CN103386535A - 一种数字化逆变焊机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电焊机技术领域，具体涉及一种数字化逆变焊机，本发明包括：前级公共电源电路、辅助电源电路、主控制电路、焊机控制电路、送丝机控制电路，以及与送丝机控制电路连接的送丝机电机；电流在通过前级公共电源电路后分为三路，分别进入送丝机控制电路、焊机控制电路、辅助电源电路；本发明中的送丝机控制电路与前级公共电源电路相接，使得送丝机控制电路与焊机控制电路使用同一个供电电源，不需要设置额外的电源，同时也降低了送丝机控制电路的输入电压，使得送丝机控制电路中不需要额外设置绝缘隔离部分，降低了整机的体积与质量，减少了生产与销售成本，便于日常的生产作业。

Description

一种数字化逆变焊机

技术领域

本发明涉及电焊机技术领域，具体涉及一种数字化逆变焊机。

背景技术

目前，逆变式焊机已经广泛使用于工业各行业对各种有色金属及其合金的焊接作业。逆变式焊机以其重量轻，体积小，生产时消耗铜材、钢材少、节能效果显著和焊接工艺性能优秀而深受使用者青睐。而数字化多功能逆变式焊机则采用数字控制芯片控制焊接电源和自动送丝装置，将多种焊接工艺集于一体，实现一机多能的增值运用，使得焊接的自动化程度得以提高。现有数字化多功能逆变式焊机的自动送丝部分也都是采用市电电网进行独立供电。由于自动送丝部分的电路都将其一次侧电路驳接于电网，由于其输出的电压值与输入端电网的电压值悬殊较大，因此电路中必须设有绝缘隔离材料进行电压隔离，并且，单独为送丝部分的电路设置一个电源，其使得整机体积庞大、质量大，提高了生产与销售成本，也不利于移动作业。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明的目的即在于提供一种数字化逆变焊机。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明是一种数字化逆变焊机，主要包括：前级公共电源电路、辅助电源电路、主控制电路、焊机控制电路、送丝机控制电路，以及与送丝机控制电路连接的送丝机电机；

所述前级公共电源电路包括：按电流流向顺序连接的软启动电路、前端整流电路与滤波电路，电流在通过滤波电路后分为三路，分别进入送丝机控制电路、焊机控制电路、辅助电源电路；

所述送丝机控制电路包括：送丝机前端控制电路与送丝机后端控制电路，电流在依次经过送丝机前端控制电路与送丝机后端控制电路后，与送丝机电机连接；所述送丝机前端控制电路中包括：第一变换电路；所述送丝机后端控制电路中包括：相互并联的第一整/续流电路、二次侧电流反馈电路；

所述焊机控制电路包括：焊机前端控制电路与焊机后端控制电路，电流在依次经过焊机前端控制电路与焊机后端控制电路后，进入焊机控制电路的输出端；所述焊机前端控制电路中包括：相互并联的第二变换电路和脉冲电流全波采样电路，所述脉冲电流全波采样电路用于采集第二变换电路接收到的脉冲电流信号，并将该脉冲信号作为反馈信息，发送至主控制电路，所述焊机后端控制电路中包括：相互并联的第二整/续流电路、电压/电流反馈电路；

所述辅助电源电路与所述主控制电路连接，用于为主控制电路提供稳定的直流工作电压；

所述主控制电路与所述焊机控制电路中的第二变换电路、脉冲电流全波采样电路、电压/电流反馈电路连接，用于接收到脉冲电流全波采样电路、电压/电流反馈电路所发送的反馈信息，对该反馈信息进行处理；并向第二变换电路发送相应的脉冲电流信号；所述主控制电路还与送丝机控制电路中的第一变换电路、二次侧电流反馈电路连接，接收所述主控制电路接收到第一变换电路、二次侧电流反馈电路的反馈信息，并向该第一变换电路发送相应的送丝机控制命令。

进一步，所述软启动电路所接入电流的电压为安全电压。

进一步，所述第一变换电路为单端正激变换电路，所述第二变换电路为交错式降压变换电路；所述交错式降压变换电路产生两路互补的脉冲推挽信号后，输送至第二整/续流电路；且每一路脉冲推挽信号的占空比均低于50%。

进一步，本发明还包括：控制界面电路，所述控制界面电路与所述主控制电路连接，用于向主控制电路输入控制命令并读取主控制电路的状态信息，并对该状态信息进行显示。

进一步，所述送丝机后端控制电路中还设有反电势采样/反馈电路，所述反电势采样/反馈电路与送丝机电机中的电枢连接，反电势采样/反馈电路由运算放大器U1D、U1B、模拟开关U12、电阻R33、R34、R40及电容C36、C40组成；送丝机电机中的电枢的电压将经过电阻R33、R34分压为低于3.3V的电压并经电容C36滤除干扰由运算放大器U1B射极跟随后送至模拟开关U12，经模拟开关U12实时选通后送至由电阻R40和电容C40组成的采样保持电路上，经运算放大器U1D射极跟随后，输送至主控制电路的入口；反电势采样/反馈电路将采集到的送丝机电机的反电势信号电压发送至主控制电路；模拟开关U12在主控制电路暂停发送送丝机控制命令的期间，待送丝机电机的电枢电感续流动作完毕后被打开，将送丝机电机因惯性转动而等效为一直流发电机而发出的反电势作为转速的表征量信号电压检测出来，作为反馈信息向主控制电路发送。

