[发明专利]用于Plasma-MIG复合焊枪的电弧引弧控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接过程控制技术领域，具体是一种用于Plasma-MIG复合焊枪的电弧引弧控制系统及控制方法。

背景技术

采用复合热源是实现高效化焊接的一种有效途径。复合电弧并不是简单的热源叠加，而是在深刻理解每种热源特点和机理的基础上进行优差互补的整合过程，可同时提高焊接质量和效率。

Plasma-MIG复合焊是目前国内外正在进行系统研究的复合热源焊接工艺，这种焊接技术是等离子电弧和熔化极惰性气体保护焊(MIG)接方法的结合，由于其焊枪结构的独特性，干伸长大，而且压缩后的等离子弧中心温度很高，焊丝融化速度快。等离子弧与MIG电弧在空间进行耦合，焊丝底端、熔滴与MIG电弧也都包围在炽热的等离子弧内部，熔滴受力、熔化极电流走向等都发生了很大变化，由此产生了这种工艺方法的一系列特点，即焊丝熔化速度快、无飞溅、焊接过程稳定，气孔少、晶粒小、接头质量高等。适用于厚板的深熔焊和薄板的高速焊，是一种高效的焊接工艺。

Plasma-MIG复合电弧焊接关键在于实现等离子弧和MIG电弧的稳定耦合。然而在复合电弧起弧过程中，通常采用先引燃MIG电弧后激发等离子电弧的方式，在不同的焊接参数下，MIG电弧产生的电离气氛存在差异，存在无法建立等离子电弧的问题，造成Plasma-MIG复合电弧起弧困难或者无法起弧的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种用于Plasma-MIG复合焊枪的电弧引弧控制系统及控制方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种用于Plasma-MIG复合焊枪的电弧引弧控制系统，包括PLC控制模块、接口电路模块及程序控制模块，其中，所述PLC控制模块与程序控制模块相连接，所述PLC控制模块和程序控制模块通过接口电路模块与焊机相连接

所述PLC控制模块包括：CPU子模块、数字量输入/输出子模块、模拟量输入/输出子模块以及数据通讯模块，所述CPU子模块为控制核心，并分别与焊枪的熔化极焊接电源、等离子弧焊接电源以及弧焊机器人的运动系统相连接，所述数字量输入/输出子模块和模拟量输入/输出子模块与CPU子模块相连接，用于工艺参数读取和传输，所述CPU子模块、数字量输入/输出子模块和模拟量输入/输出子模块通过数据通讯模块与接口电路相连接，实现焊接信息交换。

所述接口电路模块包括：焊接电源通讯子模块、弧焊机器人通讯子模块以及主控制器通讯子模块；所述焊接电源通讯子模块连接焊枪的熔化极焊接电源和等离子弧焊接电源；所述弧焊机器人通讯子模块连接焊枪的弧焊机器人和变位机；所述主控制器通讯子模块连接PLC控制模块和焊枪的显示终端；所述焊接电源通讯子模块、弧焊机器人通讯子模块以及主控制器通讯子模块分别通过RS-232或CAN总线进行数据连接，实现PLC控制模块对Plasma-MIG复合焊接过程的协调控制。

所述程序控制模块包括：起弧控制程序子模块和焊接过程监测程序子模块，所述起弧控制程序子模块包含起弧参数和焊接参数的转换单元，并与PLC控制模块相连接；所述焊接过程监测程序子模块与焊枪的弧焊机器人和焊枪的焊接电源相连接，实现焊接过程电弧状态监测及焊枪运动、熔化极焊接电源和等离子弧焊接电源的协调动作。

一种用于Plasma-MIG复合焊枪的电弧引弧控制系统及控制方法的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，设定熔化极焊接电源及等离子弧焊接电源焊接过程的焊接参数，然后初始化程序控制模块中的控制程序；

步骤二，焊接开始后调用起弧控制模式，通过改变熔化极焊接电源和等离子弧焊接电源的输出状态控制电弧的燃烧过程，实现电弧的稳定耦合；

步骤三，电弧耦合成功后转入正常焊接模式，控制焊接机器人按照设定的轨迹运动，焊接过程中监控熔化极焊接电源和等离子弧焊接电源的输出状态，当复合电弧出现断弧现象后重复步骤二。

所述控制程序具体为：焊接开始后利用短路过程建立MIG电弧后，同时触发控制信号为高电平输出；PLC调入起弧控制模式，控制熔化极焊接电源和等离子弧焊接电源输出起弧参数，在起弧控制模式下，当击穿电压小于等离子弧焊接电源空载电压后等离子弧引燃，电弧复合成功。

所述起弧控制模式具体为：引弧过程中熔化极焊接电源的输出电压线性增加，与之对应的熔化极焊接电源的电流则采用线性衰减，造成熔化速度大于送丝速度，使得熔化极焊接电源的电弧上升，降低击穿空气所需电压逐渐，增加电弧复合成功率。