一种数字化脉冲超低飞溅气体保护MIG焊接系统及控制方法与流程

本发明涉及焊接，特别涉及一种数字化脉冲超低飞溅气体保护mig焊接系统及控制方法。

背景技术：

1、电弧焊作为工业生产中应用最广泛的熔焊方法之一，在钢结构制造、船舶建造、压力容器、石油化工管道、汽车制造及工程机械等行业中发挥着不可替代的作用。随着制造业对焊接质量、生产效率和环保要求的不断提高，对焊接设备的要求逐渐提高。

2、目前，电弧焊接本身固有使用短板；

3、1.二氧化碳纯气焊接飞溅无法彻底消除，

4、短路过渡原理决定熔滴爆破产生金属飞溅，工件表面需要打磨清理，增加工时与砂轮耗材；即便数字化机型，薄板小电流、断续点焊依旧会产生飞溅，只能依靠氩气混合气改善，用气成本随之上涨。

5、2.薄板焊接操控难度大，

6、常规机型电流下限偏高，1.5mm以内薄钢板极易烧穿；小电流电弧偏软，容易断弧、粘导电嘴，脉冲款可以改善，但设备售价更高。

7、3.送丝技术短板，

8、线缆长度制约焊接距离，单线驱动送丝机，焊枪线缆超过5米，管路弯折、走线曲折就会出丝卡顿、断断续续；想要长线作业只能选配双驱送丝总成，设备投入增加；

9、易损件消耗频次高，导电嘴、分流器、喷嘴、送丝软管属于日常消耗件。焊丝铜粉积攒在软管内部，时间久堵丝，需要定期拆解清理；

10、焊丝选型容错率低，焊丝粗细发生变动，电弧电感参数就要重新调校；焊丝偏弯、镀层不均匀，直接出现跳丝、电弧不稳。盘装焊丝存放受潮生锈，直接造成焊接不良。

11、4.二氧化碳气瓶低温结冰，气温偏低时节气瓶减压阀容易结冰冻堵出气，必须装配气体加热器，额外添置配件；

12、供气管路繁琐，气瓶摆放占地，管路布设杂乱，车间现场5s管理管控难度大；管线老化漏气，日积月累生产成本上升。混合气采购价格远高于普通二氧化碳。

13、5.数字化控制技术现状与不足，

14、现有数字化焊机虽然在一定程度上改善了焊接性能，但仍存在缺乏针对熔滴过渡全过程的精细分段控制能力，无法在短路发生的毫秒级时间尺度内实施有效的电流预控；多材质适配能力差，普通单脉冲焊机仅适用于碳钢焊接，无法稳定焊接铝材等有色金属，专用铝焊机又无法兼顾碳钢、不锈钢的低飞溅焊接需求；功率防护不完善，缺少完善的阻容吸收保护和大容量母线滤波，大功率焊接时igbt模块易被开关尖峰击穿。

15、目前，公告号为“cn202398926u”的专利公开了一种具有良好焊接波形的数字化焊机控制装置，通过及时检测焊接状态和控制输出电流来防止飞溅。然而，该方案仅采用基本的电流检测与pwm控制，缺乏针对熔滴过渡全过程的精细分段控制能力，在多材质适配、电网电压波动补偿、功率器件保护方面仍存在明显不足。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种数字化脉冲超低飞溅气体保护mig焊接系统及控制方法，具有降低co2焊接飞溅，提供的焊接电流范围和高负载，满足多种工况焊接的优点。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种数字化脉冲超低飞溅气体保护mig焊接系统的控制方法，包括如下操作步骤：

4、s1、开机自检步骤；

5、s2、工艺参数调取步骤，通过操作显示面板选择焊接工艺模式、调用job工艺程序，调取对应工艺的预存波形参数和控制参数；

6、s3、预送气步骤；

7、s4、抽丝引弧步骤，dsp数字主控板控制送丝电机先以1～5m/min的速度反向回抽焊丝3～15mm，随后以8～20m/min的速度正向高速送丝，焊丝与工件接触短路后，在20～80a的引弧电流下引燃电弧；

8、s5、nts超低飞溅波形控制焊接步骤，进入稳定焊接后，dsp数字主控板以100μs～500μs的采样周期实时采集焊接电流和电弧电压信号，执行nts四段式电流控制：

9、在短路预测阶段，根据电流变化率di/dt判定熔滴即将短路时，以50～200a/ms的第一斜率将焊接电流从焊接设定值i_set快速降低至第一电流值i1，i1为i_set的15%～30%；