进一步，所述主控制电路包括：

低频脉冲信号发生器、高频脉冲信号发生器和MIG焊脉冲宽度调制模块；

所述低频脉冲信号发生器用于发生低频脉冲电流信号；

所述高频脉冲信号发生器用于发生高频脉冲电流信号；

所述MIG焊脉冲宽度调制模块分别与低频脉冲信号发生器、高频脉冲信号发生器和交错式降压变换电路连接，用于周期性的驱动低频脉冲电流信号，来改变频脉冲电流信号的电流峰值和基值的宽度比，以实现高频脉冲电流信号的调制，并将经过调制的高频脉冲电流信号向交错式降压变换电路进行输出。

进一步，所述送丝机前端控制电路中还包括：与第一变换电路并联的一次侧电流反馈电路，所述一次侧电流反馈电路用于对通过第一变换电路的电流量进行监测，得到电流量信息，并将该电流量信息作为反馈信息发送至主控制电路。

进一步，所述送丝机后端控制电路中还包括：与主控制电路连接的送丝机电机制动电路，所述送丝机电机制动电路包括：光电耦合器U9、绝缘栅电力开关器件Q4和电阻R22，所述绝缘栅电力开关器件Q4和电阻R22与送丝机电机的电枢连接，当所述主控制电路停转控制信号到光电耦合器U9时，光电耦合器U9将该停转控制信号送至绝缘栅电力开关器件Q4的门极，驱动绝缘栅电力开关器件Q4导通，使得送丝机电机的电枢通过电阻R22和绝缘栅电力开关器件Q4对地短路，通过磁场阻力阻止送丝机电机的旋转。

进一步，所述送丝机电机为印刷电机。

进一步，所述主控制电路还包括：

酸性焊条焊接模块、低氢型碱性焊条/纤维素焊条焊接模块、LIFT TIG焊接模块、二氧化碳气体保护焊接模块、脉冲式MIG焊接模块和MIG焊脉冲幅度调制模块。

本发明中的送丝机控制电路与前级公共电源电路相接，使得送丝机控制电路与焊机控制电路使用同一个供电电源，不需要设置额外的电源，同时也降低了送丝机控制电路的输入电压，使得送丝机控制电路中不需要额外设置绝缘隔离部分，降低了整机的体积与质量，减少了生产与销售成本，便于日常的生产作业。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作详细描述。

图1为本发明的一个实施例的逻辑结构示意图；

图2为本发明的电路结构原理图；

图3为本发明中的交错式降压变换电路所驱动的波形图；

图4为本发明中的反电势采样/反馈电路电势采样示意图；

图5为本发明中的普通酸性焊条焊接的外特性曲线图；

图6为本发明中的低氢型碱性焊条/纤维素焊条外特性曲线图；

图7为本发明中的LIFT TIG焊接的外特性曲线图；

图8为本发明中的二氧化碳气体保护焊的外特性曲线图；

图9为本发明中的二氧化碳气体保护焊的焊接时序图；

图10为本发明中的脉冲式MIG焊接波形图；

图11为本发明中的采用幅度调制的双脉冲MIG焊接控制波形图；

图12为本发明中的采用宽度调制的双脉冲MIG焊接控制波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1、图2，本发明是一种数字化逆变焊机，主要包括：前级公共电源电路100、辅助电源电路200、主控制电路300、焊机控制电路400、送丝机控制电路500，以及与送丝机控制电路连接的送丝机电机600；主控制电路300为MCU1；

所述前级公共电源电路100包括：按电流流向顺序连接的软启动电路101、前端整流电路102与滤波电路103，所述软启动电路101由电源开关S1、正温度系数热敏电阻RT1、继电器JD1组成；前端整流电路102由整流桥BR1组成；所述滤波电路103由电容C1、C2、C3、C4、C5组成；电流在通过滤波电路103后分为三路，分别进入送丝机控制电路、焊机控制电路、辅助电源电路；；

所述送丝机控制电路500包括：送丝机前端控制电路510与送丝机后端控制电路，电流在依次经过送丝机前端控制电路510与送丝机后端控制电路520后，与送丝机电机600连接；所述送丝机前端控制电路510中包括：第一变换电路；所述送丝机后端控制电路中包括：相互并联的第一整/续流电路521、二次侧电流反馈电路522；所述第一整/续流电路521由快恢复二极管D15、D16组成；所述二次侧电流反馈电路522由运算放大器U1C、电阻R23、R35、R36、R37及电容C37等组成，用于检测第一整/续流电路521中的电流强度；

