[发明专利]用于窄间隙脉冲电弧焊接的PLC控制系统及控制方法

说明书

本发明公开一种窄间隙脉冲电弧焊接的PLC控制系统及控制方法，控制系统包括PLC、触摸屏、驱动器组、通讯模块、焊接电源、窄间隙焊炬、焊丝、摄像机、脉冲电流检测器、D/A模块、图像采集卡、计算机、工件以及装有焊炬横向调节电机、焊炬高度调节电机和工件拖动电机的焊接操作机，工件设有坡口，坡口包括坡口左侧壁和坡口右侧壁及底面，焊接时，导电杆和导电嘴带着焊丝伸入坡口内，焊丝与工件之间产生电弧。本发明采用PLC作为窄间隙脉冲电弧焊接的控制系统核心，省去了许多分离元件，在简化控制电路的同时提高了系统抗干扰能力，同时基于触摸屏的参数可视化设定较好地实现了人机系统交互，使系统操作更加便利直观、功能更加丰富多样。

技术领域

本发明涉及一种针对机械驱动式窄间隙脉冲电弧焊接的PLC(可编程控制器件、Programmable Logic Controller)控制系统及控制系统，属于焊接技术领域。

背景技术

窄间隙焊接方法是一种高效、高质量、低成本的厚板金属结构件焊接制造方法。为解决窄间隙坡口侧壁的熔透问题，国内外研究者通过特制焊丝、机械驱动、磁控、多电极等途径使电弧产生坡口横向运动，先后开发了多种窄间隙焊接工艺，代表性的有：蛇形焊丝焊接法、高速旋转电弧焊接法、摇动电弧焊接法、超窄间隙焊接法、双丝窄间隙法等。其中，由于机械驱动式窄间隙电弧焊方法的电弧位置与电弧热力分布可控性强，应用较为广泛，其关键在于精准控制电弧移动轨迹。

采用脉冲电弧焊接时，焊接电流发生周期性脉动，基值期焊接电流用于维持电弧燃烧，而峰值期焊接电流可促进熔滴过渡和焊丝熔化。与直流电弧相比，脉冲电弧焊接电流的规律性变化还促使熔池发生周期性振荡，有利于细化焊缝金属晶粒。脉冲电弧与窄间隙焊接方法的结合，可进一步降低窄间隙焊接热输入，改善焊接接头组织(尤其是接头热影响区)，提高接头力学性能。

公开号为CN102398100B，名称为“摇动电弧窄间隙焊接系统的控制方法及装置”的中国发明专利中，公开了一种采用互连双单片机控制的摇动电弧窄间隙焊接系统控制方法及装置，通过第一单片机分时设定不同摇动工艺参数并发送给第二单片机，第二单片机检测电弧摇动轨迹中点和电弧摇动频率，控制电弧按预定轨迹摇动，实现摇动电弧窄间隙焊接过程数字化控制。其缺点是：①所述双单片机系统不能很好地抵御大电流焊接时的强电磁空间干扰；②所述双单片机系统的功能单一，不能实现焊炬自动定位、焊接过程监控及焊缝跟踪等功能，现场应用适应性不强。

公开号为CN110977109A，名称为“一种适用于超窄间隙的GTAW焊接系统及焊接方法”的中国发明专利申请中，公开了一种采用非轴对称钨极旋转的超窄间隙GTAW方法及系统，在小于6mm的坡口间隙条件下，获得侧壁熔合良好的非熔化极窄间隙气保焊接头。其不足之处是：①在长时间焊接后，所述非轴对称钨极端部容易出现烧损，从而影响电弧的有效旋转半径，最终出现侧壁熔透不良问题；②所述方法的电弧轨迹单一，系统功能较少，在变间隙坡口焊接时的适应性不强。

发明内容

本发明的目的是为克服现有窄间隙焊接控制器抗干扰能力差、焊接参数调节不便利、电弧运动控制精度不高、焊接适应性不强、功能单一的问题和缺陷，针对窄间隙脉冲电弧焊接，提出一种抗干扰能力强、焊接参数调节方便、电弧运动控制精度高、工程实用性强、环境适应性好的PLC控制系统及方法，通过PLC和触摸屏互相配合，实现对机械驱动式窄间隙脉冲电弧焊接过程的数字化精确控制，并利用脉冲电流检测器控制摄像机采集电弧干扰小的焊接区域图像，用于窄间隙脉冲电弧焊接过程的可视化监控、焊缝偏差视觉检测与跟踪控制。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种用于窄间隙脉冲电弧焊接的PLC控制系统，包括PLC、触摸屏、驱动器组、通讯模块、焊接电源、窄间隙焊炬、焊丝、摄像机、脉冲电流检测器、D/A模块、图像采集卡、计算机、工件以及装有焊炬横向调节电机、焊炬高度调节电机和工件拖动电机的焊接操作机，所述工件设有坡口，所述坡口包括坡口左侧壁和坡口右侧壁和底面，焊接时，所述导电杆和所述导电嘴带着所述焊丝伸入所述坡口内，所述焊丝与所述工件之间产生电弧。