[发明专利]一种熔化极气体保护焊方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于熔化极气体保护焊控制领域，具体指不同于传统的熔化极气体保护焊技术其电源输出外特性为恒流特性的保护焊系统。

技术背景

焊接在工业领域中有着重要的地位，只有在焊接过程中维持电弧的稳定燃烧，才能得到高质量的焊缝。中薄板的焊接大多采用细丝焊，细丝焊中主要分为脉冲焊和短路过渡两种控制方法，脉冲焊中的弧长调节经常采用SINERGIC控制法与压频转换的方法；短路过渡中弧长调节经常采用波形控制法。

SINERGIC控制法通过预先设定的关系曲线，由送丝速度确定焊接参数。在焊接过程中，通过测量送丝速度实时调整焊接参数。然而这种方法是对弧长的开环控制，可以对因送丝速度产生的弧长变化进行补偿，但对其他原因产生的弧长变化没有调节作用。在压频转换的弧长调节过程中，当弧长变短时，控制系统检测到电弧电压变小，经过计算，增大脉冲频率，平均电流增大，熔化速度变快，直至电弧恢复到原来的长度，以维持弧长稳定。

而在短路过渡焊接中采用的波形控制法，是针对焊接过程中的不同阶段，采用合适的波形控制，当弧长变短时，调整波控参数，平均电流也随之增大，实现对弧长的自动调节。无论是压频转换方法还是波形控制法在宏观上都是采用等速送丝配合平特性电源，利用电源为恒压特性时电弧具有的自身调节作用，达到控制弧长稳定的效果。如果弧长偏离稳定工作点，焊接电流会相应的调整，焊丝的熔化速度改变，使弧长恢复。传统平特性电源的弧长调节过程依靠电弧总能量调节实现，不可避免的会产生能量的波动。

发明内容

为了保证在电源对母材的热输入基本保持不变的前提下控制弧长，避免母材能量的输入出现较大的波动，本发明提出了一种熔化极气体保护焊方法及系统。

本发明采用如下技术方案：

一种熔化极气体保护焊方法，采用等速送丝，其送丝速度范围为1.5m/min-18m/min，焊接电源输出脉冲电流，其中脉冲电流的平均值在焊接开始前根据送丝速度预先设定并在焊接过程中保持不变（参见表1,表中未列的送丝速度由插值法确定其焊接电流），脉冲电流平均值范围为80A-350A，频率范围为500Hz-15KHz；在焊接前给定电弧电压Ug，焊接过程中实时采样电弧电压的反馈值Uf，令ΔI=|k（Uf-Ug）|,其中ΔI为调整电流，k为比例系数，取值在10-100之间；当电弧电压反馈值Uf增大时，脉冲电流峰值Ip减去ΔI，基值电流Ib加上ΔI，即在保持电流平均值不变的条件下，调节脉冲电流的峰峰值，减小其有效值，从而减小焊丝的熔化速度，实现电弧电压的稳定；当电弧电压反馈值Uf减小时，脉冲电流Ip加上ΔI，基值电流Ib减去ΔI，增大焊丝的熔化速度，实现电弧电压的稳定。

表1送丝速度与焊接电流关系

注：表中送丝速度单位为m/min;电流单位为A；丝径单位为mm.

一种熔化极气体保护焊系统，包括并联的BUCK电路A和BUCK电路B，所述的BUCK电路A和BUCK电路B共地，开关管Q3的漏极与源极接在BUCK电路B的输出端，二极管D3的阴极接在BUCK电路A输出端的正极，二极管D3的阳极接在BUCK电路B输出端的正极，用于焊接的工件接在BUCK电路A的正极与地之间。BUCK电路A包括开关管Q1、电感L1、二极管D1；BUCK电路B包括开关管Q2、电感L2、二极管D2；BUCK电路B输出端的正极后面连接二极管D4的阳极，其阴极与地之间接有电容C1。所述的电容C1的容值大约为47μF到220μF之间且在其两端预施加一电压值。所述的电感L1、L2的电感值为20μH到100μH之间。当开关管Q3关断后，由于电感L2的电感值较大，当在开关管Q3的源极与漏极之间的电压大于C1的预施加电压时，二极管D4导通，对电容C1进行充电，避免因漏源电压过大而使开关管Q3击穿的现象发生。

所述的每个BUCK电路中开关管Q1、Q2的工作频率在50KHz以上，采用PWM(pluse width modulation)控制技术，控制开关管Q1、Q2的导通和关断，使两个BUCK各形成一个恒流源。