CN102069273B - 用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应施焊方法和弧焊设备 - Google Patents

Abstract

一种用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应施焊方法，包括步骤：将被焊工件管-板的圆周焊缝分为n弧段，预先设定各弧段的焊接参数；将所预先设定的n组焊接参数贮存在存储器中；将焊枪置于开始焊接的位置；接通焊接电源，在中央处理单元控制下焊接参数从存储器中被取出用于控制焊接电源提供该弧段的焊接电流和电压，以及控制焊枪起弧、燃弧并转动走完给定值的角位移，焊枪完成该弧段的焊接后，接着取用下一弧段焊接参数继续施焊，直至完成全部n弧段的焊接。使用本发明自适应施焊方法，可节省焊材、提高焊接效率、提高焊缝成型效果和提高焊接合格率等，极大地方便了广大用户，尤其适合厚壁管材同厚板的焊接。

Description

用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应施焊方法和弧焊设备

【技术领域】

本发明涉及气体火焰焊接，特别涉及圆周缝的气体保护焊，尤其涉及用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应施焊方法，本发明还涉及用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应弧焊设备。

【背景技术】

现有技术自动焊接设备包括一种用于管-板圆周焊的弧焊设备，常用于锅炉行业。管-板圆周焊接时，圆周各弧段焊接所需的电流、电压和焊接速度等参数应该是不一样的，这样才能保证该弧焊设备用于管-板圆周焊接时焊接效率高、成型效果好和焊接合格率高；如平焊需要的电流和电压是最大的，焊接速度也应该是最快的；而仰焊需要的电流和电压是最小的，焊接速度相应地是最慢的，立焊所需的电流、电压和焊接速度等参数介于平焊和仰焊之间；这样才能保证焊接时熔池(铁水)不会往下流淌，因熔池具有重力，在圆周各弧段焊接时，若该弧段的电流、电压和焊接速度等参数不合适，会造成熔池往下流淌。而现有技术管-板圆周焊的弧焊设备在对管-板进行圆周各弧段焊接时，采用唯一的参数进行自动焊接，设置该唯一参数时包括下面几种情况：

1、该唯一参数若是采用仰焊时的参数设置，则焊接效率低、成型效果差和焊接合格率低；

2、该唯一参数若是采用立焊时的参数设置，虽然焊接效率有所提高，但是焊接效率仍然比较低，成型效果也不好和焊接合格率也不高；而且在仰焊时，熔池(铁水)会往下流淌，使焊缝表面无法达到成形要求，会影响到焊接的质量；

3、该唯一参数若是采用平焊时的参数设置，则在仰焊和立焊时，熔池(铁水)会往下流淌，也使焊缝表面无法达到成形要求，也会影响到焊接的质量。

因此，如何保证自动焊枪用于管-板圆周焊时圆周各弧段焊接所需的电流、电压和焊接速度等参数合适，是本技术领域的技术人员需要解决的问题。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应施焊方法，本发明还提出一种用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应弧焊设备，应用该自适应施焊方法和使用该自适应弧焊设备，可节省焊材、提高焊接效率、提高焊缝成型效果和提高焊接合格率等，极大地方便了广大用户，尤其适合厚壁管材同厚板的焊接。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

提出一种用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应施焊方法，包括如下步骤：

A、将被焊工件管-板的圆周焊缝分为n弧段，n为整数，并且20≥n≥2，按各弧段所处不同几何位置而有不同工艺要求，预先设定各弧段的焊接参数W_j＝{I_j，U_j，β_j}，j＝1到n，式中I_j、U_j和β_j分别是所述圆周焊缝上第j弧段施焊工艺所要求的焊接电流、焊接电压和该弧段焊缝弧长对应的焊枪转动的角位移量；

B、将实施上一步骤A所预先设定的n组焊接参数{W₁，W₂，...，W_n}贮存在非挥发性的存储器中，并对每一组参数分别赋予不同的地址；

C、将所述焊枪置于所述圆周焊缝上想要开始焊接的位置，可以是j＝k弧段的始点，式中为k整数，并且1≤k≤n，再设定施焊方向为顺时针或逆时针方向，于是，从j＝k开始，k+1，k+2，...，n，1，2，...，k-1，或者是，k-1，k-2，...，1，n，n-1，k+1，各弧段的焊接参数，由中央处理单元CPU管理，将被依次用于施焊；

D、接通焊接电源，启动所述焊枪的驱动机构，在所述中央处理单元CPU控制下所述焊接参数从所述存储器中被取出作为给定值用于控制所述焊接电源提供符合工艺要求的焊接电流I_j和焊接电压U_j，以及控制所述焊枪引弧、燃弧并转动走完所述给定值的角位移β_j；

