熔化极短路焊接控制方法与流程

本公开涉及焊接技术领域，尤其涉及一种熔化极短路焊接控制方法。

背景技术：

在熔化极短路焊接过程中，短路、电弧交替进行，但在中大电流领域或焊接电压不合适时，除正常短路外，会伴随发生一些异常短路。一种常见的异常短路就是短路时间非常短的短路，这些短路称为瞬时短路。

通过高速摄像机发现，瞬时短路发生时，弧长非常短、熔滴非常大，熔滴只是接触了一下熔池后马上释放，熔滴基本没有过渡或只是过渡了很少一部分到熔池中，这就造成熔滴不脱落或脱落不完全，此时容易产生两种后果，一是焊接飞溅，二是异常电压，这将影响电压输出的稳定性及电弧的稳定性。

所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本公开的目的在于提供一种熔化极短路焊接控制方法，用于抑制瞬时短路和异常电压。

为实现上述发明目的，本公开采用如下技术方案：

本公开提供一种熔化极短路焊接控制方法，包括：

瞬时短路结束后，比较电流指令备份值与电流阈值，并比较电压指令备份值与设定电压值；若所述电流指令备份值不大于所述电流阈值，且所述电压指令备份值不大于所述设定电压值，则确定第一电流增大速率，并根据所述第一电流增大速率确定恢复时间段内的各个时刻的电压指令值和电流指令值；若所述电流指令备份值大于所述电流阈值或者所述电压指令备份值大于所述设定电压值，则确定第二电流增大速率，并根据所述第二电流增大速率确定所述恢复时间段内的各个时刻的电压指令值和电流指令值；所述第一电流增大速率大于所述第二电流增大速率；

在所述恢复时间段内，根据确定的恢复时间段内的各个时刻的电压指令值和电流指令值，设置各个时刻的电压指令值和电流指令值。

在本公开的一种示例性实施例中，熔化极短路焊接控制方法还包括：

获取瞬时短路持续时间；

确定第一电流增大速率包括：

确定标准电流增大速率为所述第一电流增大速率；

确定第二电流增大速率包括：

根据所述标准电流增大速率和所述瞬时短路持续时间确定所述第二电流增大速率。

在本公开的一种示例性实施例中，根据所述标准电流增大速率和所述瞬时短路持续时间确定所述第二电流增大速率包括：

根据如下公式，计算第二电流增大速率knew2：

knew2＝(kmax–kstd)*t0/t1+kstd

其中，kmax为极限电流增大速率，kstd为标准电流增大速率，t0为瞬时短路持续时间，t1为阈值时间。

在本公开的一种示例性实施例中，根据所述第一电流增大速率确定恢复时间段内的各个时刻的电压指令值包括：

根据所述第一电流增大速率和所述电流指令备份值确定所述恢复时间段的持续时间；

根据所述第一电流增大速率的数值确定第一电压相关参数；

根据所述第一电压相关参数确定恢复时间段结束时刻的电压预期值；

根据恢复时间段的持续时间、恢复时间段结束时刻的电压预期值确定恢复时间段内的各个时刻的电压指令值。

在本公开的一种示例性实施例中，根据所述第一电流增大速率的数值确定第一电压相关参数的数值包括：

确定第一电压相关参数kv1，使得第一电压相关参数kv1等于第一电流增大速率knew1的数值；

根据所述第一电压相关参数确定恢复时间段结束时刻的电压预期值包括：

根据如下公式，计算恢复时间段结束时刻的电压预期值vnew：

vnew＝v0*(1+(vset-vave)*k1+k2*kv1)

其中，v0为电压指令备份值，单位为伏特；vset为设定电压值，单位为伏特；vave为平均反馈电压值，单位为伏特；k1为第一参数，单位为v^-1；k2为第二参数，无单位；kv1为第一电压相关参数，无单位。

