一種焊條自動焊接系統(tǒng)及自動焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種焊條自動焊接系統(tǒng)及自動焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]焊條電弧焊是一種通過焊工手持焊鉗，夾持焊條施焊的傳統(tǒng)焊接方法。該方法具有設(shè)備簡單，操作靈活，應(yīng)用廣泛等優(yōu)點。但由于該方法焊接質(zhì)量受焊工操作水平影響較大，普通焊工操作時，焊縫質(zhì)量穩(wěn)定性差。
[0003]在焊接材料和焊接設(shè)備的開發(fā)過程中，經(jīng)常需要對所開發(fā)的產(chǎn)品進行測試，這類測試需要嚴(yán)格保證測試過程中各個相關(guān)因素的穩(wěn)定性，其中便包含焊工的手法。焊工手法主要涉及焊條的傾角、焊接行走速度和焊接過程中的送條速度等。前兩種因素易于實現(xiàn)自動化控制，焊條自動化焊接的難點就在于在焊接過程中以合適的速度輸送焊條。
[0004]目前，與現(xiàn)有的平特性焊接電源匹配的等速送絲技術(shù)較為成熟，易于實現(xiàn)自動化焊接，但是焊條電弧焊是下降特性電源，與其匹配的是變速送絲。大電流的粗絲埋弧焊能夠?qū)崿F(xiàn)自動變速送絲，而小電流的焊條電弧焊自動焊接設(shè)備鮮有文獻報道。伊利諾斯器械工程公司的發(fā)明專利(CN 03146445.9)“回拉和進送焊條的方法和設(shè)備”實際上是介紹的一種焊絲送絲控制方法，而非傳統(tǒng)意義上的焊條；倪雪峰的發(fā)明專利(CN 93112593.6) “連續(xù)電焊條”介紹了一種以提供工作效率為目的的連續(xù)焊條輸送裝置，焊接過程送絲速度不受弧壓影響，速度恒定；昆山華恒工程技術(shù)中心有限公司的專利(CN 200710019267.5) “弧長自動控制裝置”介紹了一種氬弧焊弧長自動控制裝置，電極移動速度受電壓影響，但由于電極是非熔化極，與熔化極焊條電弧焊有本質(zhì)區(qū)別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種組成合理，裝夾簡單，運行穩(wěn)定，操作簡便，無需定時調(diào)整，能夠?qū)崿F(xiàn)焊條自動化焊接，減少人為因素對焊條電弧焊焊接質(zhì)量影響的焊條自動焊接系統(tǒng)及自動焊接方法。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種焊條自動焊接系統(tǒng)，其包括焊接電源、焊條、工件、人機交互界面、電弧信息采集系統(tǒng)、運動執(zhí)行機構(gòu)、焊接電源控制模塊和PLC控制器，其特征在于:所述焊接電源連接焊條和焊接電源控制模塊，所述人機交互界面連接PLC控制器，用于接受使用者操作指令并顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)；所述電弧信息采集系統(tǒng)連接焊條、工件和PLC控制器，實時采集電弧電壓，并對采集到的電壓信號進行處理，傳送到PLC控制器；所述運動執(zhí)行機構(gòu)，根據(jù)所述電弧信息采集系統(tǒng)采集的信息，在PLC控制器控制下，帶動焊條移動，實時調(diào)節(jié)速度；所述焊接電源控制模塊根據(jù)所述電弧信息采集系統(tǒng)實時采集的信息，在PLC控制器的控制下，接通或者切斷焊接電源；所述PLC控制器包括自動引弧模塊、焊條輸送計算模塊、恒壓控制模塊，用于實時接收人機交互界面、電弧信息采集系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后、將數(shù)據(jù)發(fā)送到人機交互界面，并實現(xiàn)對運動執(zhí)行機構(gòu)、焊接電源控制模塊的控制。
[0007]進一步，所述運動執(zhí)行機構(gòu)包括步進電機和機械滑臺，所述步進電機連接機械滑臺，為機械滑臺的移動提供動力，PLC控制器與步進電機相連，控制步進電機的轉(zhuǎn)動；所述機械滑臺上固定焊條，帶動焊條做相應(yīng)的位移。
[0008]進一步，所述焊接電源控制模塊連接工件和焊接電源，根據(jù)PLC控制器的控制指令，實現(xiàn)對焊接回路的通斷控制。
[0009]進一步，所述人機交互界面包括文本控制器、按鈕。