E、所述焊枪完成j＝k弧段的焊接，接着按照已选定的方向取用j＝k+1或j＝k-1弧段的焊接参数继续施焊，直至完成全部n弧段的焊接。

在实施所述步骤A时，预先设定各弧段的焊接参数W_j还包括所述焊枪转动的角位移速度参数V_j，即W_j＝{I_j，U_j，β_j，V_j}。

在实施所述步骤A时，涉及要平焊的弧段，其焊接参数应选取最大的焊接电流、最高的焊接电压和最快的焊枪转动角位移速度，涉及要立焊的弧段次之，涉及要仰焊的弧段则选用最小的焊接电流、最低的焊接电压和最慢的焊枪转动角位移速度。

在实施所述步骤B时，选用的非挥发性存储器包括电可擦除只读存储器E²ROM和/或者是闪存介质Flash Memory。

在实施所述步骤C时，可选择性地选取为同一弧段设定的多组焊接参数中的一组。

在施焊过程中，视需要可随时人为修正正在执行和即将执行的各焊接参数。

本发明还提出一种用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应弧焊设备，适用于管-板的圆周焊缝的焊接，包括焊枪和驱动该焊枪沿被焊工件管-板圆周焊缝转动的驱动机构，以及用于控制焊接电力供给和焊枪角位移速度的控制装置，所述控制装置包括焊接电源模块。

所述控制装置还包括中央处理单元CPU、存储器、数字比较器、脉冲计数器、外部预设控制模块、焊接启动模块、控制焊接电流的D/A模块I、控制焊接电压的D/A模块II和焊枪的角位移传感器。所述焊枪的角位移传感器安装在所述驱动机构之驱动电机的端部，该角位移传感器输出脉冲串中脉冲的个数正比于驱动电机输出轴转动的累计圈数。

将被焊工件管-板的圆周焊缝分为n弧段，n为自然数，并且20≥n＞1，按各弧段所处不同几何位置而有不同工艺要求，预先设定各弧段的焊接参数W_j＝{I_j，U_j，β_j}，j＝1到n，式中I_j、U_j和β_j分别是所述圆周焊缝上第j弧段施焊工艺所要求的焊接电流、焊接电压和该弧段焊缝弧长对应的焊枪转动的角位移量，也可将该角位移量换算为驱动机构之驱动电机需要转动的圈数；借助所述外部预设控制模块将预先设定的n组焊接参数{W₁，W₂，...，W_n}都贮存在所述存储器中，并对每一组参数分别赋予不同的地址，按给定的地址码调用；启动所述弧焊设备时，所述中央处理单元CPU给出焊接启动信号，通过所述焊接启动模块启动所述焊接电源模块馈送焊接电力给所述焊枪；所述中央处理单元CPU按所述给定的地址码对贮存在所述存储器中的数据作选择性读取所述焊枪所处被焊工件管-板圆周焊缝上想要开始焊接位置的焊接参数；所述中央处理单元CPU将该弧段的焊接电流参数，经所述控制焊接电流的D/A模块I变换为模拟信号，发送至所述焊接电源模块；所述中央处理单元CPU将该段的焊接电压参数，经所述控制焊接电压的D/A模块II变换为模拟信号，发送至所述焊接电源模块；所述中央处理单元CPU从所述存储器读得的该弧段的角位移量换算成所述驱动电机输出轴需要转动的累计圈数的计数值发送给所述数字比较器，或者是，事先将该弧段的角位移量换算为所述驱动电机输出轴需要转动的累计圈数的计数值，将该计数值直接贮存在所述存储器中，由所述中央处理单元CPU直接从所述存储器调出并发送给所述数字比较器，即此时β_j代表的是所述圆周焊缝上第j弧段施焊工艺所要求的焊缝弧长对应的焊枪转动的角位移量经换算为所述驱动电机输出轴需要转动的累计圈数的计数值；所述焊枪沿所述管-板圆周焊缝依设定的施焊方向按该弧段的焊接电流和焊接电压开始焊接，同时所述角位移传感器发送脉冲串至所述脉冲计数器，也就是间接在开始计数所述焊枪的实际角位移量，所述脉冲计数器所得的计数与所述数字比较器的计数值比较，至二者相等时，所述脉冲计数器清零，所述数字比较器将该信息反馈给所述中央处理单元CPU，所述中央处理单元CPU取用下一弧段的焊接参数继续施焊；如此反复，直至完成全部n弧段的焊接。

