CN104057182A - 实现双丝三电弧焊接的电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种实现双丝三电弧焊接的电源装置，该电源装置包括第一直流电源、第二直流电源、用于根据第一直流电源和第二直流电源输出的电流调节焊丝电流与焊接电流的全桥逆变器，以及用于输入控制信号以控制全桥逆变器的桥臂开关状态的第一控制信号输入端和第二控制信号输入端；其中，全桥逆变器包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂。本发明通过第一直流电源、第二直流电源和全桥逆变器解决提高焊丝熔敷率与降低焊接热输入的矛盾，简化了焊接设备的结构，降低了焊接设备的成本。

Description

实现双丝三电弧焊接的电源装置

技术领域

本发明涉及焊接工艺技术领域，尤其涉及一种实现双丝三电弧焊接的电源装置。

背景技术

为了提高电弧焊接过程的效率，双丝熔化极电弧焊接成为最有效的焊接方法之一，特别是一种新型的双丝三电弧焊接方法，如图1所示，两个焊枪(第一焊枪G1、第二焊枪G2)的尖端分别设置两根焊丝，两根焊丝(第一焊丝S1、第二焊丝S2)与焊接工件W之间分别产生一个电弧(第一电弧A1、第二电弧A2)，而且在两根焊丝之间也产生一个电弧(第三电弧A3)，因此被称为“双丝三电弧”。这种双丝三电弧焊接方法不仅可以有效地提高焊丝熔敷率，而且可以有效地降低焊接热输入，能够解决提高焊丝熔敷率和降低焊接热输入的矛盾，因此是目前最理想的高效的电弧焊接方法。但是，这种双丝三电弧焊接方法对焊接设备的要求高。

目前，为解决提高焊丝熔敷率提高焊丝熔敷率和降低焊接热输入的矛盾的问题，通常采用两台协同控制的变极性电源(即频率、正负半周的时间和幅值可调的恒流电源或恒压电源)，或者一台变极性电源与两台直流脉冲电源协同工作构成焊接设备的方案实现上述双丝三电弧焊接方法，但是由于变极性电源结构复杂，不易控制，实现成本高，因此这种方案复杂程度很高，焊接设备结构复杂，不易实现，而且成本高，这在一定程度上限制了上述双丝三电弧焊接方法的应用。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种实现双丝三电弧焊接的电源装置，旨在简化焊接设备的结构，降低焊接设备的成本。

为了达到上述目的，本发明提供一种实现双丝三电弧焊接的电源装置，该电源装置包括第一直流电源、第二直流电源、用于根据所述第一直流电源和第二直流电源输出的电流调节焊丝电流与焊接电流的全桥逆变器，以及用于输入控制信号以控制所述全桥逆变器的桥臂开关状态的第一控制信号输入端和第二控制信号输入端；其中，所述全桥逆变器包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂；

所述第一桥臂的第一端、第四桥臂的第一端均与所述第一控制信号输入端连接，所述第二桥臂的第一端、第三桥臂的第一端均与所述第二控制信号输入端连接；所述第一桥臂的第二端、第二桥臂的第二端均与所述第一直流电源的正极和所述第二直流电源的正极连接，所述第三桥臂的第三端、第四桥臂的第三端均与所述第一直流电源的负极连接；所述第一桥臂的第三端、第三桥臂的第二端均与第一焊枪连接，所述第二桥臂的第三端、第四桥臂的第二端均与第二焊枪连接；所述第二直流电源的负极与焊接工件连接。

优选地，所述第一桥臂包括第一电子开关，所述第二桥臂包括第二电子开关，所述第三桥臂包括第三电子开关，所述第四桥臂包括第四电子开关；

所述第一电子开关的第一端与所述第一控制信号输入端连接，所述第一电子开关的第二端分别与所述第一直流电源的正极和所述第二直流电源的正极连接，所述第一电子开关的第三端与所述第一焊枪连接；

所述第二电子开关的第一端与所述第二控制信号输入端连接，所述第二电子开关的第二端分别与所述第一直流电源的正极和所述第二直流电源的正极连接，所述第二电子开关的第三端与所述第二焊枪连接；

所述第三电子开关的第一端与所述第二控制信号输入端连接，所述第三电子开关的第二端与所述第一焊枪连接，所述第三电子开关的第三端与所述第一直流电源的负极连接；

所述第四电子开关的第一端与所述第一控制信号输入端连接，所述第四电子开关的第二端与所述第二焊枪连接，所述第四电子开关的第三端与所述第一直流电源的负极连接。

优选地，所述第一电子开关为第一MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应管)，所述第二电子开关为第二MOSFET，第三电子开关为第三MOSFET，第四电子开关为第四MOSFET；