所述焊机控制电路400包括：焊机前端控制电路410与焊机后端控制电路420，电流在依次经过焊机前端控制电路410与焊机后端控制电路420后，进入焊机控制电路400的输出端；所述焊机前端控制电路410中包括：相互并联的第二变换电路和脉冲电流全波采样电路411，所述脉冲电流全波采样电路411由互感器T2、快恢复二极管D5、D6、D7、D8、电阻R13及电容C17等组成，其用于采集第二变换电路接收到的PWM脉冲电流信号，并将该PWM脉冲信号发送至主控制电路300，使主控制电路300能实时的对输出的PWM脉冲信号进行调整；所述焊机后端控制电路420中包括：相互并联的第二整/续流电路421、电压/电流反馈电路422；所述第二整/续流电路421由快恢复二极管组D3、D4和电感L1等组成；所述电压/电流反馈电路422由运算放大器U1A、电阻R9、R10、R11、电容C12、C13、C14、C15及稳压二极管D9等组成；所述电压/电流反馈电路422用于检测第二整/续流电路421的输出电压/电流；

所述辅助电源电路200与主控制电路300连接，其由三端反激式开关集成电路U5、反激式变压器T3、三端线性稳压集成块U6、U7、快恢复二极管D11、D12、D13、D25光电耦合器U13、稳压二极管D14、电阻R15、R17、R18及电容C22、C23、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30、C31等组成，其为主控制电路300提供稳定的直流工作电压；

所述主控制电路300与所述焊机控制电路400中的第二变换电路、脉冲电流全波采样电路411、电压/电流反馈电路422连接，用于接收到脉冲电流全波采样电路411、电压/电流反馈电路422所发送的反馈信息，对该反馈信息进行处理；并向第二变换电路发送相应的脉冲电流信号；所述主控制电路300还与送丝机控制电路500中的一次侧电流反馈电路、第一变换电路、二次侧电流反馈电路522连接，接收所述主控制电路300接收到一次侧电流反馈电路、第一变换电路、二次侧电流反馈电路522的反馈信息时，并向该第一变换电路发送相应的送丝机控制命令。

进一步，所述软启动电路101所接入电流的电压为安全电压。所述的安全电压为直流电电压小于36V或交流电电压小于50V。由于在本发明中，其电源输入端采用安全电压进行供电；为此，降低了电路中的绝缘要求，减少了绝缘器件的应用，进一步的减少了整机的体积与质量。

请参看图3，所述第一变换电路为单端正激变换电路511，该单端正激变换电路511由绝缘栅电力开关器件Q6、驱动变压器T6、光电耦合器U10、逆变变压器T4、快恢复二极管D15、D16、D17、D19、D20、稳压二极管D21、D22、PNP三极管Q5、电阻R24、R31、R30、R32、R44及电容C33等组成，所述第二变换电路为交错式降压变换（BUCK）电路412，所述交错式降压变换电路412由绝缘栅电力开关器件组Q1、Q2、驱动变压器T1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8及电容C6、C7、C8、C9等组成；所述交错式降压变换电路412产生两路互补的脉冲推挽信号后，输送至第二整/续流电路421；且每一路脉冲推挽信号的占空比均低于50%。一路脉冲推挽信号通过光电耦合器U3、U4送到驱动脉冲变压器T1初级，经过驱动脉冲变压器T1隔离传递后，经电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、电容C6、C7、二极管D1、D2整形后分别送至绝缘栅电力开关器件组Q1和Q2门极，交替驱动绝缘栅电力开关器件组Q1和Q2，虽然送至绝缘栅电力开关器件组Q1和Q2门极的PWM驱动脉冲波形占空比均小于50%，但Q1和Q2的通断波形合起来就成了频率为原来两倍占空比可大于50%（在0%-100%之间）的通断波形。这就达到了通过磁耦合方式传送0%-50%占空比的PWM而获得0%-100%占空比通断波形的目的，而且斩波频率还得到了倍频。斩波后通过电感L1扼流储能、快恢复二极管组D3、D4续流，就在直流输出端取得焊接所需电能。带有中心抽头的脉冲电流互感器T2是电流互感器在本发明中的一种特殊运用，脉冲电流互感器T2分别将绝缘栅电力开关器件组Q1和Q2的电流分相位流过其初级，在其次级就得到了正负脉宽各为0%-50%之间电流脉冲波形，通过由D5、D6、D7、D8快恢复二极管组成的全波整流整流后经电阻R13采样，电容C17滤除干扰后送至MCU1数字处理系统做相应的电流反馈和过流保护处理。另外，由运算放大器U1A和周围器件组成输出电压分压采样电路，电阻R9、R10、电容C12、稳压二极管D9组成分压、过压钳位保护和干扰滤波电路103，将焊机输出的0伏到几十伏电压转化成0V-3.3V的电压，经运算放大器U1A射极跟随后在电阻R11和电容C15并联电路上输出0V-3.3V的电压作为电压反馈电压信号送至MCU1数字处理系统做相应的电压反馈处理。