所述控制装置包括的中央处理单元CPU、存储器、数字比较器和脉冲计数器，实际上是集成为一块芯片，包含在所述中央处理单元CPU内。

所述控制装置还包括工作模式显示驱动电路和显示屏，该显示屏可用液晶显示屏；借助所述中央处理单元CPU按所述给定的地址码对贮存在所述存储器中的数据作选择性读取各弧段的焊接参数W_j后，通过所述工作模式显示驱动电路可在所述显示屏上显示该弧段的焊接参数W_j，这样焊工在焊接时就可随时观察所焊弧段的焊接参数，防止出错。

所述控制装置还包括各参数预设显示驱动电路；借助所述外部预设控制模块预先设定的各弧段的焊接参数W_j后，通过所述各参数预设显示驱动电路可在所述显示屏上即时显示正在预先设定的各弧段的焊接参数W_j，方便设定焊接参数的人员即时观察所预先设定的数据，防止出错。

所述控制装置还包括控制焊枪角位移速度的D/A模块III和焊枪角位移速度的调节模块；所述预先设定各弧段的焊接参数W_j还包括所述焊枪转动的角位移速度参数V_j，即W_j＝{I_j，U_j，β_j，V_j}；借助所述外部预设控制模块将预先设定各弧段的所述焊枪转动角位移速度参数V_j贮存在所述存储器中，在所述中央处理单元CPU发送所述管-板圆周焊缝某一弧段的所述焊接电压和焊接电流参数的同时，也从所述存储器读取该弧段的所述焊枪转动角位移速度参数V_j，经所述控制焊枪角位移速度的D/A模块III变换为模拟信号，发送至所述焊枪角位移速度的调节模块，由该焊枪角位移速度的调节模块调节所述驱动机构之驱动电机的供电电压或供电频率，使所述驱动电机降低或提高转速，从而配合所述焊枪以各弧段所需的角位移速度施焊。

同现有技术相比较，本发明用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应施焊方法和弧焊设备的有益效果在于：

1、本发明自适应施焊方法和弧焊设备，可以对被焊工件管-板的圆周焊缝实现分弧段焊接，各弧段焊接时采用各自的焊接电压、焊接电流和焊接速度等焊接参数，无论在管-板圆周焊缝时的任何一弧段，熔池(铁水)都不会往下流淌，从而节省了焊接材料，提高了焊接效率、提高了焊缝成型效果和提高了焊接合格率等，极大地方便了广大用户；

2、本发明自适应施焊方法和弧焊设备在对被焊工件管-板的圆周焊缝焊接时，各弧段焊接采用的焊接电压、焊接电流和焊接速度等焊接参数可根据实际情况来设置，因此适合于不同厚度的管材与不同厚度的板材的焊接，尤其适合厚壁管材同厚板的焊接。

【附图说明】

图1为本发明用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应弧焊设备的电原理逻辑框图；

图2为本发明用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应施焊方法将被焊工件管-板的圆周焊缝分为n弧段的原理示意图；

图3为所述自适应弧焊设备之焊枪的角位移传感器19实施例一设置在所述驱动机构之驱动电机220上的主视示意图；

图4为所述自适应弧焊设备之焊枪的角位移传感器19实施例二设置在所述驱动机构之驱动电机220上的主视示意图；

图5为本发明所述自适应施焊方法具体实施例的流程示意图；

图6为所述自适应弧焊设备之控制装置的中央处理单元CPU具体实施例的电路图；

图7为所述自适应弧焊设备之控制装置的控制焊接电流的D/A模块I和控制焊接电压的D/A模块II具体实施例的电路图；

图8为所述自适应弧焊设备之控制装置的启动控制具体实施例的电路图；

图9为所述自适应弧焊设备之控制装置的定位机构控制模块具体实施例的电路图；

图10为所述自适应弧焊设备之控制装置的焊接启动模块具体实施例的电路图；

图11为所述自适应弧焊设备之控制装置的焊枪返回控制模块具体实施例的电路图；

图12是所述自适应弧焊设备之机械结构具体实施例的轴测投影示意图；

图13是图12分解后的轴测投影示意图，图中没有画出焊枪。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1和图2，本发明涉及一种用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应施焊方法，包括如下步骤：

A、将被焊工件管-板的圆周焊缝分为n弧段，n为整数，并且20≥n≥2，按各弧段所处不同几何位置而有不同工艺要求，预先设定各弧段的焊接参数W_j＝{I_j，U_j，β_j}，j＝1到n，式中I_j、U_j和β_j分别是所述圆周焊缝上第j弧段施焊工艺所要求的焊接电流、焊接电压和该弧段焊缝弧长对应的焊枪转动的角位移量；