10、在短路限流阶段，将焊接电流进一步降低并维持在第二电流值i2，i2为i_set的10%～20%；

11、在液桥过渡阶段，以第二斜率将焊接电流回升至第三电流值i3，i3为i_set的60%～80%；

12、在燃弧恢复阶段，以第三斜率将焊接电流恢复至焊接设定值i_set，重新建立稳定燃弧状态；

13、四个阶段在一个熔滴过渡周期内连续循环，实现熔滴的平稳过渡和超低飞溅焊接；

14、s6、电弧信号动态修正步骤，焊接过程中，所述dsp数字主控板根据实时采集的电弧电压和电流信号，通过pid闭环算法动态调节pwm输出占空比，修正电流波形，维持电弧稳定；

15、s7、收弧步骤。

16、其中，优选方案如下：

17、优选的：步骤s1中，

18、设备上电后，dsp数字主控板执行系统初始化，对功率电路、驱动电路、采样电路、送丝编码器和通讯接口进行自检，确认各模块工作正常后进入待机状态。

19、优选的：步骤s2中，

20、选择hd-pulse高速脉冲焊接模式时，dsp数字主控板调取的波形参数为，

21、脉冲峰值电流300～600a，脉冲宽度1～3ms，脉冲基值电流50～150a，脉冲频率50～500hz；

22、在脉冲峰值阶段维持射滴过渡提供充足熔深，在脉冲基值阶段维持电弧稳定并控制热输入量，通过窄短电弧实现薄板高速焊接不烧穿，以及大间隙工件root根焊单面焊双面成型。

23、优选的：步骤s3中，

24、扣下焊枪扳机，dsp数字主控板首先控制电磁气阀打开，以设定流量向焊接区域输送保护气体，预送气时间为0.3～2.0秒，排净焊枪内部空气。

25、优选的：步骤s4中，

26、抽丝引弧包括以下五个步骤，

27、s41、反向回抽步骤，所述dsp数字主控板控制送丝电机以1～5m/min的速度反向回抽焊丝3～15mm，使焊丝端部与上次焊接断点分离；

28、s42、正向高速送丝步骤，反向回抽完成后，dsp数字主控板立即控制送丝电机以8～20m/min的速度正向送丝，焊丝快速趋近工件表面；

29、s43、接触短路引弧步骤，焊丝与工件接触后形成短路回路，引弧电流在20～80a范围内，短路电流迅速上升，焊丝端部加热熔化，在电磁收缩力和电热力的共同作用下建立电弧；

30、s44、引弧确认步骤，电弧建立后，dsp数字主控板检测到电弧电压上升至10～30v范围内，判定引弧成功，转入正常焊接控制模式；

31、s45、引弧失败重试步骤，若在预设引弧时间内未检测到电弧电压，则判定引弧失败，dsp数字主控板自动返回步骤s41重新执行抽丝引弧，最大重试次数为3次；

32、若3次重试均失败，则在所述操作显示面板上显示引弧故障报警并封锁逆变输出。

33、优选的：步骤s5中，

34、还包括双驱送丝闭环控制子步骤，

35、编码器实时检测送丝电机的实际转速并传送至dsp数字主控板，dsp数字主控板将设定送丝速度与实际送丝速度进行比较运算，通过pid调节器计算送丝电机驱动pwm占空比的修正量，当检测到送丝速度偏差超过设定值的±3%时，自动调整送丝力等级，在20级送丝力范围内进行自适应调节，确保长送丝管和多弯道工况下送丝稳定。