在本公开的一种示例性实施例中，根据所述第二电流增大速率确定恢复时间段内的各个时刻的电压指令值包括：

根据所述第二电流增大速率和所述电流指令备份值确定所述恢复时间段的持续时间；

根据所述第二电流增大速率的数值确定第二电压相关参数；

根据所述第二电压相关参数确定恢复时间段结束时刻的电压预期值；

根据恢复时间段的持续时间、恢复时间段结束时刻的电压预期值确定恢复时间段内的各个时刻的电压指令值。

在本公开的一种示例性实施例中，根据所述第二电流增大速率的数值确定第二电压相关参数的数值包括：

确定第二电压相关参数kv2，使得第二电压相关参数kv2等于第二电流增大速率knew2的数值；

根据所述第二电压相关参数确定恢复时间段结束时刻的电压预期值包括：

根据如下公式，计算恢复时间段结束时刻的电压预期值vnew：

vnew＝v0*(1+(vset-vave)*k3+k4*kv2)

其中，v0为电压指令备份值，单位为伏特；vset为设定电压值，单位为伏特；vave为平均反馈电压值，单位为伏特；k3为第三参数，单位为v^-1；k4为第四参数，无单位；kv1为第一电压相关参数，无单位。

在本公开的一种示例性实施例中，所述熔化极短路焊接控制方法还包括：

判断当前时刻是否发生短路；

若判断当前时刻发生短路，则将当前电流指令值保存为所述电流指令备份值，将当前电压指令值保存为所述电压指令备份值；

在短路持续状态下，将电流指令值设置为基础电流值，所述基础电流值小于任意所述电流指令备份值；将电压指令值设置为基础电压值，所述基础电压值小于任意所述电压指令备份值。

在本公开的一种示例性实施例中，所述熔化极短路焊接控制方法还包括：

判断短路结束时刻，并计算短路持续时间；

根据短路持续时间，判断短路是否为瞬时短路。

在本公开的一种示例性实施例中，判断当前时刻是否发生短路包括：

判断当前时刻的电流值增大加速度是否大于第一预设加速度；若当前时刻的电流值增大加速度大于第一预设加速度，则判断当前时刻发生短路；

判断短路结束时刻包括：

判断当前时刻的电流值减小加速度是否大于第二预设加速度；若当前时刻的电流值减小加速度大于第二预设加速度，则判断当前时刻为短路结束时刻。

本公开提供的熔化极短路焊接控制方法，能够根据电流指令备份值大小和电压指令备份值的大小判断电弧能量的大小和异常电压出现概率的大小，并在不同的情形下采用不同的控制策略。当电流指令备份值不大于电流阈值，且电压指令备份值不大于设定电压值时，电弧能量低，异常电压出现的倾向性小，为了保证焊接的连续性，电流指令值以较大的第一电流增大速率恢复至电流指令备份值。为了避免出现瞬时短路，可以根据第一电流增大速率重新计算恢复时间段内的各个时刻的电压指令值，进而实现对电弧能量的控制，抑制异常电压的产生和提高焊接的效率。当电流指令备份值大于电流阈值，或者电压指令备份值大于设定电压值时，电弧能量高，出现异常电压的概率大，为了避免异常电压的影响，电流指令值可以以较小的第二电流增大速率恢复至电流指令备份值。同时，可以根据较小的第二电流增大速率重新计算恢复时间段内的各个时刻的电压指令值，进而实现对电弧能量的控制，抑制异常电压的产生和提高焊接的效率。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是现有技术中电压指令值和电流指令值示意图。

图2是本实施方式中熔化极短路焊接控制方法流程示意图。

图3是本实施方式中一种瞬时短路释放后的电压指令值和电流指令值示图。

图4是本实施方式中一种瞬时短路释放后的电压指令值和电流指令值示图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。

用语“一个”、“一”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

在相关技术中，如图1所示，在瞬时短路n结束后的恢复时间段m内，电流指令值i以标准电流增大速率kstd恢复至电流指令备份值i0，电压指令值v在恢复时间段m恢复至电压指令备份值v0。由于标准电流增大速率kstd的取值比较大，因此电流突变比较突出，容易导致异常电压的产生并产生焊接飞溅，并导致后续容易产生连续地瞬时短路，严重影响电压输出的稳定性和电弧的稳定性。

发明人通过大量的验证和观察发现，异常电压的大小和短路发生时刻的电流值及短路时间存在很大关联性，电流越高、短路时间越短异常电压越严重。并且观察到，焊接飞溅主要是在瞬时短路释放时产生，并且瞬时短路释放后极易连续发生瞬时短路，飞溅量会成倍增加。