[0010]進一步，所述電弧信息采集系統(tǒng)包括電壓分壓裝置、電壓傳感器、電流傳感器。
[0011]本發(fā)明上述焊條自動焊接系統(tǒng)的自動焊接方法，其包括以下步驟:
(1)將焊條安裝在運動執(zhí)行機構(gòu)上，根據(jù)需要使焊條與工件豎直方向成一定角度的夾角，啟動焊接電源；
(2)通過人機交互界面設(shè)置焊條起始送條速度1、平均電弧電壓Us、焊條傾角α以及焊條有效燃燒長度L，將焊條下端移到接近工件的位置；結(jié)合焊條起始送條速度Vi，得出在豎直方向的起始送條速度V2，V^V^cos α ；
(3)通過人機交互界面啟動焊接過程；焊接電源控制模塊中繼電器吸合，回路導(dǎo)通，焊條帶電；運動執(zhí)行機構(gòu)帶動焊條以PLC控制器默認(rèn)的較低的速度V。向下移動，電弧信息采集系統(tǒng)實時采集焊條與工件間的電弧電壓U，當(dāng)PLC控制器檢測到引弧成功信號后，運動執(zhí)行機構(gòu)先以設(shè)定好的豎直方向的起始送條速度^運送焊條；
(4)引弧成功后，PLC控制器開始計算焊條實際向下移動的距離Η2;
(5)焊接過程中，PLC控制器實時采集電弧電壓U，并依據(jù)相應(yīng)的控制規(guī)則，通過實時調(diào)節(jié)步進電機的轉(zhuǎn)速的方式，調(diào)整豎直方向焊條移動速度V2;
(6)當(dāng)需要停止焊接過程時，PLC控制器根據(jù)控制需要，中斷焊接過程。自動焊接過程停止過程主要包括通過焊接電源控制模塊切斷焊接電源，使焊機處于待機狀態(tài)，運動執(zhí)行機構(gòu)停止動作。
[0012]進一步，步驟(3)中PLC控制器根據(jù)如下規(guī)則判定引弧是否成功:當(dāng)U1Kl^，且該狀態(tài)持續(xù)達到時間T，可以判定起弧成功；其中，ASPLC控制器默認(rèn)正常燃弧時最小的電弧電壓，u2SPLC控制器默認(rèn)正常燃弧時最大的電弧電壓，時間T為判定引弧成功的時間變量。
[0013]進一步，步驟(4)中H2計算方法是:步進電機每接受一個驅(qū)動脈沖，移動一步，步長與步進電機的細(xì)分?jǐn)?shù)以及運動機構(gòu)的螺距等參數(shù)有關(guān)，一旦該參數(shù)確定下來，步長恒定，記為δ，ΡΙΧ控制器統(tǒng)計發(fā)出脈沖的個數(shù)n，從而計算實時的移動距離Η2=η*δ，焊條燃燒長度即為H2/cos α。
[0014]進一步，步驟(5)中PLC控制器開始根據(jù)采集到的弧壓，以保證弧壓接近期望的平均電弧電壓Us為目的調(diào)節(jié)V2的值，若弧壓高于設(shè)定值，增加送條速度，反之，減少速度；將實時電弧電壓U與期望的平均電弧電壓Us差值分為幾個段:|U-Us| <0.5V這種狀態(tài)下不做調(diào)整;|U-Us I彡1.5V這種狀態(tài)下，每一個掃描周期增加或減少V2的值；|U-Us I > 1.5V這種狀態(tài)下，直接將V2的值調(diào)整為PLC控制器默認(rèn)的最大移動速度V _或者PLC控制器默認(rèn)的最小移動速度V_。
[0015]進一步，步驟(6)中當(dāng)焊接過程出現(xiàn)以下三種情況，停止自動焊接過程:第一、通過運算得出在豎直方向需要移動的距離氏，H^L^cos α ;焊條實際向下移動距離凡與豎直方向需要移動的距離Hi相等時，焊條已經(jīng)順利燃燒完期望的長度，自動焊接過程停止；第二、在焊接過程中，電弧電壓U低于仏且持續(xù)1秒，表明焊條粘到工件上，自動焊接過程停止；第三、在其他意外情況時，關(guān)閉控制開關(guān)，結(jié)束自動焊接過程。結(jié)束自動焊接過程主要包括通過焊接電源控制模塊切斷焊接電源與工件之間的連接，使焊機處于待機狀態(tài)，運動執(zhí)行機構(gòu)停止動作。
[0016]本發(fā)明焊條自動焊接系統(tǒng)及其自動焊接方法的優(yōu)點是:
(1)焊條自動焊接系統(tǒng)及其自動焊接方法，設(shè)置焊條傾角，焊條引弧過程自動完成，焊接過程中，電弧電壓范圍可以預(yù)置，設(shè)置焊條有效燃燒長度，焊接完成后自動切斷焊接電源。設(shè)備簡單，運行穩(wěn)定，基本滿足焊條工藝實驗要求，能夠?qū)崿F(xiàn)焊條自動化焊接，有助于對焊條焊接工藝分析測試工作的開展。
[0017]( 2 )焊條自動焊接系統(tǒng)及其自動焊接方法，自