B、将实施上一步骤A所预先设定的n组焊接参数{W₁，W₂，...，W_n}贮存在非挥发性的存储器中，并对每一组参数分别赋予不同的地址；

C、将所述焊枪置于所述圆周焊缝上想要开始焊接的位置，可以是j＝k弧段的始点，式中为k整数，并且1≤k≤n，再设定施焊方向为顺时针或逆时针方向，于是，从j＝k开始，k+1，k+2，...，n，1，2，...，k-1，或者是，k-1，k-2，...，1，n，n-1，k+1，各弧段的焊接参数，由中央处理单元CPU管理，将被依次用于施焊；

D、接通焊接电源，启动所述焊枪的驱动机构，在所述中央处理单元CPU控制下所述焊接参数从所述存储器中被取出作为给定值用于控制所述焊接电源提供符合工艺要求的焊接电流I_j和焊接电压U_j，以及控制所述焊枪引弧、燃弧并转动走完所述给定值的角位移β_j；

E、所述焊枪完成j＝k弧段的焊接，接着按照已选定的方向取用j＝k+1或j＝k-1弧段的焊接参数继续施焊，直至完成全部n弧段的焊接。

在实施所述步骤A时，预先设定各弧段的焊接参数W_j还包括所述焊枪转动的角位移速度参数V_j，即W_j＝{I_j，U_j，β_j，V_j}。

在实施所述步骤A时，涉及要平焊的弧段，其焊接参数应选取最大的焊接电流、最高的焊接电压和最快的焊枪转动角位移速度，涉及要立焊的弧段次之，涉及要仰焊的弧段则选用最小的焊接电流、最低的焊接电压和最慢的焊枪转动角位移速度。

在实施所述步骤B时，选用的非挥发性存储器包括电可擦除只读存储器E²ROM和/或者是闪存介质Flash Memory。

在实施所述步骤C时，可选择性地选取为同一弧段设定的多组焊接参数中的一组。

在施焊过程中，视需要可随时人为修正正在执行和即将执行的各焊接参数。

参见图1和图2，本发明还涉及一种用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应弧焊设备，适用于管-板的圆周焊缝的焊接，包括焊枪和驱动该焊枪沿被焊工件管-板圆周焊缝转动的驱动机构，以及用于控制焊接电力供给和焊枪角位移速度的控制装置10，所述控制装置10包括焊接电源模块25。

所述控制装置10还包括中央处理单元CPU11、存储器12、数字比较器13、脉冲计数器14、外部预设控制模块15、焊接启动模块16、控制焊接电流的D/A模块I17、控制焊接电压的D/A模块II18和焊枪的角位移传感器19。所述焊枪的角位移传感器19安装在所述驱动机构之驱动电机220的端部，该角位移传感器19输出脉冲串中脉冲的个数正比于驱动电机220输出轴转动的累计圈数。

将被焊工件管-板的圆周焊缝分为n弧段，n为自然数，并且20≥n＞1，按各弧段所处不同几何位置而有不同工艺要求，预先设定各弧段的焊接参数W_j＝{I_j，U_j，β_j}，j＝1到n，式中I_j、U_j和β_j分别是所述圆周焊缝上第j弧段施焊工艺所要求的焊接电流、焊接电压和该弧段焊缝弧长对应的焊枪转动的角位移量，也可将该角位移量换算为驱动机构之驱动电机需要转动的圈数；借助所述外部预设控制模块15将预先设定的n组焊接参数{W₁，W₂，...，W_n}都贮存在所述存储器12中，并对每一组参数分别赋予不同的地址，按给定的地址码调用；启动所述弧焊设备时，所述中央处理单元CPU11给出焊接启动信号，通过所述焊接启动模块16启动所述焊接电源模块25馈送焊接电力给所述焊枪；所述中央处理单元CPU11按所述给定的地址码对贮存在所述存储器12中的数据作选择性读取所述焊枪所处被焊工件管-板圆周焊缝上想要开始焊接位置的焊接参数；所述中央处理单元CPU11将该弧段的焊接电流参数，经所述控制焊接电流的D/A模块I17变换为模拟信号，发送至所述焊接电源模块25，所述焊接电源模块25按该弧段预先设定的焊接电流供应给所述焊枪；所述中央处理单元CPU11将该段的焊接电压参数，经所述控制焊接电压的D/A模块II18变换为模拟信号，发送至所述焊接电源模块25，所述焊接电源模块25按该弧段预先设定的焊接电压供应给所述焊枪；所述中央处理单元CPU11从所述存储器12读得的该弧段的角位移量换算成所述驱动电机220输出轴需要转动的累计圈数的计数值发送给所述数字比较器13，或者是，事先将该弧段的角位移量换算为所述驱动电机220输出轴需要转动的累计圈数的计数值，将该计数值直接贮存在所述存储器12中，由所述中央处理单元CPU11直接从所述存储器12调出并发送给所述数字比较器13，即此时β_j代表的是所述圆周焊缝上第j弧段施焊工艺所要求的焊缝弧长对应的焊枪转动的角位移量经换算为所述驱动电机220输出轴需要转动的累计圈数的计数值；所述焊枪沿所述管-板圆周焊缝依设定的施焊方向按该弧段的焊接电流和焊接电压开始焊接，同时所述角位移传感器19发送脉冲串至所述脉冲计数器14，也就是间接在开始计数所述焊枪的实际角位移量，所述脉冲计数器14所得的计数与所述数字比较器13的计数值比较，至二者相等时，所述脉冲计数器14清零，所述数字比较器13将该信息反馈给所述中央处理单元CPU11，所述中央处理单元CPU11取用下一弧段的焊接参数继续施焊；如此反复，直至完成全部n弧段的焊接。