为了解决瞬时短路导致的电压稳定性降低以及飞溅量增加的问题，如图2～图4所示，本公开提供一种熔化极短路焊接控制方法，包括：

步骤s110，瞬时短路n结束后，比较电流指令备份值i0与电流阈值id，并比较电压指令备份值v0与设定电压值；

步骤s120，若电流指令备份值i0不大于电流阈值id，且电压指令备份值v0不大于设定电压值vset，则确定第一电流增大速率knew1，并根据第一电流增大速率knew1确定恢复时间段m内的各个时刻t的电压指令值v(t)和电流指令值i(t)；若电流指令备份值i0大于电流阈值id或者电压指令备份值v0大于设定电压值vset，则确定第二电流增大速率knew2，并根据第二电流增大速率knew2确定恢复时间段m内的各个时刻t的电压指令值v(t)和电流指令值i(t)；第一电流增大速率knew1大于第二电流增大速率knew2；

步骤s130，在恢复时间段m内，根据确定的恢复时间段m内的各个时刻t的电压指令值v(t)和电流指令值i(t)，设置各个时刻的电压指令值v和电流指令值i。

本公开提供的熔化极短路焊接控制方法，能够根据电流指令备份值i0的大小和电压指令备份值v0的大小判断电弧能量的大小和异常电压出现概率的大小，并在不同的情形下采用不同的控制策略。

当电流指令备份值i0不大于电流阈值id，且电压指令备份值v0不大于设定电压值iset时，电弧能量低，异常电压出现的倾向性小，为了保证焊接的连续性，电流指令值以较大的第一电流增大速率knew1恢复至电流指令备份值i0。为了避免出现瞬时短路，可以根据第一电流增大速率knew1重新计算恢复时间段m内的各个时刻的电压指令值，进而实现对电弧能量的控制，抑制异常电压的产生和提高焊接的效率。

当电流指令备份值i0大于电流阈值id，或者电压指令备份值大于设定电压值时，电弧能量高，出现异常电压的概率大，为了避免异常电压的影响，电流指令值可以以较小的第二电流增大速率knew2恢复至电流指令备份值i0。同时，可以根据较小的第二电流增大速率knew2重新计算恢复时间段m内的各个时刻t的电压指令值v(t)，进而实现对电弧能量的控制，抑制异常电压的产生和提高焊接的效率。

下面，对本公开提供的熔化极短路焊接控制方法的各个步骤和细节做进一步地解释和说明。

本公开提供的熔化极短路焊接控制方法还可以包括：

步骤s210，判断当前时刻是否发生短路；

步骤s220，若判断当前时刻发生短路，则将当前电流指令值保存为电流指令备份值i0，将当前电压指令值保存为电压指令备份值v0；

步骤s230，在短路持续状态下，将电流指令值设置为基础电流值is，基础电流值is小于任意电流指令备份值i0；将电压指令值设置为基础电压值ds，基础电压值ds小于任意电压指令备份值。

其中，在步骤s210中，可以获取当前电流值，并通过当前电流值的变化趋势来判断是否发生短路。当短路发生时，焊接设备的电流值将突然增大，使得当前电流值发生突变，据此可以判断焊接进入短路状态。在本公开的一种实施方式中，可以判断当前时刻的电流值增大加速度是否大于第一预设加速度；若当前时刻的电流值增大加速度大于第一预设加速度，则判断当前时刻发生短路，并确定当前时刻为短路发生时刻t1。

在步骤s220中，当判断焊接进入短路状态时，可以记录下当前时刻的电流指令值和电压指令值，分别作为电流指令备份值i0和电压指令备份值v0。

在步骤s230中，当短路发生时，可以将电流指令值设置为基础电流值is，基础电流值is小于任意电流指令备份值i0，以降低输出的能量，保障短路焊接的平稳进行，尤其是保证溶滴平稳过渡至熔池中。

当后续判断该短路为瞬时短路后，则需要在瞬时短路结束后的恢复时间段m内，将电流指令值均速地增加至电流指令备份值i0，将电压指令值均速地增加至电压指令备份值v0，以在保证焊接的连续性的前提下抑制连续瞬时短路和异常电压的发生。

