一种锁孔效应tig深熔焊焊机控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及焊接装备领域，尤其涉及一种产生锁孔效应TIG深熔焊的焊机控制系统。
【背景技术】
[0002]TIG焊(Tungsten Inert Gas arc Welding)，又称为惰性气体妈极保护焊，其是一种成熟的焊接方法，在碳钢、不锈钢、铝合金及有色金属材料的焊接领域有广泛的应用。普通的TIG焊接电弧稳定，焊接质量好，但是其熔深较浅，焊接速度较慢，效率较低。如对于不锈钢或钛合金，一般一次焊接熔深最大只能达到4mm左右。因此，TIG焊一般用于薄板焊接或者厚壁重要构件的底层熔透焊道打底焊。
[0003]对于中厚度(Mmm)金属板材，传统的做法需要在连接处根据实际板厚开相应角度的坡口，并进行多层多道焊接才能完成，这样的方式不但导致焊接效率大大降低，而且会导致焊接变形和热影响区增大，通常会影响到焊接接头的质量。例如，对钛合金来说，热影响区增大意味着晶粒的长大，导致其韧性急剧下降。如不开坡口、一次焊接就能全部焊透，从而大大提高焊接效率，显著减少钢板开坡口和焊接的工时，并能不用或用很少的填充焊材，将极大地降低焊接成本。因此，开发大熔深的高效TIG焊接方法对于提高焊接效率、减少焊接材料消耗有很大的好处。
[0004]目前能形成“锁孔”效应焊接的技术主要在激光焊、真空电子束焊和等离子焊中实现。激光焊和真空电子束焊设备非常昂贵，对焊接环境和焊件要求苛刻，等离子焊需要压缩电弧，焊接能量密度很高，焊枪设计复杂、需要经常维护、对焊接参数的变化很敏感，并且目前等离子焊技术对板厚8至10毫米以上不锈钢，10至12毫米以上钛合金无法实现单面焊双面成形的一次性焊接，焊接成本高。
【发明内容】
[0005]本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种锁孔效应TIG深熔焊焊机控制系统。可能够驱动焊枪实现锁孔效应的深熔焊，使得焊接效率大大提高，对13毫米厚的不锈钢、15毫米厚的钛合金焊件实现无需开坡口、单面焊双面成形的一次性焊接。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种锁孔效应TIG深熔焊焊机控制系统，包括主控制电路模块、人机界面、焊接电源控制模块、控制开关模块、高频起弧模块、电流平衡模块、双路驱动模块以及双路IGBT模块；
所述人机界面产生控制指令并输入所述主控制电路模块；
所述主控制电路模块根据所述控制指令包含的工艺参数生成焊接控制时序数据，并将所述焊接控制时序数据传送入所述焊接电源控制模块；
所述焊接电源控制模块根据所述焊接控制时序数据控制所述控制开关模块对所述高频起弧模块产生开/关动作，并使所述电流平衡模块输出激励控制信号，并通过所述电流平衡模块使所述双路驱动模块输出电流的差异在限定范围内； 所述双路驱动模块依据所述激励控制信号使所述双路IGBT模块输出最高100A直流电流，并与所述高频起弧模块产生的高频脉冲高压信号叠加输入焊枪。
[0007]进一步地，还包括运行状态信号反馈处理模块，用于将所述焊枪的运行状态反馈输入所述焊接电源控制模块以及电流平衡模块。
[0008]更进一步地，所述运行状态信号反馈处理模块包括分别用于检测焊枪焊接电流、电压、功率器件温度、冷水机运行状态以及双路IGBT模块输出状态的焊接电流反馈模块、焊接电压反馈模块、温度信号反馈模块、冷水机运行状态反馈模块以及两路IGBT输出反馈丰旲块。
[0009]更进一步地，所述控制开关模块包括焊枪保护气气阀开关、冷水机电源开关和焊枪开关，分别用于开关焊枪保护气气阀，开关冷水机电源以及通过控制所述高频起弧模块工作完成所述焊枪的起弧。