所述第一MOSFET的栅极为所述第一电子开关的第一端，所述第一MOSFET的漏极为所述第一电子开关的第二端，所述第一MOSFET的源极为所述第一电子开关的第三端；

所述第二MOSFET的栅极为所述第二电子开关的第一端，所述第二MOSFET的漏极为所述第二电子开关的第二端，所述第二MOSFET的源极为所述第二电子开关的第三端；

所述第三MOSFET的栅极为所述第三电子开关的第一端，所述第三MOSFET的漏极为所述第三电子开关的第二端，所述第三MOSFET的源极为所述第三电子开关的第三端；

所述第四MOSFET的栅极为所述第四电子开关的第一端，所述第四MOSFET的漏极为所述第四电子开关的第二端，所述第四MOSFET的源极为所述第四电子开关的第三端。

优选地，所述第一MOSFET、第二MOSFET、第三MOSFET、第四MOSFET均为N型MOSFET。

优选地，所述第一电子开关为第一IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，所述第二电子开关为第二IGBT，第三电子开关为第三IGBT，第四电子开关为第四IGBT；

所述第一IGBT的门极为所述第一电子开关的第一端，所述第一IGBT的集电极为所述第一电子开关的第二端，所述第一IGBT的发射极为所述第一电子开关的第三端；

所述第二IGBT的门极为所述第二电子开关的第一端，所述第二IGBT的集电极为所述第二电子开关的第二端，所述第二IGBT的发射极为所述第二电子开关的第三端；

所述第三IGBT的门极为所述第三电子开关的第一端，所述第三IGBT的集电极为所述第三电子开关的第二端，所述第三IGBT的发射极为所述第三电子开关的第三端；

所述第四IGBT的门极为所述第四电子开关的第一端，所述第四IGBT的集电极为所述第四电子开关的第二端，所述第四IGBT的发射极为所述第四电子开关的第三端。

本发明提供的实现双丝三电弧焊接的电源装置，通过第一直流电源、第二直流电源提供直流电，第一控制信号输入端和第二控制信号输入端分别输入相位相反的控制信号，以控制全桥逆变器的桥臂开关状态，使得全桥逆变器中第一桥臂、第四桥臂同时导通，第二桥臂、第三桥臂同时关断，或者第二桥臂、第三桥臂同时导通，第一桥臂、第四桥臂同时关断，从而全桥逆变器根据第一直流电源和第二直流电源输出的电流调节焊丝电流与焊接电流，使得焊丝电流大于焊接电流，从而在提高焊丝熔敷率的同时，能够降低焊接工件的焊接热输入。本发明通过第一直流电源、第二直流电源和全桥逆变器解决提高焊丝熔敷率与降低焊接热输入的矛盾，简化了焊接设备的结构，降低了焊接设备的成本。

附图说明

图1为双丝三电弧焊接的示意图；

图2为本发明实现双丝三电弧焊接的电源装置较佳实施例的电路结构示意图；

图3为图2中第一电子开关、第四电子开关同时导通，第二电子开关、第三电子开关同时关断时的等效电路结构示意图；

图4为图2中第一电子开关、第四电子开关同时关断，第二电子开关、第三电子开关同时导通时的等效电路结构示意图。

本发明的目的、功能特点及优点的实现，将结合实施例，并参照附图作进一步说明。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本发明的技术方案。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。

参照图2，图2为本发明实现双丝三电弧焊接的电源装置较佳实施例的电路结构示意图。

本发明较佳实施例中，实现双丝三电弧焊接的电源装置包括第一直流电源V1、第二直流电源V2、全桥逆变器10、第一控制信号输入端Vcon1和第二控制信号输入端Vcon2；其中，全桥逆变器10包括第一桥臂11、第二桥臂12、第三桥臂13和第四桥臂14。在本实施例中，第一直流电源V1为直流恒流电源，第二直流电源V2为直流恒压电源。全桥逆变器10用于根据第一直流电源V1和第二直流电源V2输出的电流调节焊丝电流与焊接工件W电流，第一控制信号输入端Vcon1和第二控制信号输入端Vcon2用于输入控制信号以控制全桥逆变器10的桥臂开关状态，在本实施例中，第一控制信号输入端Vcon1和第二控制信号分别输入相位相反的控制信号。