进一步，本发明还包括：控制界面电路700，控制界面电路700为MCU2；所述控制界面电路700与所述主控制电路300连接，用于向主控制电路300输入控制命令并读取主控制电路300的状态信息，并对该状态信息进行显示。主控制电路300和控制界面电路700通过USART串口相连接，控制界面电路700将操作者的焊接参数指令读入系统，再传到主控制电路300，以对送丝机控制电路500、焊机控制电路400发出脉宽调制指令，控制焊接参数。

请参看图4，所述送丝机后端控制电路中还设有反电势采样/反馈电路523，所述反电势采样/反馈电路523与送丝机电机600中的电枢连接，反电势采样/反馈电路523由运算放大器U1D、U1B、模拟开关U12、电阻R33、R34、R40及电容C36、C40组成；送丝机电机600中的电枢的电压将经过电阻R33、R34分压为低于3.3V的电压并经电容C36滤除干扰由运算放大器U1B射极跟随后送至模拟开关U12，经模拟开关U12实时选通后送至由电阻R40和电容C40组成的采样保持电路上，经运算放大器U1D射极跟随后，输送至主控制电路300的入口；反电势采样/反馈电路523将采集到的送丝机电机600的反电势信号电压发送至主控制电路300。反电势采样/反馈电路523将采集反电势信号电压的过程为：主控制电路300有规律地暂停中频PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）脉冲，并在其暂停期间，待电机电枢电感续流动作完毕后，将送丝机电机600因惯性转动而等效为一直流发电机而发出的反电势作为转速的表征量信号电压检测出来，送至主控制电路300作速度反馈的信号电压。

进一步，所述主控制电路300包括：

低频脉冲信号发生器、高频脉冲信号发生器和MIG焊脉冲宽度调制模块；

所述低频脉冲信号发生器用于发生低频脉冲电流信号；

所述高频脉冲信号发生器用于发生高频脉冲电流信号；

所述MIG（metal inert-gas welding，熔化极惰性气体保护焊）焊脉冲宽度调制模块分别与低频脉冲信号发生器、高频脉冲信号发生器和交错式降压变换电路412连接，用于周期性的驱动低频脉冲电流信号，来改变频脉冲电流信号的电流峰值和基值的宽度比，以实现高频脉冲电流信号的调制，并将经过调制的高频脉冲电流信号向交错式降压变换电路412进行输出，以满足双脉冲MIG焊接的宽度调制。所述MIG焊脉冲宽度调制模块将低频脉冲信号用去调制高频脉冲MIG波形的宽度，周期性的改变高频脉冲MIG的电流峰值和基值的宽度比，而不改变其电流幅值，达到低频脉冲对高脉冲MIG焊的脉冲的脉冲宽度调制结果。可将高频脉冲的宽度从接近于零调到其最大宽度，可调范围非常大。但又不会改变其脉冲电流的幅度，即达到了宽范围的调节效果又不受临界喷射电流I_o的限制，这种宽度调制的双脉冲MIG焊接焊接方式对降低了每个周期的平均电流，减少了母材的热输入，减轻了母材的热积累效应，更进了一步。得到熔宽更加均匀、美观的波纹状焊缝、焊缝组织的晶粒更加细化，大幅度提高了焊缝的整体质量，可采用宽度调制的双脉冲MIG焊对精细工件进行精细焊接。

进一步，所述送丝机前端控制电路510中还包括：与第一变换电路并联的一次侧电流反馈电路512，所述一次侧电流反馈电路512由互感器T5、快恢复二极管D18、电阻R29和电容C35等组成，通过电流互感器T5可取得绝缘栅电力开关器件Q6的导通电流信号，通过二极管D18整流，电阻R29、电容C35采样滤波后送至主控制电路300，作为绝缘栅电力开关器件Q6的电流监测信号，可实时监测流过绝缘栅电力开关器件Q6的电流，及时保护Q6免遭过流损坏。电阻R24、电容C33和二极管D17组成RDC尖峰电压吸收电路，确保Q6免遭过压损坏。流过送丝电机的电流经过电阻R23采样，再经由运算放大器U1C和电阻R35、R36、R37电容C37组成的同相放大器后送至主控制电路300，作为送丝电机电流监测，以保护电机不会因为过电流而损坏。通过设置一次侧电流反馈电路512，对第一变换电路的电流进行检测，并将检测到的电流量信息作为反馈信息发送至主控制电路，以确保第一变换电路的运作正常，以进一步的达到保护送丝机电机的目的。