[0010]进一步地，所述人机界面包括液晶显示模块、薄膜按键输入模块、线控开关输入模块、ENET网络接口模块和报警单元模块；
所述液晶显示模块用于显示设置信息、焊接工艺参数数据、焊接工况、用户操作指引信息以及焊机的当前状态信息；
所述薄膜按键输入模块用于将用户输入指令转换成特定编码数据，并将所述编码数据传送至所述主控制电路模块；
所述线控开关输入模块将用户的按键输入进行编码转换并传送给所述主控制电路模块；
所述ENET网络接口处理模块提供网络接口，用于远程接受用户的输入编制好的焊接工艺参数脚本文件下载到焊机，或者读取焊机当前使用焊接工艺参数数据；
所述报警单元模块，用于在焊机发生异常状况的时候，接收所述主控制电路模块的控制信号，向用户发出报警警示信号。
[0011]更进一步地，所述双路IGBT模块控制电弧电流沿Ι=β t2+I α快速平滑上升至熔池穿透电流Ιρ，并把穿透电流Ip保持输出Tp时间穿透焊件，产生锁孔效应后迅速降低电流输出至焊接电流Iw，维持稳定焊接电流至焊接完成，并通过I=_kt+Iw收弧，其中β为与焊接材料与厚度确定的系数，I α为起弧电流，t为时间变量，k为常数系数。
[0012]本发明实施例还公开了一种使用上述锁孔效应TIG深熔焊焊机控制系统的控制方法，包括以下步骤:
开启焊枪保护气阀门，使保护气体输送至焊枪，待所述焊枪的钨极与待焊焊点之间的空气被排空后，双路驱动模块激励双路IGBT模块输出起弧电流Ia，系统通过启动高频起弧模块向所述焊枪的钨极输出高频高压，使所述钨极与焊点之间起弧，所述双路IGBT模块输出电流Ia使电弧得到维持，关闭所述高频起弧模块，系统持续向驱动模块增加激励，使所述双路IGBT模块输出电流沿曲线I= β t2+I α上升至熔池穿透电流Ιρ，并把穿透电流Ip保持输出Tp时间穿透焊件，产生锁孔效应后迅速降低电流输出至焊接电流Iw，维持稳定焊接电流至焊接完成，并通过I=_kt+Iw收弧，其中β为与焊接材料与厚度确定的系数，Ia为起弧电流，t为时间变量，k为常数系数。
[0013]进一步地，在产生锁孔效应后所述焊枪沿焊缝与焊件做相对位移运动，使熔池不断前移。
[0014]更进一步地，控制系统通过运行状态信号反馈处理模块检测所述双路IGBT模块的两路桥臂输出间差异是否超过预设范围，通过所述电流平衡模块和双路驱动模块对所述双路IGBT模块输出电流进行微调。
[0015]实施本发明实施例，具有如下有益效果:本发明能够实现锁孔效应的深熔焊，使得焊接效率大大提高，对13毫米厚的不锈钢、15毫米厚的钛合金焊件进行焊接，可以实现无需开坡口无需填充焊丝，一次性焊透，单面焊双面成形，从而大大提升焊接效率，降低能源消耗，节约了焊接成本，具有巨大的工业应用价值。
[0016]
【附图说明】
[0017]图1是本发明的整体结构示意框图；
图2是焊接电流变化示意图。
[0018]【具体实施方式】
[0019]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
[0020]参照图1所示的本实施例的结构示意框图。
[0021]在本实施例中，一种锁孔效应TIG深熔焊焊机控制系统，对针对本申请人的发明专利:锁孔效应TIG深熔焊焊枪(专利号:201420318497.7)进行设计的控制系统，包括主控制电路模块1、人机界面2、焊接电源控制模块3、控制开关模块4、高频起弧模块5、电流平衡模块6、双路驱动模块7、双路IGBT模块8、运行状态信号反馈处理模块9。
[0022]主控制电路模块I包括32位高速ARM微处理器存储单元和外围接口电路单元，用于将用户选定的工艺参数数据换算生成精确焊接控制时序数据，并将数据传送到焊接电源控制模