第一桥臂11的第一端、第四桥臂14的第一端均与第一控制信号输入端Vcon1连接，第二桥臂12的第一端、第三桥臂13的第一端均与第二控制信号输入端Vcon2连接；第一桥臂11的第二端、第二桥臂12的第二端均与第一直流电源V1的正极和第二直流电源V2的正极连接，第三桥臂13的第三端、第四桥臂14的第三端均与第一直流电源V1的负极连接；第一桥臂11的第三端、第三桥臂13的第二端均与第一焊枪G1连接，第二桥臂12的第三端、第四桥臂14的第二端均与第二焊枪G2连接；第二直流电源V2的负极与焊接工件W连接。

在本实施例中，第一直流电源V1、第二直流电源V2提供直流电，第一控制信号输入端Vcon1和第二控制信号输入端Vcon2分别输入相位相反的控制信号，以控制全桥逆变器10的桥臂开关状态，使得全桥逆变器10中第一桥臂11、第四桥臂14同时导通，第二桥臂12、第三桥臂13同时关断，或者第二桥臂12、第三桥臂13同时导通，第一桥臂11、第四桥臂14同时关断，从而全桥逆变器10根据第一直流电源V1和第二直流电源V2输出的电流调节焊丝电流与焊接工件W电流，使得焊丝电流大于焊接工件W电流，从而在提高焊丝熔敷率的同时，能够降低焊接工件W的焊接热输入。

相对于现有技术，本发明实现双丝三电弧焊接的电源装置通过第一直流电源V1、第二直流电源V2和全桥逆变器10解决提高焊丝熔敷率与降低焊接热输入的矛盾，简化了焊接设备的结构，降低了焊接设备的成本，解决了现有技术焊接设备结构复杂，不易实现，成本高的问题。

具体地，第一桥臂11包括第一电子开关T1，第二桥臂12包括第二电子开关T2，第三桥臂13包括第三电子开关T3，第四桥臂14包括第四电子开关T4。

第一电子开关T1的第一端与第一控制信号输入端Vcon1连接，第一电子开关T1的第二端分别与第一直流电源V1的正极和第二直流电源V2的正极连接，第一电子开关T1的第三端与第一焊枪G1连接。

第二电子开关T2的第一端与第二控制信号输入端Vcon2连接，第二电子开关T2的第二端分别与第一直流电源V1的正极和第二直流电源V2的正极连接，第二电子开关T2的第三端与第二焊枪G2连接。

第三电子开关T3的第一端与第二控制信号输入端Vcon2连接，第三电子开关T3的第二端与第一焊枪G1连接，第三电子开关T3的第三端与第一直流电源V1的负极连接。

第四电子开关T4的第一端与第一控制信号输入端Vcon1连接，第四电子开关T4的第二端与第二焊枪G2连接，第四电子开关T4的第三端与第一直流电源V1的负极连接。

具体地，第一电子开关T1、第二电子开关T2、第三电子开关T3和第四电子开关T4可以是MOSFET、IGBT或其它大功率半导体器件。

在一具体实施例中，第一电子开关T1为第一MOSFET，第二电子开关T2为第二MOSFET，第三电子开关T3为第三MOSFET，第四电子开关T4为第四MOSFET。其中，第一MOSFET、第二MOSFET、第三MOSFET、第四MOSFET均为N型MOSFET。

第一MOSFET的栅极为第一电子开关T1的第一端，第一MOSFET的漏极为第一电子开关T1的第二端，第一MOSFET的源极为第一电子开关T1的第三端。

第二MOSFET的栅极为第二电子开关T2的第一端，第二MOSFET的漏极为第二电子开关T2的第二端，第二MOSFET的源极为第二电子开关T2的第三端。

第三MOSFET的栅极为第三电子开关T3的第一端，第三MOSFET的漏极为第三电子开关T3的第二端，第三MOSFET的源极为第三电子开关T3的第三端。

第四MOSFET的栅极为第四电子开关T4的第一端，第四MOSFET的漏极为第四电子开关T4的第二端，第四MOSFET的源极为第四电子开关T4的第三端。

进一步地，在另一具体实施例中，第一电子开关T1为第一IGBT，第二电子开关T2为第二IGBT，第三电子开关T3为第三IGBT，第四电子开关T4为第四IGBT。

第一IGBT的门极为第一电子开关T1的第一端，第一IGBT的集电极为第一电子开关T1的第二端，第一IGBT的发射极为第一电子开关T1的第三端。

第二IGBT的门极为第二电子开关T2的第一端，第二IGBT的集电极为第二电子开关T2的第二端，第二IGBT的发射极为第二电子开关T2的第三端。

第三IGBT的门极为第三电子开关T3的第一端，第三IGBT的集电极为第三电子开关T3的第二端，第三IGBT的发射极为第三电子开关T3的第三端。

第四IGBT的门极为第四电子开关T4的第一端，第四IGBT的集电极为第四电子开关T4的第二端，第四IGBT的发射极为第四电子开关T4的第三端。

再参照图3和图4，图3为图2中第一电子开关、第四电子开关同时导通，第二电子开关、第三电子开关同时关断时的等效电路结构示意图；图4为图2中第一电子开关、第四电子开关同时关断，第二电子开关、第三电子开关同时导通时的等效电路结构示意图。