进一步，所述送丝机后端控制电路中还包括：与主控制电路300连接的送丝机电机制动电路524，所述送丝机电机制动电路524包括：光电耦合器U9、绝缘栅电力开关器件Q4和电阻R22，所述绝缘栅电力开关器件Q4和电阻R22与送丝机电机600的电枢连接，当所述主控制电路300停转控制信号到光电耦合器U9时，光电耦合器U9将该停转控制信号送至绝缘栅电力开关器件Q4的门极，驱动绝缘栅电力开关器件Q4导通，使得送丝机电机600的电枢通过电阻R22和绝缘栅电力开关器件Q4对地短路，强大的磁场阻力将阻止送丝机电机600继续旋转，送丝机电机600将迅速停止。由于送丝机电机也要求对停转信号有足够的响应速度，因此，当主控制电路300停止向送丝机电机发送驱动信号时，虽然送丝机电机已不存在驱动力，但其会因为惯性而继续运转，此时，通过主控制电路300的驱动，送丝机电机制动电路524将有效的对送丝机电机进行制动，使其达到极高的停止速度。

进一步，所述送丝机电机600为印刷电机。由于数字化高精度的焊接装备都对自动送丝部分有较高的速度稳定度和响应速度的要求，因此，传统的工频可控整流驱动、电枢电压反馈控制的直流伺服电机是达不到要求的。为达到上述要求，送丝机电机600可以采用转动惯量较小的印刷电机作为送丝电机。

进一步，所述主控制电路300还包括：

酸性焊条焊接模块、低氢型碱性焊条/纤维素焊条焊接模块、LIFT TIG（非熔化极气体保护焊）焊接模块、二氧化碳气体保护焊接模块、脉冲式MIG焊接模块和双脉冲MIG焊接模块；其中，所述双脉冲MIG焊接模块包括：MIG焊脉冲幅度调制模块和MIG焊脉冲宽度调制模块。

除普通酸性焊条焊接模块、低氢型碱性焊条/纤维素焊条焊接模块属于开机自动启动以外，其他的LIFT TIG焊接模块、二氧化碳气体保护焊接模块、脉冲式MIG焊接模块和双脉冲MIG焊接模块等均由焊枪开关控制启停。

请参看图5，在本发明中酸性焊条焊接模块实现普通酸性焊条焊接功能的过程具体为：

操作者驱动酸性焊条焊接模块时，主控制电路300将采样对焊接电源装置输出的电流和电压后作运算处理，输出PWM信号去控制绝缘栅电力开关器件交错BUCK通断，最终在焊机输出端得到图5所示的伏/安曲线，曲线符合普通酸性焊条焊接的弧压公式V₀=20+0.04I₀，当工作在小电流焊接规范时，系统程序适当加入了一些低弧压恒功率双曲线外特性，以增加电弧力。

请参看图6，在本发明中低氢型碱性焊条/纤维素焊条焊接模块实现低氢型碱性焊条/纤维素焊条焊接功能的过程具体为：

操作者驱动低氢型碱性焊条/纤维素焊条焊接模块时，主控制电路300将采样对焊接电源装置输出的电流和电压后作运算处理，输出PWM信号去控制绝缘栅电力开关器件交错BUCK通断，最终在焊机输出端得到图6所示的伏/安曲线，曲线符合低氢型碱性焊条/纤维素焊条焊接的弧压公式V₀=30+0.04I₀。

本发明为低氢型碱性焊条/纤维素焊条特别设置的180A左右的拖尾电流，拖尾拐点为18V左右。这是根据低氢型碱性焊条/纤维素焊条焊接时电弧的特殊性而设置的，目的是在焊接时当弧压低于约18V左右焊条和工件接近短路时焊机给出一个较大的电流推开熔池，以免焊条和工件短路使焊接过程非正常终止产生焊接工艺缺陷。

请参看图7，在本发明中LIFT TIG焊接模块实现LIFT TIG焊接功能的具体过程为：

操作者驱动LIFT TIG焊接模块时，主控制电路300数字处理系统将采样对焊接电源装置输出的电流和电压后作运算处理，输出PWM信号去控制绝缘栅电力开关器件交错BUCK通断，最终在焊机输出端得到图7所示的伏/安曲线，曲线符合LIFT TIG焊接功能的弧压公式V₀=10+0.04I₀。

TIG是一种惰性气体保护的非熔化极钎焊，电极材料采用的是高熔点金属钨，焊接开始时总是将钨电极接触被焊工件的焊缝，开通焊接电流后提升钨电极拉开距离产生电弧。为了避免工件渗钨造成日后的电化学腐蚀，本发明设置了LIFT TIG引弧焊接方式。