36、优选的：步骤s7中，

37、松开焊枪扳机后，dsp数字主控板控制送丝电机停止送丝，输出收弧缓冲电流熔化焊丝端头金属球，延时关闭保护气体电磁阀，完成收弧过程。

38、优选的：还包括温度监控与功率保护步骤，

39、dsp数字主控板实时读取温度传感器采集的散热基板温度信号；

40、当散热基板温度达到65℃时，控制散热风机转速提升至全速运转；

41、当散热基板温度达到85℃时，执行切断保护，封锁igbt驱动信号，切断焊接功率输出，同时在操作显示面板上显示过温报警信息。

42、优选的：还包括焊接数据管理步骤，

43、在焊接过程中，dsp数字主控板通过多协议工业通讯接口模块将实时焊接电流、电弧电压、焊接时长、故障代码数据上传至上位机系统或云端服务器；

44、上位机系统根据采集的数据进行焊接过程全流程追溯、生产绩效考核、设备稼动率统计，以及根据累计焊接时长推送易损件更换提醒实现预防性维保。

45、一种数字化脉冲超低飞溅气体保护mig焊接系统，包括，

46、输入供电模块，包括三相输入空气开关、三相整流桥模块和母线电解电容组；

47、所述三相输入空气开关用于接入380v三相交流电源；

48、所述三相整流桥模块，其交流输入端与所述三相输入空气开关的输出端通过铜排连接，将三相交流电整流为高压直流电；

49、所述母线电解电容组，连接三相整流桥模块的直流输出端，用于母线滤波储能，并且，并联有阻容吸收板用于抑制母线电压尖峰；

50、逆变功率核心模块，包括igbt功率逆变模块、主逆变变压器、二次快恢复整流二极管模块和直流滤波电抗器；

51、所述igbt功率逆变模块，其直流母线输入端与所述母线电解电容组连接，在驱动信号控制下将直流电逆变为中频交流电；

52、所述主逆变变压器，其原边与所述igbt功率逆变模块的中频交流输出端连接，将中频交流电降压为低压大电流中频交流电；

53、所述二次快恢复整流二极管模块的输入端与所述主逆变变压器的副边通过铜排连接，将中频交流电整流为焊接直流电；

54、所述直流滤波电抗器，其输入端与所述二次快恢复整流二极管模块的正极输出连接，用于平滑焊接直流电的电流纹波并抑制短路冲击电流；

55、数字化控制模块，包括dsp数字主控板、驱动板、操作显示面板和电流采样霍尔互感器；

56、所述dsp数字主控板，通过所述驱动板向所述igbt功率逆变模块输出pwm驱动信号；

57、所述操作显示面板，通过排线与所述dsp数字主控板连接；

58、所述电流采样霍尔互感器，其信号输出端连接至所述dsp数字主控板，用于实时采集焊接电流信号形成电流数字闭环；

59、所述dsp数字主控板内存储有nts超低飞溅波形控制程序。

60、其中，优选方案如下：

61、优选的：nts超低飞溅波形控制程序采用四段式电流控制策略，将每个熔滴过渡周期划分为短路预测阶段、短路限流阶段、液桥过渡阶段和燃弧恢复阶段；

62、通过所述电流采样霍尔互感器以100μs～500μs的采样周期实时采集焊接电流，以±2a的电流控制精度动态修正pwm占空比。

63、优选的：dsp数字主控板内置有一元化专家参数数据库和job工艺程序存储模块；

64、通过操作显示面板仅设定焊接电流、板厚参数，dsp数字主控板根据预存的一元化专家参数数据库自动匹配对应的电弧电压、送丝速度、脉冲参数和波形控制参数；

65、job工艺程序存储模块支持存储多组焊接工艺配方，换产品时一键调用对应工艺参数。

66、综上所述，本发明具有以下有益效果：

67、1.通过四段式电流控制设置，在熔滴短路前主动降流、短路时限制能量、液桥过渡时控制恢复速率、燃弧恢复时稳定重建电弧，co2纯气焊接飞溅减少约85%，能够起到大幅减少打磨工序和砂轮耗材，工件表面清洁度高，喷漆前无需额外清理，降低人工成本的效果；

68、2.通过短电弧模式的设置，热输入精确可控，支持root根焊单面焊双面成型和deepen深透弧工艺，能够起到焊接薄板0.8～1.5mm不易烧穿，厚板减少坡口加工量，焊缝鱼鳞纹均匀，探伤合格率提升，减少分工返修的效果；

69、3.通过反向抽丝逻辑引弧的设置，能够起到长线缆、移动工况、盘绕电缆也能稳定起弧，引弧成功率接近100%，收弧时自动填满弧坑、无缩孔、无粘导电嘴，导电嘴和喷嘴损耗降低的效果；

70、4.通过全数字化dsp精准波形控制与一元化调节的设置，全数字化波形控制配合一元化参数调节功能，能够起到更换焊丝直径或焊接工况时无需手动重新调校电感参数，换型调试时间从传统的几十分钟缩短至几分钟，柔性生产效率大幅提升的效果；

71、5.通过双驱高精度送丝的设置，能够起到编码器反馈闭环控制配合20级送丝力可调功能，送丝速度偏差控制在±3%以内，长送丝管和多弯道工况下送丝稳定不打滑，焊丝损耗降低，焊缝缺陷大幅减少的效果；

72、6.通过功率防护与散热体系的设置，阻容吸收板、母线电解电容组和直流滤波电抗器三重协同防护，能够起到有效抑制igbt开关尖峰、平滑电流纹波、缓冲短路冲击电流，独立风道设计适应高温车间和粉尘工地，三级温度保护确保设备安全稳定运行的效果。