本发明实现双丝三电弧焊接的电源装置的工作原理具体描述如下：

第一控制信号输入端Vcon1和第二控制信号输入端Vcon2分别输入相位相反的控制信号(如脉冲宽度调制信号)，通过第一控制信号输入端Vcon1输入控制信号可以控制第一电子开关T1和第四电子开关T4同时导通或同时关断，通过第二控制信号输入端Vcon2可以控制第二电子开关T2和第三电子开关T3同时导通或同时关断。

当第一控制信号输入端Vcon1的控制信号控制第一电子开关T1和第四电子开关T4导通，第二控制信号输入端Vcon2的控制信号控制第二电子开关T2和第三电子开关T3关断时，如图2和图3所示，第一直流电源V1输出的第一电流I1与第二直流电源V2输出的第二电流I2叠加(I1+I2)后流过第一电子开关T1，通过第一焊枪G1传递到第一焊丝S1。第一电流I1与第二电流I2流至第一焊丝S1后分为两路，一路是第一电流I1经过第三电弧A3、第二焊丝S2、第二焊枪G2、第四电子开关T4返回到第一直流电源V1的负极；另一路是第二电流I2经过第一电弧A1、焊接工件W返回第二直流电源V2的负极。在此状态下工作电弧为第一电弧A1和第三电弧A3。由此可知，流过第一焊丝S1的电流等于第一电流I1与第二电流I2之和(I1+I2)，流过第二焊丝S2的电流等于第一电流I1，流过焊接工件W的电流等于第二电流I2，即用于融化第一焊丝S1的电流为I1+I2，用于融化第二焊丝S2的电流为I1，用于融化焊接工件W的电流为I2。从而，总的焊丝电流大于焊接电流，实现高焊丝熔敷率和低焊接热输入，满足双丝三电源焊接方法的要求。

相反，当第一控制信号输入端Vcon1的控制信号控制第一电子开关T1和第四电子开关T4关断，第二控制信号输入端Vcon2的控制信号控制第二电子开关T2和第三电子开关T3导通时，如图2和图4所示，第一直流电源V1输出的第一电流I1与第二直流电源V2输出的第二电流I2叠加(I1+I2)后流过第二电子开关T2，通过第二焊枪G2传递到第二焊丝S2。第一电流I1与第二电流I2流至第二焊丝S2后分为两路，一路是第一电流I1经过第三电弧A3、第一焊丝S1、第一焊枪G1、第三电子开关T3返回到第一直流电源V1的负极；另一路是第二电流I2经过第二电弧A2、焊接工件W返回第二直流电源V2的负极。在此状态下工作电弧为第二电弧A2和第三电弧A3。由此可知，流过第一焊丝S1的电流等于第一电流I1，流过第二焊丝S2的电流等于第一电流I1与第二电流I2之和(I1+I2)，流过焊接工件W的电流等于第二电流I2，即用于融化第一焊丝S1的电流为I1，用于融化第二焊丝S2的电流为I1+I2，用于融化焊接工件W的电流为I2。从而，总的焊丝电流大于焊接电流，实现高焊丝熔敷率和低焊接热输入，满足双丝三电源焊接方法的要求。

由于第一直流电源V1具有恒流特性，因此流经第一焊丝S1与第二焊丝S2之间的电流(即第三电弧A3的电流)是恒定的，恒为第一电流I1，从而流经第一焊丝S1与第二焊丝S2之间的电流不受第三电弧A3的弧长波动的影响。由于第二直流电源V2具有恒压特性，因此流经第一焊丝S1、第二焊丝S2与焊接工件W的电压(即第一电弧A1的电压、第二电弧A2的电压)是恒定的，从而在送丝速度恒定的情况下，第一电弧A1、第二电弧A2的弧长是稳定的，不会发生波动。从而，虽然第一电弧A1、第二电弧A2交替工作，但只要保证全桥逆变器10的逆变频率高于50Hz，第一电弧A1或第二电弧的A2工作工作时间接很短(如10ms)，因而短时间内第一电弧A1、第二电弧A2弧长的波动可以忽略不计。上述工作状态也可以看作是峰值为电压模式，基值为电流模式的脉冲MIG焊(Metal Inert-gas Welding，熔化极惰性气体保护焊)控制方式。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种实现双丝三电弧焊接的电源装置，其特征在于，包括第一直流电源、第二直流电源、用于根据所述第一直流电源和第二直流电源输出的电流调节焊丝电流与焊接电流的全桥逆变器，以及用于输入控制信号以控制所述全桥逆变器的桥臂开关状态的第一控制信号输入端和第二控制信号输入端；其中，所述全桥逆变器包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂；