所述控制装置10包括的中央处理单元CPU11、存储器12、数字比较器13和脉冲计数器14，实际上是集成为一块芯片，包含在所述中央处理单元CPU11内。

参见图1，所述控制装置10还包括工作模式显示驱动电路20和显示屏21，该显示屏21可用液晶显示屏；借助所述中央处理单元CPU11按所述给定的地址码对贮存在所述存储器12中的数据作选择性读取各弧段的焊接参数W_j后，通过所述工作模式显示驱动电路20可在所述显示屏21上显示该弧段的焊接参数W_j，这样焊工在焊接时就可随时观察所焊弧段的焊接参数，防止出错。

参见图1，所述控制装置10还包括各参数预设显示驱动电路22；借助所述外部预设控制模块15预先设定的各弧段的焊接参数W_j后，通过所述各参数预设显示驱动电路21可在所述显示屏21上即时显示正在预先设定的各弧段的焊接参数W_j，方便设定焊接参数的人员即时观察所预先设定的数据，防止出错。

参见图1，所述控制装置10还包括所述焊枪完成所述被焊工件管-板圆周焊缝的焊接后自动返回到起始位置的焊枪返回控制模块26；所述焊枪完成所述被焊工件管-板圆周焊缝的焊接后，所述中央处理单元CPU11控制所述焊枪返回控制模块26发出控制信号到所述驱动机构之驱动电机220，由所述驱动电机220驱动所述焊枪自动返回到起始位置。

参见图1，所述控制装置10还包括由所述中央处理单元CPU11控制的定位机构控制模块27。本发明用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应弧焊设备还包括可撤销地固定于被焊工件管-板之管材内壁的定位机构，如图12和图13中的定位机构100，当该定位机构插入被焊工件管-板之管材内壁后，由所述中央处理单元CPU11发出指令给所述定位机构控制模块27，所述定位机构控制模块27迫使所述定位机构动作，使其固定于所述被焊工件管-板之管材内壁；当所述焊枪完成所述被焊工件管-板圆周焊缝的焊接后，由所述中央处理单元CPU11发出指令给所述定位机构控制模块27，所述定位机构控制模块27迫使所述定位机构动作，使其与所述被焊工件管-板之管材内壁脱离，撤销定位状态。

参见图1，所述控制装置10还包括控制焊枪角位移速度的D/A模块III23和焊枪角位移速度的调节模块24；所述预先设定各弧段的焊接参数W_j还包括所述焊枪转动的角位移速度参数V_j，即W_j＝{I_j，U_j，β_j，V_j}；借助所述外部预设控制模块15将预先设定各弧段的所述焊枪转动角位移速度参数V_j贮存在所述存储器12中，在所述中央处理单元CPU11发送所述管-板圆周焊缝某一弧段的所述焊接电压和焊接电流参数的同时，也从所述存储器12读取该弧段的所述焊枪转动角位移速度参数V_j，经所述控制焊枪角位移速度的D/A模块III23变换为模拟信号，发送至所述焊枪角位移速度的调节模块24，由该焊枪角位移速度的调节模块24调节所述驱动机构之驱动电机220的供电电压或供电频率，使所述驱动电机220降低或提高转速，从而配合所述焊枪以各弧段所需的角位移速度施焊。

参见图1和图3，所述焊枪的角位移传感器19一般安装在所述驱动机构之驱动电机220的端部，该角位移传感器19可以是一种光码盘，包括固定在驱动电机220端部不动的一对光发射管191和光接收管192，以及固定在驱动电机220输出轴222上、随之一同旋转并从光发射和接收管191、192中间穿越的挡光片194；当启动所述自适应弧焊设备时，驱动电机220转动，驱动电机220每转一圈，挡光片194都会有一次从光发射管191和光接收管192中间穿越，此时挡光片194就会阻断光发射管191发出的光线射到光接收管192，当挡光片194随驱动电机220输出轴222转动而离开光发射管191和光接收管192中间时，光发射管191发出的光线重新射到光接收管192；这样驱动电机220每转一圈，挡光片194就会从光发射管191和光接收管192中间穿越一次，所述角位移传感器19就发送一个脉冲到累计角位移传感器输出量的环节如脉冲计数器14；该角位移传感器19可通过导电线与控制装置10电连接。