本公开提供的熔化极短路焊接控制方法还可以包括：

步骤s240，判断短路结束时刻t2，并计算短路持续时间t2；

步骤s250，根据短路持续时间t2，判断短路是否为瞬时短路t2。

在步骤s240中，可以获取当前电流值，并通过当前电流值的变化趋势来判断短路是否结束。在短路结束时刻，焊接设备的电流值将突然减小，使得当前电流值发生突变，据此可以判断焊接结束短路状态。在本公开的一种实施方式中，可以判断当前时刻的电流值减小加速度是否大于第二预设加速度；若当前时刻的电流值减小加速度大于第二预设加速度，则判断当前时刻为短路结束时刻t2。

在步骤s250中，可以根据短路发生时刻t1和短路结束时刻t2确定短路持续时间t2，通过比较短路持续时间t2和预设标准时间，进而判断该短路是否为瞬时短路。可选地，当短路持续时间不大于预设标准时间时，判断该短路为瞬时短路。预设标准时间可以根据经验、统计等获得，其一般在0.8～1.2ms范围内。在本公开的一种实施方式中，预设标准时间为1ms。

当判断该短路为瞬时短路后，则在该瞬时短路结束后，参照步骤s110～步骤s120，确定在瞬时短路结束后的恢复时间段m内的电流增大速率。

可选地，若电流指令备份值i0不大于电流阈值id，且电压指令备份值不大于设定电压值vset，则可以获取标准电流增大速率kstd，并将标准电流增大速率kstd作为第一电流增大速率knew1。其中，标准电流增大速率kstd为通过统计、大量试验或者通过其他途径而获得，是熔化极短路焊接的一个常用的已知量。标准电流增大速率kstd通常比较大，以便在短路结束后使得电流指令值迅速恢复至电流指令备份值i0。

可选地，若电流指令备份值i0大于电流阈值id或者电压指令备份值大于设定电压值v0，则可以获取瞬时短路持续时间t2，该瞬时短路的持续时间t2为作为瞬时短路的该短路的短路持续时间t2，并根据标准电流增大速率kstd和瞬时短路持续时间t2确定第二电流增大速率knew2。

在本公开的一种实施方式中，可以根据如下公式，计算第二电流增大速率knew2：

knew2＝(kmax–kstd)*t0/t1+kstd

其中，kmax为极限电流增大速率，可以通过统计、大量试验或者通过其他途径而获得，是熔化极短路焊接的一个常用的已知量。kstd为标准电流增大速率。t0为瞬时短路持续时间，t1为阈值时间。其中，阈值时间t1可以通过统计、大量试验或者通过其他途径而获得，为表征瞬时短路的一个常用已知量。在本公开的一种实施方式中，阈值时间t1可以与预设标准时间相同。可选地，阈值时间t1为1ms。

可选地，可以根据所获得的恢复时间段m内的第一电流增大速率knew1或者第二电流增大速率knew2，以及根据基础电流值is、电流指令备份值i0，确定恢复时间段m的持续时间t2、恢复时间段m的各个时刻t的电流指令值i(t)。

