CN1040301C - 电弧焊机与等离子切割机 - Google Patents

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Abstract

在电弧焊机与等离子切割机中通过把第二直流电源的输出连接到由第一电源供电的电路中，在起弧过程中来自该第二直流电源的直流高压施加到彼此不接触的电极与其金属之间，使得辐射噪声大为降低并消除了因电缆延长而造成的高频电能的损失而可获得稳定的起弧。

Description

电弧焊机与等离子切割机
本发明涉及电弧焊机与等离子切割机，其中电弧是在电极与基金属之间以非接触方式产生并因此在应用延长电缆时减少了电磁波干扰，大大地改进了起弧特性。
通常在非自耗电极弧焊机和等离子切割机中，起弧时为实现无接触式起弧，要在电极与基金属之间施加高频电压。以下参考图4对此类焊机和等离子切割机的构造进行说明。图中当按下起动开关6时，接触器7由于电弧产生探测器5未在操作状态而被闭合，于是高频产生器9起动而向耦合器8供电。结果是耦合器8将高频电能在电极4与基金属3之间叠加到来自第一电源1所供给的电能上。于是开始无接触式放电并由来自第一电源的电能起弧。接触器7由来自电弧产生探测器5的信号断开从而停止高频产生器9的操作。另一方面，在如图5所示的自耗电极弧焊机的情形下，当按下起动开关时第一电源提供电能输出并且自耗电极(以下称为焊条)给进器10进行操作，使得焊条接触基金属而产生焦尔热，由此使焊条端头熔化而点燃电弧，于是开始了焊接过程。
在通常的非自耗电极弧焊机中，起弧是由高频电能实现的，于是如图11中所示的高频电压加在电极与基金属之间。这时，如图12所示，辐射的噪声电场强度达到70微伏分贝(dBμV)。由此引起对邻近的电视机，收音机或电子设备的电波干扰，在严重的情况下将使这些设备瘫痪，或过强的高频电能使得电极表面变得粗糙而恶化起弧特性。而且由于中心频率高达1兆赫，当次级边电缆延长时该高频电能发生线路损耗而不能到达焊枪端子，结果是如图13中所示当电缆延长到50米或更长的情形下将不能起弧。至此已出现了上述的诸多问题。另方面就自耗电极弧焊机的情形来说，已经作出努力以提高起弧过程中电流上升速度，其结果是瞬时起弧率已提高到约90％，但是为了提高FA需要将这一比率提高到100％。在传统技术中，粘附在焊条端头上的结渣(绝缘物)的影响是难以避免的，而图14的实验数据就显示了该接触起弧系统(传统技术)的局限。
为了解决以上问题，按照本发明，第一电源在电极与基金属之间，而具有下降特性的第二直流电源接到由第一电源供电的电路上以便在电极和基金属之间提供一个高电压，由此来自该第二直流电源的高电压在起弧过程中是加在电极与基金属之间的，并且来自该第二直流电源高电压在电弧产生之后就停止使用。另一种方式是在起弧过程中，来自第二直流电源的直流高电压可加到电极与基金属之间，而且在电弧产生之后电能可以由第一和第二电源供给。
由以上构造，通过由第二直流电源供给的在起弧过程中加在电极与基金属之间的高电压，引起电极与基金属之间的空气间隙介电击穿而产生电晕放电，并触发电弧而实现无接触式起弧。
图1表示根据本发明的一个电弧焊机或等离子切割机，其中直流电源用作第一电源。
图2表示根据本发明的电弧焊机的一个实施例，其中一个交流电源和一个起弧时反极性的直流电源用作第一电源。
图3是根据本发明的自耗电极弧焊机的一个实施例，其中直流电源用作第一电原。
图4表示传统的电弧焊机的一个例子，其中交流电源或直流电源用作第一电源。
图5表示传统的自耗电极弧焊机的一个例子。
图6、7及8表示根据本发明的直流高压加电定时图。
图9表示根据本发明的起弧特性图。
图10表示根据本发明的直流高压加电波形。
图11表示基于传统的例子的高频电压加电波形。
图12是对于本发明的传统例子辐射噪声电场强度的比较图。
图13是就本发明和传统例子在非自耗电极弧焊机中应用延长电缆时所得到的起弧特性比较图。
图14是就本发明与传统例子在自耗电极弧焊机中所得到的起弧特性比较图。
图1表示了非自耗电极弧焊机的一个主电路，其中第一电源1是一直流电源。图2表示当第一电源为一个交流电源时的主电路。图3当图1中的电极以自耗电极取代时的主电路。图1中，标号1至7表示图4传统例子中相同的部件。标号11表示适用于供给高电压而具有下降特性类型的第二直流电源。标号12表示阻塞直流高压的整流元件。第二直流电源的输出连接到由第一电源供电的线路中，而整流元件12连接到并插入到由第一电源供电的电路之中，该整流元件阻塞了高电压加到第一电源上而使第二直充电源的高电压输出只能够加在电极4与基金属3之间。在上述结构中，当起动开关按下时则第二直流电源11通过接触器7起动，而用于起弧的约有4千伏的直流高电压加到电极4与基金属3之间。同时用以形成稳定电弧的来自第一直流电源1的直流电加到电极4与基金属3之间。通过这种供电操作，引起电极4与基金属3之间的间隙因直流高电压介电击穿而产生电晕放电，该电晕放电又转变为电弧。如图6中所示，从第二直流电源11供电的操作时间是从起动开关6操动的时间t1开始到电弧产生探测器5动作为止。图9表示从起弧开始及其以后过程的操作特性。由第二直流电源供给且具有下降特性的电力在无负荷时加到电极4与基金属之间，在电弧转变之后则使用的是由第一电源供给且具有下降特性或半不变(semi-constant)电压特性的电能。于是在电极4与基金属3之间能够实现无接触式的起弧。在以下条件下对上述构造的焊机所进行的实验结果表明，如图10所示直流高压电压波形不含谐波，因而噪声电场强度按照电磁兼容性(EMC)试验方法与传统例子比较(如图12所示)减少了大约30微伏。而且如图13所示，瞬时起弧率与传统例子比较也显著改进。其差别随电缆长度的增加而越发显著。
实验条件
·电极                 含钍钨焊条直径2.4毫米
·氩气                 每分钟5公升
·电流                 50安培
·电极与基金属距离     3毫米
·试验次数             100
·焊枪开关通/断周期    2秒接通/13秒断开
图2表示一个交流电源及一个仅在起动时改换极向的直流电源用作第一电源的情形，容易理解，当只考虑起始相时与图1中第一电源为直流电源的情况相同的起弧机制从图6中可看出仍然起主要作用。标号13表示一单向可控整流元件，该元件在收到电弧产生探测器5的信号时则成为导通的，从而在电极4与基金属3供给电极为负的电能。在实施例中焊接负荷由切割负荷取代时可得到相同的效果。另一方面要对图3所示的自耗电极弧焊机实施例加以说明。如图8所示，当按动起动开关6时，并不产生第一直流电源的负载电压，同时焊条给进器10被操动而向基金属给进焊条。来自第二直流电源的约4千伏的直流电压加到焊条4与基金属3之间。标号12表示一个用于阻塞的整充元件，它可使得直流高电压只加到焊条与基金属之间。于是当焊条向基金属给进时在焊条端头与基金属之间的距离达到约2毫米左右时就发生放电并由于第一直流电源的投入操作而转变为一个稳定的电弧。传统焊机中是通过焊条端头与基金属接触而引起电流导通，而起弧则是通过焦耳热作用而产生的，与传统焊机不同，本发明的无接触起弧系统可以完全消除粘附在焊条端头结渣的影响以及当焊条接触基金属时所引起的问题，并且起弧试验结果证明瞬时起弧率如图14中所地可改进到100％。
实验条件
【电流】 【电压】 【焊条直径】 【CO2气体】 焊条头与基金属距离
120安200安300安 19伏24伏32伏 1.2毫米1.2毫米1.6毫米 15公升/每分15公升/每分15公升/每分 15毫米15毫米20毫米
·试验次数             每种情形100次
·焊枪开关通/断周期    2秒接通/13秒断开
·焊枪与基金属垂直     随焊枪停止起动反复进行
在上述的诸实施例中第二直流电源的供电是在探测到起弧的同时由接触器7停止的，如图7所示在起弧之后电能既可以从第一电源供给又可从第二直流电源供给。实际上通过由第二直流电源II供给的直流高电压就可以实现起弧了。
按照本发明由上述实施例可清楚知道，由第二直流电源供给的具有下降特性的直流高压加到电极与基金属之间而引起电极与基金属之间的间隙的介电击穿，并随电晕放电而触发电弧，由此保证了无须电极与基金属的接触而实现起弧。这样可减少无负荷过程中的辐射噪声。而且由于起弧是利用直流高压进行的。于是防止了延长电缆所引起的损耗，于是延长的电缆即使很长也可稳定地起弧。如上所述，基于本发明，可提供在无负荷时消除了辐射噪声并可保证即使在电缆延长也可稳定起弧的电弧焊机(非自耗电极式及自耗电极式)以及等离子切割机。

