绝缘管可以为绝缘导管或带绝缘外层护套的金属导管。

[0026] 所述绝缘管为绝缘软管或带绝缘外层护套的金属软管。

[0027] 下面结合附图对本发明的实施进行具体说明：

[0028] 首先进行传统的熔化极电弧焊接系统的焊接回路原理说明，结合图1所示：在图1中用集中参数电阻替代各处电缆的分布参数。图1中的焊接电源1由电源V1和内部电阻R01组成；焊接电缆的电流输送回路等效电路2包括焊接电源至送丝机之间的电缆电阻R10、焊枪电缆的电阻R11和焊接地线的电阻R12。导电嘴与焊丝接触点的等效电路3包括导电嘴与焊丝之间的接触电阻R20和焊丝的干伸长部分的等效电阻R30。R31、R32、R33和R34则代表了焊丝各段的等效电阻。R_arc是电弧负载的等效电阻。在电源V1的作用下，焊接电流流经焊接电缆，焊丝和焊接电弧。最理想的电弧电压测量位置应该是在P30处，即接触电阻R20和等效电阻R30之间的连接点处，也就是所述的电压采集基准点，但是实际上这点是无法直接测量的。因此从理论上与P30点有直接关系的可测量点有P31、P32、P33和P34，由于焊丝在送给过程中与焊枪的导电部分至少有两处接触点电阻：焊枪头部的接触电阻R35和焊枪焊丝导入口的接触电阻R36，而焊丝的等效电阻R31和R32远大于焊接电缆的电阻R10和R11，因此流经焊丝的电流I31和I32可以忽略不计，则在电位上：P31＝P11，P32＝P10。

[0029] 在传统的熔化极电弧焊接系统中基本是在图1的P01、P10和P11三个点对电弧电压采样，越靠近P30点的采样点与P30点的电位越接近。如果将参考地选在P12，可以进一步提高电弧电压采样精度。但是无论怎么选择，R20上的电压降是一个无法消除的干扰量，并且随着导电嘴的磨损而增加。

[0030] 图2是本公开的熔化极电弧焊接系统焊接回路原理图。与图1的原理性差别在于移除了回路中的电阻R35和R36；也就是说，在本公开的焊接供电主回路中只在P30一点处与导电嘴有电的联系，在P30至P34的通路中无电流流过。因此，焊丝上的其它可能的电压采样点P31、P32、P33和P34处的电位与P30处的电位是相同的。这样在P31、P32、P33和P34任意处进行电压采样都可以获得与在P30处电压采样相同的结果，能够用于消除由于导电嘴与焊丝之间接触电阻R20的影响，造成电弧电压测量结果不准确的问题。

[0031] 为了实现图2的原理，具体实施中可以使焊丝在送丝装置中与焊枪及供电电缆只在P30一点有接触，其他部分均保持绝缘。同时送丝机，也就是P33点，也必须与焊枪及其供电电缆保持绝缘。

[0032] 对于焊丝与焊接电缆分离的送出供电方式，可以在焊枪的焊丝引入口处采用绝缘导管或带绝缘外层护套的金属导管，并要一直延伸到导电嘴的上端部，保证焊丝或输送焊丝的金属导管在焊枪内不与除了导电嘴之外的其它任何带电部分接触。同时焊丝的悬挂支架，送丝机的送丝轮等任何与焊丝有电接触的部分，都要与焊接供电电缆连接的带电部分保持绝缘。

[0033] 对于焊丝与电缆一体式的送丝供电方式，送丝软管可采用绝缘软管或带绝缘外层护套的金属软管。绝缘软管的端部可以采用金属接头，但金属接头的外层要有可靠的绝缘层，保证金属接头不与焊枪的入口的导电接头接触，绝缘软管要一直延伸到焊枪的头部导电嘴的上端，保证焊丝在焊枪中不与除了导电嘴之外的其他任何带电部分接触。同时焊丝的悬挂支架，送丝机的送丝轮等任何与焊丝有电接触的部分，都要与焊接供电电缆相连接的带电部分保持绝缘。

[0034] 图2中电压采样点P32、P34可以为与焊丝接触的导电嘴或电刷，送丝机的送丝轮也可以作为一个滚动导电电刷使用，即电压采样点P33。上述3个电压采样点在实施中只需使用其中的一个。

[0035] 采用高输入阻抗的电压信号采集放大器，其输入电流在微安级或更低，使焊丝电阻R31、R32、R33及采样端的接触电阻的总和可以忽略不计。在实际使用中，可以采用多个信号放大器分别接在不同的采样点上。结合图2所示，对应于上述采集电压的四种方法可以分别为：

[0036] 第一种方法：使第一电压采样放大器的正端接在P32、P33或P34上，负端接在P12上，能够获得与焊丝及导电嘴之间接触电阻R20无关的电弧电压采样信号；放大器的输入端需要10:1以上的高阻抗低噪声的衰减器。

[0037] 第二种方法：第二电压采样放大器的负端接在电压采样点P32、P33或P34上，正端接在P11上，获得焊丝及导电嘴之间接触电阻R20上的电压降，该信号可以用来在线监测导电嘴的磨损状态。

[0038] 第三种方法：采用常规的电阻分压方式，使第一电压采样放大器正端接在电压采样点P11上，负端接在P12上，获得传统方式中的电弧电压采样信号，即所述负载总电压降，该总电压降包含了R20上的接触电阻电压降。

[0039] 第四种方法：在第二种方法与第三种方法的检测结果基础上，将两个电压采样放大器的输出结果按相同的分压比处理后，再从第一电压采样放大器的输出结果中减去第二电压采样放大器的输出结果，即可将接触电阻R20的电压降从所述负载总电压信号中去除。