所述第一桥臂的第一端、第四桥臂的第一端均与所述第一控制信号输入端连接，所述第二桥臂的第一端、第三桥臂的第一端均与所述第二控制信号输入端连接；所述第一桥臂的第二端、第二桥臂的第二端均与所述第一直流电源的正极和所述第二直流电源的正极连接，所述第三桥臂的第三端、第四桥臂的第三端均与所述第一直流电源的负极连接；所述第一桥臂的第三端、第三桥臂的第二端均与第一焊枪连接，所述第二桥臂的第三端、第四桥臂的第二端均与第二焊枪连接；所述第二直流电源的负极与焊接工件连接。

2.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述第一桥臂包括第一电子开关，所述第二桥臂包括第二电子开关，所述第三桥臂包括第三电子开关，所述第四桥臂包括第四电子开关；

所述第一电子开关的第一端与所述第一控制信号输入端连接，所述第一电子开关的第二端分别与所述第一直流电源的正极和所述第二直流电源的正极连接，所述第一电子开关的第三端与所述第一焊枪连接；

所述第二电子开关的第一端与所述第二控制信号输入端连接，所述第二电子开关的第二端分别与所述第一直流电源的正极和所述第二直流电源的正极连接，所述第二电子开关的第三端与所述第二焊枪连接；

所述第三电子开关的第一端与所述第二控制信号输入端连接，所述第三电子开关的第二端与所述第一焊枪连接，所述第三电子开关的第三端与所述第一直流电源的负极连接；

所述第四电子开关的第一端与所述第一控制信号输入端连接，所述第四电子开关的第二端与所述第二焊枪连接，所述第四电子开关的第三端与所述第一直流电源的负极连接。

3.如权利要求2所述的电源装置，其特征在于，所述第一电子开关为第一MOSFET，所述第二电子开关为第二MOSFET，第三电子开关为第三MOSFET，第四电子开关为第四MOSFET；

所述第一MOSFET的栅极为所述第一电子开关的第一端，所述第一MOSFET的漏极为所述第一电子开关的第二端，所述第一MOSFET的源极为所述第一电子开关的第三端；

所述第二MOSFET的栅极为所述第二电子开关的第一端，所述第二MOSFET的漏极为所述第二电子开关的第二端，所述第二MOSFET的源极为所述第二电子开关的第三端；

所述第三MOSFET的栅极为所述第三电子开关的第一端，所述第三MOSFET的漏极为所述第三电子开关的第二端，所述第三MOSFET的源极为所述第三电子开关的第三端；

所述第四MOSFET的栅极为所述第四电子开关的第一端，所述第四MOSFET的漏极为所述第四电子开关的第二端，所述第四MOSFET的源极为所述第四电子开关的第三端。

4.如权利要求3所述的电源装置，其特征在于，所述第一MOSFET、第二MOSFET、第三MOSFET、第四MOSFET均为N型MOSFET。

5.如权利要求2所述的电源装置，其特征在于，所述第一电子开关为第一IGBT，所述第二电子开关为第二IGBT，第三电子开关为第三IGBT，第四电子开关为第四IGBT；

所述第一IGBT的门极为所述第一电子开关的第一端，所述第一IGBT的集电极为所述第一电子开关的第二端，所述第一IGBT的发射极为所述第一电子开关的第三端；

所述第二IGBT的门极为所述第二电子开关的第一端，所述第二IGBT的集电极为所述第二电子开关的第二端，所述第二IGBT的发射极为所述第二电子开关的第三端；

所述第三IGBT的门极为所述第三电子开关的第一端，所述第三IGBT的集电极为所述第三电子开关的第二端，所述第三IGBT的发射极为所述第三电子开关的第三端；

所述第四IGBT的门极为所述第四电子开关的第一端，所述第四IGBT的集电极为所述第四电子开关的第二端，所述第四IGBT的发射极为所述第四电子开关的第三端。