参见图1和图4，作为所述焊枪的角位移传感器19另一实施例，安装在所述驱动机构之驱动电机220端部的角位移传感器19是一种接近开关装置，包括固定在驱动电机220端部不动的一个超音频振荡器196，以及固定在驱动电机220输出轴222上、随之一同旋转并从超音频振荡器196振荡线圈端部贴面越过的金属片198；金属片198每贴面越过一次，其中感生涡流就迫使超音频振荡器196停振一瞬间，从而使角位移传感器19发送一个脉冲到累计角位移传感器输出量的环节如脉冲计数器14。

用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应施焊方法的一个具体实施例可参见图5。

用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应弧焊设备之控制装置10的中央处理单元CPU11的一个具体实施例可参见图6，该电路图中的集成电路U8就是所述中央处理单元CPU11，型号为ADUC841，生产厂家为一家美国Analog Devices，Inc公司；该图中的集成电路U11是与计算机进行串口通信的模块，用于下载应用程序到所述中央处理单元CPU11中。

用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应弧焊设备之控制装置10的控制焊接电流的D/A模块I17和控制焊接电压的D/A模块II18的一个具体实施例可参见图7，该图7中的电阻R14的脚WELD_I电连接到图6之中央处理单元CPU11的脚10上，即DAC1脚，也就是所述控制焊接电流的D/A模块I17与中央处理单元CPU11的电连接点；该图7中的电阻R15的脚WELD-V电连接到图6之中央处理单元CPU11的脚9上，即DAC0脚，也就是所述控制焊接电压的D/A模块II18与中央处理单元CPU11的电连接点。

用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应弧焊设备之控制装置10的启动控制开关的一个具体实施例可参见图8，即为启动控制中央处理单元CPU具体实施例的电路图，包括三个控制开关，自上到下依次为定位机构控制模块27的启动控制开关、焊接启动模块16的启动控制开关和角位移传感器19返馈信号的启动控制。

用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应弧焊设备之控制装置10的定位机构控制模块27的一个具体实施例可参见图9，该图9的电阻R38的脚P3.3电连接到图6之中央处理单元CPU11的脚19上，即P3.3脚；如图6、图8、图9、图12和图13所示，当定位机构100插入被焊工件管-板之管材内壁后，按下所述定位机构控制模块27的启动控制开关，所述中央处理单元CPU11经过所述定位机构控制模块27之光电耦合器U10A隔离后打开气路阀门，使所述定位机构100之气缸110充气，所述气缸110充气后，所述气缸110之活塞杆111往回收缩运动，从而使所述定位机构100之各定位爪130均匀紧贴所述被焊管材的内壁实现快速定位，使所述定位机构固定于所述被焊工件管-板之管材内壁；当所述焊枪完成所述被焊工件管-板圆周焊缝的焊接后，再按一下所述定位机构控制模块27的启动控制开关，所述中央处理单元CPU11发出指令给所述定位机构控制模块27，所述定位机构控制模块27迫使所述定位机构之气缸110放气，所述气缸110之活塞杆111向前推进运动即向前伸出，使所述定位机构100之各定位爪130收缩回初始位置，使所述定位机构100与所述被焊工件管-板之管材内壁脱离，撤销定位状态。

用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应弧焊设备之控制装置10的焊接启动模块16的一个具体实施例可参见图10，该图10的电阻R41的脚P3.5电连接到图6之中央处理单元CPU11的脚23上，即P3.5脚；所述中央处理单元CPU11经过所述焊接启动模块16之光电耦合器U10B隔离后打开继电器k2来启动所述焊接电源模块25。

用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应弧焊设备之控制装置10的焊枪返回控制模块26的一个具体实施例可参见图11，该图11的电阻R37的脚P3.2电连接到图6之中央处理单元CPU11的脚18上，即P3.2脚；所述焊枪完成所述被焊工件管-板圆周焊缝的焊接后，所述中央处理单元CPU11经过所述焊枪返回控制模块26之光电耦合器U2隔离后打开继电器k1来控制所述驱动机构之驱动电机220，由所述驱动电机220驱动所述焊枪自动返回到起始位置。