Claims (6)

1.一种电弧焊机与等离子切割机，包括：
第一电源装置，连接到电极和基金属，用于向二者之间供电；
第二电源装置，具有下降特性并连接到所述第一电源装置的一个输出，用于在所述的电极和基金属之间提供一个高电压；
供电装置，用于在起弧期间在所述电极和基金属之间提供高电压，在起弧之后，停止从所述第二电源装置提供高电压并开始从所述第一电源装置向所述电极和基金属之间供电；其特征在于还包括：
一个整流元件，连接到所述的第一电源装置的输出，用于在没有负载时从第二电源装置输出的高电压以与所述第一电源装置的输出相同的极性被加到所述的电极和基金属之间。
2.根据权利要求1的电弧焊机和等离子切割机，其特征在于所述的电极为消耗性电极。
3.根据权利要求1的电弧焊机和等离子切割机，其特征在于所述的整流元件为可控硅整流器。
4.一种电弧焊机与等离子切割机，包括：
第一电源装置，连接到一个电极和基金属，用于向二者之间供电；
第二电源装置，具有下降特性并连接到所述第一电源装置的一个输出，用于在所述的电极和基金属之间提供一个高电压；
供电装置，用于在起弧期间在所述电极和基金属之间提供高电压，在起弧之后，从所述第一电源装置和所述第二电源装置向所述电极和基金属之间供电；
其特征在于还包括：
一个整流元件，连接到所述的第一电源装置的输出，用于在没有负载时从第二电源装置输出的高电压以与所述第一电源装置的输出相同的极性被加到所述的电极和基金属之间。
5.根据权利要求4的电弧焊机和等离子切割机，其特征在于所述的电极为消耗性电极。
6.根据权利要求4的电弧焊机和等离子切割机，其特征在于所述的整流元件为可控硅整流器。
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