其原理是：当开始LIFT TIG焊接时，操作者将焊枪钨极和被焊工件焊缝接触，按动焊枪开关S2，该信号送至主控制电路300数组处理系统处理后开通保护气体气阀VAL1，然后输出极小的不足以熔化金属的LIFT电流，以避免渗钨，直到操作者提升钨电极拉开距离产生电弧后，电流迅速跃升为焊接设定值。这样的控制方式可完全避免工件的渗钨现象，焊接质量得以保障。

请参看图8、图9，在本发明中二氧化碳气体保护焊接模块实现二氧化碳气体保护焊接功能的具体过程为：

操作者选择二氧化碳气体保护焊焊接功能时，主控制电路300数字处理系统将采样对焊接电源装置输出的电流和电压后作运算处理，输出PWM信号去控制绝缘栅电力开关器件交错BUCK通断，最终在焊机输出端得到图8所示的伏/安曲线，曲线符合二氧化碳气体保护焊焊接功能的弧压公式V₀=15+0.05I₀。

当开始二氧化碳气体保护焊焊接时，操作者按动焊枪开关S2，该信号送至主控制电路300数组处理系统处理后开通保护气体气阀VAL1，然后输出高空载电压并配合慢速送丝引弧，引弧成功后稳定弧压和送丝速度，按照操作者设定的焊接参数进行焊接。

当焊接结束时操作者按动枪开关S2进入收弧程序，然后进入去小球程序，送丝机停机并刹车，同时焊接电源输出电压降至去小球电压规范并延时一段时间后停止输出电压。这样就使得在焊接结束以后焊丝端头只有极小熔球，为下一次焊接的引弧创造了很好的条件，确保引弧成功率。最后，待熔池冷却以后停止保护气体输出，焊接质量得以保障。

收弧程序就是一段低电压配慢送丝的小焊接规范，起到焊接结束时填补弧坑的目的。

请参看图10，在本发明中脉冲式MIG焊接模块实现脉冲式MIG焊接功能的具体过程为：

MIG焊接方式实际是熔化极惰性气体保护焊接方式。焊丝在惰性气体保护氛围下熔化后以喷射的过渡的方式过渡到熔池，是一种高效的焊接方式。

但是，焊丝要达到喷射过渡需要一定的条件，需要焊接电流达到一定的值---超过临界电流，若焊接电流小于该值，将不能产生喷射过渡。

超过临界电流的合适焊接电流喷射过渡具有焊缝表面成型好、飞溅小等优点，但由于临界电流的限制，使得达到喷射过渡的条件必须是电流足够大，喷射过渡焊接时工件上熔池体积大、溶深大。因此，很难用于薄板的焊接，很难用于立焊焊接。

为此，本发明设置了脉冲MIG焊接方式来解决这个问题：脉冲MIG焊接方式既能使焊接电流达到喷射过渡要求的临界电流，又能减少焊接时对熔池的热输入，减小熔池体积和深度。即在需要熔滴过渡时电流超过喷射的临界电流，平时保证一个很小电流维持电弧，使得焊接过程的平均电流减小。既满足了喷射过渡的条件，又大大限制了对工件的热输入。大电流保证喷射过渡的要求，小电流保证维持电弧的一脉一滴的熔滴过渡脉冲MIG焊接方式是现代焊接的一个根本方向。

通过主控制电路300数字处理系统对产生合适的脉冲电流控制波形，电流按一定的合适的频率在基值电流和峰值电流之间来回切换。

脉冲基值电流远小于喷射过渡临界电流；而脉冲峰值电流则大于喷射过渡临界电流，脉冲峰值电流持续时间称为脉冲峰值宽度，脉冲基值电流持续时间称为脉冲基值宽度。

脉冲控制波形的脉冲峰值、脉冲基值、脉冲峰值时间和脉冲基值时间都可以可根据焊接工艺要求设定，根据不同的焊接工艺要求可以设计出不同的脉冲电流波形控制程序，以保证在喷射过渡焊接工艺模式下对不同材料和不同板厚的工件进行焊接。

操作者选择脉冲MIG焊焊接功能时，主控制电路300数字处理系统将采样对焊接电源装置输出的电流和电压后作运算处理，输出PWM信号去控制绝缘栅电力开关器件交错BUCK通断，最终在焊机输出端得到恒流的伏/安曲线，曲线符合脉冲MIG焊焊接功能的弧压公式V₀=14+0.05I₀。

当开始脉冲MIG焊焊接时，操作者按动焊枪开关S2，该信号送至主控制电路300数组处理系统处理后开通保护气体气阀VAL1，然后输出高空载电压并配合慢速送丝引弧，引弧成功后稳定送丝速度，按照操作者设定的脉冲焊接电流参数输出脉冲电流进行焊接。

当焊接结束时操作者按动枪开关S2进入收弧程序，收弧程序就是一段小的脉冲MIG焊接规范，起到焊接结束时填补弧坑的目的。然后送丝机停机并刹车，同时焊接电源输在发出最后一个电流脉冲后停止输出，最后，待熔池冷却以后停止保护气体输出。