用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应弧焊设备之机械结构的一个具体实施例可参见图12和图13，该图12和图13中，标号100表示定位机构，标号110表示气缸，标号111表示气缸之活塞杆，标号130表示各定位爪；标号200表示所述驱动机构，标号220表示所述驱动机构之电机减速箱中的驱动电机；标号310表示所述焊枪；标号700表示电或气开关机构，即本发明所述自适应弧焊设备之控制装置10的各启动控制开关，其中标号710表示所述定位机构控制模块27的启动控制开关按钮，标号720表示所述焊接启动模块16的启动控制开关按钮；该具体实施例的机械结构和连接关系可参见本申请人于2009年10月19日，申请号为200920205935.8，名称为“用于管-板圆周焊接的自动焊枪”的实用新型专利申请文件，在此不作赘述。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (13)

1.一种用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应施焊方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、将被焊工件管-板的圆周焊缝分为n弧段，n为整数，并且20≥n≥2，按各弧段所处不同几何位置而有不同工艺要求，预先设定各弧段的焊接参数W_j＝{I_j，U_j，β_j}，j＝1到n，式中I_j、U_j和β_j分别是所述圆周焊缝上第j弧段施焊工艺所要求的焊接电流、焊接电压和该弧段焊缝弧长对应的焊枪转动的角位移量；

B、将实施上一步骤A所预先设定的n组焊接参数{W₁，W₂，...，W_n}贮存在非挥发性的存储器中，并对每一组参数分别赋予不同的地址；

C、将所述焊枪置于所述圆周焊缝上想要开始焊接的位置，是j＝k弧段的始点，式中k≤n，再设定施焊方向为顺时针或逆时针方向，于是，从j＝k开始，k+1，k+2，...，n，1，2，...，k-1，或者是，k-1，k-2，...，1，n，n-1，k+1，各弧段的焊接参数，由中央处理单元CPU管理，将被依次用于施焊；

D、接通焊接电源，启动所述焊枪的驱动机构，在所述中央处理单元CPU控制下所述焊接参数从所述存储器中被取出作为给定值用于控制所述焊接电源提供符合工艺要求的焊接电流I_j和焊接电压U_j，以及控制所述焊枪引弧、燃弧并转动走完所述给定值的角位移β_j；

E、所述焊枪完成j＝k弧段的焊接，接着按照已选定的方向取用j＝k+1或j＝k-1弧段的焊接参数继续施焊，直至完成全部n弧段的焊接。

2.根据权利要求1所述的用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应施焊方法，其特征在于：

在实施所述步骤A时，预先设定各弧段的焊接参数W_j还包括所述焊枪转动的角位移速度参数V_j，即W_j＝{I_j，U_j，β_j，V_j}。

3.根据权利要求2所述的用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应施焊方法，其特征在于：

在实施所述步骤A时，涉及要平焊的弧段，其焊接参数应选取最大的焊接电流、最高的焊接电压和最快的焊枪转动角位移速度，涉及要立焊的弧段次之，涉及要仰焊的弧段则选用最小的焊接电流、最低的焊接电压和最慢的焊枪转动角位移速度。

4.根据权利要求1所述的用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应施焊方法，其特征在于：

在实施所述步骤B时，选用的非挥发性存储器包括电可擦除只读存储器E²ROM和/或者是闪存介质Flash Memory。

5.根据权利要求1所述的用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应施焊方法，其特征在于：

在实施所述步骤C时，可选择性地选取为同一弧段设定的多组焊接参数中的一组。

6.根据权利要求1至5任一项所述的用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应施焊方法，其特征在于：

在施焊过程中，视需要可随时人为修正正在执行和即将执行的各焊接参数。

7.一种用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应弧焊设备，适用于管-板的圆周焊缝的焊接，包括焊枪和驱动该焊枪沿被焊工件管-板圆周焊缝转动的驱动机构，以及用于控制焊接电力供给和焊枪角位移速度的控制装置(10)，所述控制装置(10)包括焊接电源模块(25)；其特征在于：

所述控制装置(10)还包括中央处理单元CPU(11)、存储器(12)、数字比较器(13)、脉冲计数器(14)、外部预设控制模块(15)、焊接启动模块(16)、控制焊接电流的D/A模块I(17)、控制焊接电压的D/A模块II(18)和焊枪的角位移传感器(19)；所述角位移传感器(19)安装在所述驱动机构之驱动电机(220)的端部，该角位移传感器(19)输出脉冲串中脉冲的个数正比于所述驱动电机(220)输出轴转动的累计圈数；