举例而言，电流指令备份值i0不大于电流阈值id，且电压指令备份值v0不大于设定电压值vset，则恢复时间段m内的电流增大速率为第一电流增大速率knew1。

则可以根据如下公式计算恢复时间段m的持续时间t2：

t2＝(i0-id)/knew1

可以根据如下公式计算恢复时间段m内任意时刻t的电流指令值i(t)：

i(t)＝is+(t-t2)*knew1

其中，t2＜t＜t2+t2。

再举例而言，电流指令备份值i0大于电流阈值id，或者电压指令备份值v0大于设定电压值vset，则恢复时间段m内的电流增大速率为第二电流增大速率knew2。

则可以根据如下公式计算恢复时间段m的持续时间t2：

t2＝(i0-id)/knew2

可以根据如下公式计算恢复时间段m内任意时刻t的电流指令值i(t)：

i(t)＝is+(t-t2)*knew2

其中，t2＜t＜t2+t2。

可选地，根据第一电流增大速率knew1确定恢复时间段m内的各个时刻t的电压指令值v(t)可以包括：

根据第一电流增大速率knew1和电流指令备份值i0确定恢复时间段m的持续时间t2；

根据第一电流增大速率的数值knew1确定第一电压相关参数kv1；

根据第一电压相关参数kv1确定恢复时间段m结束时刻的电压预期值vnew；

根据恢复时间段m的持续时间t2、恢复时间段m结束时刻的电压预期值vnew确定恢复时间段m内的各个时刻t的电压指令值v(t)。

在本公开的一种实施方式中，可以确定第一电压相关参数kv1，使得第一电压相关参数kv1等于第一电流增大速率knew1的数值；其中，第一电流增大速率knew1的单位为ma/ms。

在本公开的一种实施方式中，可以根据如下公式，计算恢复时间段m结束时刻的电压预期值vnew：

vnew＝v0*(1+(vset-vave)*k1+k2*kv1)

其中，v0为电压指令备份值，单位为伏特；vset为设定电压值，单位为伏特；vave为平均反馈电压值，单位为伏特。k1为第一参数，单位为v^-1，k1可以通过统计、大量试验或者通过其他途径而获得，是熔化极短路焊接的一个常用的已知量。k2为第二参数，无单位，k2可以通过统计、大量试验或者通过其他途径而获得，是熔化极短路焊接的一个常用的已知量。kv1为第一电压相关参数，无单位。

可选地，根据第二电流增大速率knew2确定恢复时间段m内的各个时刻t的电压指令值v(t)可以包括：

根据第二电流增大速率knew2和电流指令备份值i0确定恢复时间段m的持续时间t2；

根据第二电流增大速率knew2的数值确定第二电压相关参数kv2；

根据第二电压相关参数kv2确定恢复时间段m结束时刻的电压预期值vnew；

根据恢复时间段m的持续时间t2、恢复时间段m结束时刻的电压预期值vnew确定恢复时间段m内的各个时刻t的电压指令值v(t)。

在本公开的一种实施方式中，可以确定第二电压相关参数kv2，使得第二电压相关参数kv2等于第二电流增大速率knew2的数值；其中，第二电流增大速率knew2的单位为ma/ms。

在本公开的一种实施方式中，可以根据如下公式，计算恢复时间段m结束时刻的电压预期值vnew：

vnew＝v0*(1+(vset-vave)*k3+k4*kv2)

其中，v0为电压指令备份值，单位为伏特；vset为设定电压值，单位为伏特；vave为平均反馈电压值，单位为伏特。k3为第三参数，单位为v^-1；k3可以通过统计、大量试验或者通过其他途径而获得，是熔化极短路焊接的一个常用的已知量。k4为第四参数，无单位；k4可以通过统计、大量试验或者通过其他途径而获得，是熔化极短路焊接的一个常用的已知量。kv2为第二电压相关参数，无单位。

可选地，根据恢复时间段m的持续时间t2、恢复时间段m结束时刻的电压预期值vnew确定恢复时间段m内的各个时刻t的电压指令值v(t)时，可以先确定恢复时间段m内电压指令值v(t)的增大速率，然后在根据电压指令值v(t)的增大速率计算恢复时间段m内的各个时刻t的电压指令值v(t)。

举例而言，可以通过如下公式计算恢复时间段m内电压指令值的增大速率kv:

kv＝(v0-vs)/t2

其中，v0为电流指令备份值；vs为基础电压值。

然后，可以根据如下公式计算恢复时间段m内的各个时刻t的电压指令值v(t)：

v(t)＝vs+(t-t2)*kv。

在步骤s130中，在恢复时间段m内，根据确定的恢复时间段m内的各个时刻t的电压指令值v(t)和电流指令值i(t)，设置各个时刻的电压指令值和电流指令值。如此，可以达成抑制瞬时短路、减少异常电压的效果，提高电压输出的稳定性和电弧的稳定性，进而提高熔化极短路焊接的焊接效果。需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等，均应视为本公开的一部分。

应可理解的是，本公开不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本公开能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本公开的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本公开延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本公开的多个可替代方面。本说明书的实施方式说明了已知用于实现本公开的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本公开。