本发明还设计了双脉冲MIG焊接功能，采用低频脉冲对频率较高的脉冲的峰值电流大小或峰值电流持续时间宽度进行调制, 使单位脉冲的强度在强和弱之间低频周期性切换，得到周期性变化的强、弱脉冲群。

调制后的焊接电流即满足所要求的熔滴喷射过渡形式，又使作用于熔池中的电弧力和热输入随低频调制频率而变化。高频脉冲是为了实现一脉一滴的熔滴过渡,而低频脉冲是为了控制熔池；一个高频脉冲过渡一滴熔滴，一个低频周期形成一个熔池。

这种脉冲焊接方式进一步降低了每个周期的平均电流，进一步减少了母材的热输入，减轻了母材的热积累效应，可以获得熔宽均匀、美观的波纹状焊缝。同时，还可增强熔池的搅拌作用，使得金属内形成的气泡等缺陷因素及早的被排除。而却还细化了焊缝组织的晶粒，降低了裂纹敏感性，提高了焊缝的整体质量。

请参看图11，在本发明中MIG焊脉冲幅度调制模块实现双脉冲MIG焊接功能的具体过程为：

将低频脉冲信号去调制高频脉冲MIG波形的幅度，周期性的的改变高频脉冲MIG的电流幅值，达到低频脉冲对高频脉冲MIG焊的脉冲的幅度调制效果。但是，图十二所示的幅度调制的双脉冲MIG焊受到临界喷射电流条件的限值，使得调制后的双脉冲波形低电流幅值不能过小，不能低于临界喷射电流I_o。所以调幅型双脉冲MIG焊的焊接电流波形的低频脉冲幅值可调范围不够大，一定程度上限制了双脉冲MIG焊的运用范围，很难用于精细工件的焊接作业。

为了解决这个问题，本发明还提供一种通过MIG焊脉冲宽度调制模块实现双脉冲MIG焊接功能的方法，请参看图12，具体为：

将低频脉冲信号用去调制高频脉冲MIG波形的宽度，周期性的改变高频脉冲MIG的电流峰值和基值的宽度比，而不改变其电流幅值，达到低频脉冲对高脉冲MIG焊的脉冲的脉冲宽度调制结果。可将高频脉冲的宽度从接近于零调到其最大宽度，可调范围非常大。但又不会改变其脉冲电流的幅度，即达到了宽范围的调节效果又不受临界喷射电流I_o的限制，这种宽度调制的双脉冲MIG焊接方式对降低了每个周期的平均电流，减少了母材的热输入，减轻了母材的热积累效应，得到熔宽更加均匀、美观的波纹状焊缝、焊缝组织的晶粒更加细化，大幅度提高了焊缝的整体质量，可采用宽度调制的双脉冲MIG焊对精细工件进行精细焊接。

本发明还设有带休眠功能的智能冷却风机控制系统，它由温度传感器RT2、光电耦合器U2、三极管Q3和轴流风机FAN1等主要器件组成。其工作原理是：安放于绝缘栅电力开关器件组Q1、Q2散热器上的温度传感器RT2将散热器温度量转变成电压信号量，送到数字处理系统主控制电路300的ADC端口，通过处理，输出控制信号去驱动光电耦合器U2，去控制轴流风机FAN1。当散热器温度较低没必要进行强迫风冷时，主控制电路300将让轴流风机FAN1停转，一方面避免不必要的浪费、节约电能、提高能效，另一方面也可延长轴流风机使用寿命。当散热器温度达到一定值时，主控制电路300将发出指令，让轴流风机FAN1转动，对散热装置强迫风冷。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数字化逆变焊机，其特征在于，包括：前级公共电源电路、辅助电源电路、主控制电路、焊机控制电路、送丝机控制电路，以及与送丝机控制电路连接的送丝机电机；

所述前级公共电源电路包括：按电流流向顺序连接的软启动电路、前端整流电路与滤波电路，电流在通过滤波电路后分为三路，分别进入送丝机控制电路、焊机控制电路、辅助电源电路；

所述送丝机控制电路包括：送丝机前端控制电路与送丝机后端控制电路，电流在依次经过送丝机前端控制电路与送丝机后端控制电路后，与送丝机电机连接；所述送丝机前端控制电路中包括：第一变换电路；所述送丝机后端控制电路中包括：相互并联的第一整/续流电路、二次侧电流反馈电路； 

所述焊机控制电路包括：焊机前端控制电路与焊机后端控制电路，电流在依次经过焊机前端控制电路与焊机后端控制电路后，进入焊机控制电路的输出端；所述焊机前端控制电路中包括：相互并联的第二变换电路和脉冲电流全波采样电路，所述脉冲电流全波采样电路用于采集第二变换电路接收到的脉冲电流信号，并将该脉冲信号作为反馈信息，发送至主控制电路，所述焊机后端控制电路中包括：相互并联的第二整/续流电路、电压/电流反馈电路；