将被焊工件管-板的圆周焊缝分为n弧段，n为整数，并且20≥n≥2，按各弧段所处不同几何位置而有不同工艺要求，预先设定各弧段的焊接参数W_j＝{I_j，U_j，β_j}，j＝1到n，式中I_j、U_j和β_j分别是所述圆周焊缝上第j弧段施焊工艺所要求的焊接电流、焊接电压和该弧段焊缝弧长对应的焊枪转动的角位移量；借助所述外部预设控制模块(15)将预先设定的n组焊接参数{W₁，W₂，...，W_n}都贮存在所述存储器(12)中，并对每一组参数分别赋予不同的地址，按给定的地址码调用；启动所述弧焊设备时，所述中央处理单元CPU(11)给出焊接启动信号，通过所述焊接启动模块(16)启动所述焊接电源模块(25)馈送焊接电力给所述焊枪；所述中央处理单元CPU(11)按所述给定的地址码对贮存在所述存储器(12)中的数据作选择性读取所述焊枪所处被焊工件管-板圆周焊缝上想要开始焊接位置的焊接参数；所述中央处理单元CPU(11)将该弧段的焊接电流参数，经所述控制焊接电流的D/A模块I(17)变换为模拟信号，发送至所述焊接电源模块(25)；所述中央处理单元CPU(11)将该段的焊接电压参数，经所述控制焊接电压的D/A模块II(18)变换为模拟信号，发送至所述焊接电源模块(25)；所述中央处理单元CPU(11)从所述存储器(12)读得的该弧段的角位移量换算成所述驱动电机(220)输出轴需要转动的累计圈数的计数值发送给所述数字比较器(13)；所述焊枪沿所述管-板圆周焊缝依设定的施焊方向按该弧段的焊接电流和焊接电压开始焊接，同时所述角位移传感器(19)发送脉冲串至所述脉冲计数器(14)，所述脉冲计数器(14)所得的计数与所述数字比较器(13)的计数值比较，至二者相等时，所述脉冲计数器(14)清零，所述数字比较器(13)将该信息反馈给所述中央处理单元CPU(11)，所述中央处理单元CPU(11)取用下一弧段的焊接参数继续施焊；如此反复，直至完成全部n弧段的焊接。

8.根据权利要求7所述的用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应弧焊设备，其特征在于：

所述控制装置(10)包括的中央处理单元CPU(11)、存储器(12)、数字比较器(13)和脉冲计数器(14)，实际上是集成为一块芯片，包含在所述中央处理单元CPU(11)内。

9.根据权利要求7所述的用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应弧焊设备，其特征在于：

所述控制装置(10)还包括工作模式显示驱动电路(20)和显示屏(21)；借助所述中央处理单元CPU(11)按所述给定的地址码对贮存在所述存储器(12)中的数据作选择性读取各弧段的焊接参数W_j后，通过所述工作模式显示驱动电路(20)可在所述显示屏(21)上显示该弧段的焊接参数W_j。

10.根据权利要求9所述的用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应弧焊设备，其特征在于：

所述控制装置(10)还包括各参数预设显示驱动电路(22)；借助所述外部预设控制模块(15)预先设定的各弧段的焊接参数W_j后，通过所述各参数预设显示驱动电路(22)可在所述显示屏(21)上即时显示正在预先设定的各弧段的焊接参数W_j。

11.根据权利要求7所述的用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应弧焊设备，其特征在于：

所述控制装置(10)还包括所述焊枪完成所述被焊工件管-板圆周焊缝的焊接后自动返回到起始位置的焊枪返回控制模块(26)；所述焊枪完成所述被焊工件管-板圆周焊缝的焊接后，所述中央处理单元CPU(11)控制所述焊枪返回控制模块(26)发出控制信号到所述驱动机构之驱动电机(220)，由所述驱动电机(220)驱动所述焊枪自动返回到起始位置。

12.根据权利要求7所述的用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应弧焊设备，其特征在于：

所述控制装置(10)还包括由所述中央处理单元CPU(11)控制的定位机构控制模块(27)。

13.根据权利要求7至12任一项所述的用于管-板圆周焊的、分段设定参数的自适应弧焊设备，其特征在于：

所述控制装置(10)还包括控制焊枪角位移速度的D/A模块III(23)和焊枪角位移速度的调节模块(24)；所述预先设定各弧段的焊接参数W_j还包括所述焊枪转动的角位移速度参数V_j，即W_j＝{I_j，U_j，β_j，V_j}；借助所述外部预设控制模块(15)将预先设定各弧段的所述焊枪转动角位移速度参数V_j贮存在所述存储器(12)中，在所述中央处理单元CPU(11)发送所述管-板圆周焊缝某一弧段的所述焊接电压和焊接电流参数的同时，也从所述存储器(12)读取该弧段的所述焊枪转动角位移速度参数，经所述控制焊枪角位移速度的D/A模块III(23)变换为模拟信号，发送至所述焊枪角位移速度的调节模块(24)，由该焊枪角位移速度的调节模块(24)调节所述驱动机构之驱动电机(220)的供电电压或供电频率，使所述驱动电机(220)降低或提高转速，从而配合所述焊枪以各弧段所需的角位移速度施焊。

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