所述辅助电源电路与所述主控制电路连接，用于为主控制电路提供稳定的直流工作电压；

所述主控制电路与所述焊机控制电路中的第二变换电路、脉冲电流全波采样电路、电压/电流反馈电路连接，用于接收到脉冲电流全波采样电路、电压/电流反馈电路所发送的反馈信息，对该反馈信息进行处理；并向第二变换电路发送相应的脉冲电流信号；所述主控制电路还与送丝机控制电路中的第一变换电路、二次侧电流反馈电路连接，接收所述主控制电路接收到第一变换电路、二次侧电流反馈电路的反馈信息，并向该第一变换电路发送送丝机控制命令。

2.根据权利要求1所述的数字化逆变焊机，其特征在于，所述软启动电路所接入电流的电压为安全电压。

3.根据权利要求2所述的数字化逆变焊机，其特征在于，所述第一变换电路为单端正激变换电路，所述第二变换电路为交错式降压变换电路；所述交错式降压变换电路产生两路互补的脉冲推挽信号后，输送至第二整/续流电路；且每一路脉冲推挽信号的占空比均低于50%。

4.根据权利要求3所述的数字化逆变焊机，其特征在于，还包括：控制界面电路，所述控制界面电路与所述主控制电路连接，用于向主控制电路输入控制命令并读取主控制电路的状态信息，并对该状态信息进行显示。

5.根据权利要求4所述的数字化逆变焊机，其特征在于，所述送丝机后端控制电路中还设有反电势采样/反馈电路，所述反电势采样/反馈电路与送丝机电机中的电枢连接，反电势采样/反馈电路由运算放大器U1D、U1B、模拟开关U12、电阻R33、R34、R40及电容C36、C40组成；送丝机电机中的电枢的电压将经过电阻R33、R34分压为低于3.3V的电压并经电容C36滤除干扰由运算放大器U1B射极跟随后送至模拟开关U12，经模拟开关U12实时选通后送至由电阻R40和电容C40组成的采样保持电路上，经运算放大器U1D射极跟随后，输送至主控制电路的入口；反电势采样/反馈电路将采集到的送丝机电机的反电势信号电压发送至主控制电路；模拟开关U12在主控制电路暂停发送送丝机控制命令的期间，待送丝机电机的电枢电感续流动作完毕后被打开，将送丝机电机因惯性转动而等效为一直流发电机而发出的反电势作为转速的表征量信号电压检测出来，作为反馈信息向主控制电路发送。

6.根据权利要求5所述的数字化逆变焊机，其特征在于，所述主控制电路包括：

低频脉冲信号发生器、高频脉冲信号发生器和MIG焊脉冲宽度调制模块；

所述低频脉冲信号发生器用于发生低频脉冲电流信号；

所述高频脉冲信号发生器用于发生高频脉冲电流信号；

所述MIG焊脉冲宽度调制模块分别与低频脉冲信号发生器、高频脉冲信号发生器和交错式降压变换电路连接，用于周期性的驱动低频脉冲电流信号，来改变频脉冲电流信号的电流峰值和基值的宽度比，以实现高频脉冲电流信号的调制，并将经过调制的高频脉冲电流信号向交错式降压变换电路进行输出。

7.根据权利要求6所述的数字化逆变焊机，其特征在于，所述送丝机前端控制电路中还包括：与第一变换电路并联的一次侧电流反馈电路，所述一次侧电流反馈电路用于对通过第一变换电路的电流量进行监测，得到电流量信息，并将该电流量信息作为反馈信息发送至主控制电路。

8.根据权利要求7所述的数字化逆变焊机，其特征在于，所述送丝机后端控制电路中还包括：与主控制电路连接的送丝机电机制动电路，所述送丝机电机制动电路包括：光电耦合器U9、绝缘栅电力开关器件Q4和电阻R22，所述绝缘栅电力开关器件Q4和电阻R22与送丝机电机的电枢连接，当所述主控制电路停转控制信号到光电耦合器U9时，光电耦合器U9将该停转控制信号送至绝缘栅电力开关器件Q4的门极，驱动绝缘栅电力开关器件Q4导通，使得送丝机电机的电枢通过电阻R22和绝缘栅电力开关器件Q4对地短路，通过磁场阻力阻止送丝机电机的旋转。

9.根据权利要求8所述的数字化逆变焊机，其特征在于，所述送丝机电机为印刷电机。

10.根据权利要求9所述的数字化逆变焊机，其特征在于，所述主控制电路还包括：

酸性焊条焊接模块、低氢型碱性焊条/纤维素焊条焊接模块、LIFT TIG焊接模块、二氧化碳气体保护焊接模块、脉冲式MIG焊接模块和MIG焊脉冲幅度调制模块。

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