CN112792437A - 一种多功能脉冲四把焊发动机焊机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能脉冲四把焊发动机焊机，其特征在于，包括：发动机、发电机以及4个并联的控制模块；发动机与发电机连接；发动机用于为发电机提供动力输入；发电机分别与4个控制模块相连接；发电机用于对焊机及现场施工设备提供交流电；控制模块包括整流单元、焊接控制单元和焊接输出接口；整流单元与焊接控制单元连接；整流单元用于将发电机输出的交流电调整为低压直流电，并将低压直流电输入至焊接控制单元；焊接控制单元与焊接输出接口连接；焊接控制单元用于产生焊接电流、焊接电压以及驱动信号；4个焊接输出接口用于执行不同焊接类型的焊接工作。本发明实现了焊机的多功能焊接工作。

Description

一种多功能脉冲四把焊发动机焊机

技术领域

本发明涉及电弧焊技术领域，特别是涉及一种多功能脉冲四把焊发动机焊机。

背景技术

电弧焊因具有适应性好，使用灵活方便，运行成本低，焊接质量好等一系列优点，因而在焊接生产中占据了最广泛、最主导的地位。在石油天然气管道、铁路、桥梁建设等需要在野外或无电网地区进行焊接施工的场合，通常采用内燃弧焊发电机，但由于目前市面上的内燃弧焊发电机仅能输出一种弧焊电源外特性，因此，现有的内燃弧焊发电机仅适用于双把手工焊条电弧焊或双把自保护药芯焊丝半自动焊，而一种弧焊电源外特性对应一种焊接类型，从而导致焊接类型单一的问题，且不能实现脉冲自动焊及自动焊需求四把同时焊，焊接效率有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种多功能脉冲四把焊发动机焊机，以解决现有技术中的焊接类型单一的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种多功能脉冲四把焊发动机焊机，包括：发动机、发电机以及4个控制模块；

所述发动机与所述发电机连接；所述发动机用于为所述发电机提供动力输入；

所述发电机分别与4个所述控制模块相连接；所述发电机用于对焊机及现场施工设备提供交流电；

所述控制模块包括整流单元、焊接控制单元和焊接输出接口；

所述整流单元与所述焊接控制单元连接；所述整流单元用于将所述发电机输出的交流电调整为低压直流电，并将所述低压直流电输入至所述焊接控制单元；

所述焊接控制单元与所述焊接输出接口连接；所述焊接控制单元用于产生焊接电流、焊接电压以及驱动信号；

4个所述焊接输出接口用于执行不同焊接类型的焊接工作；

所述焊接控制单元根据产生的所述驱动信号调节所述焊接电流以及所述焊接电压，产生不同的弧焊电源外特性，所述焊接控制单元根据不同的所述弧焊电源外特性控制与4个所述焊接输出接口连接的焊机进行不同焊接类型的焊接工作。

可选的，所述发动机具体包括：飞轮；所述飞轮与所述发电机连接。

可选的，还包括：交流电输出接口；

所述交流电输出接口与所述发电机中的交流线圈相连接，所述交流电输出接口用于对所述现场施工设备提供交流电。

可选的，所述发电机具体包括发电机转子、交流线圈以及焊接线圈；

所述发电机转子与所述飞轮连接；通过所述飞轮带动所述发电机转子旋转；

所述焊接线圈与所述整流单元连接，所述焊接线圈设有4个，一个所述焊接线圈与一个所述控制模块相对应，所述焊接线圈用于向所述控制模块提供交流电。

可选的，所述焊接控制单元包括：电流控制主回路、波形控制回路和控制接口；

所述电流控制主回路的输入端与所述整流单元连接，所述电流控制主回路的输出端与所述焊接输出接口连接；电流控制主回路用于产生焊接电流和焊接电压；

所述波形控制回路分别与所述电流控制主回路及所述控制接口连接；所述波形控制回路用于采集所述焊接电流和所述焊接电压，并产生用于控制所述电流控制主回路的驱动信号；

所述控制接口为对外控制接口，所述控制接口用于连接自动化专机或机器人，所述控制接口为数字通信接口或模拟接口。

可选的，还包括控制面板；

所述控制面板与所述焊接控制单元连接；所述控制面板用于控制焊接过程及显示焊接数据；所述焊接数据包括所述焊接电流和所述焊接电压。

可选的，所述弧焊电源外特性包括平特性、陡降特性和阶梯特性。

可选的，当所述弧焊电源外特性为所述平特性时，所述焊接类型为自保护药芯半自动焊类型；

当所述弧焊电源外特性为所述陡降特性时，所述焊接类型为手工电弧焊类型；

当所述弧焊电源外特性为所述阶梯特性时，所述焊接类型为熔化极脉冲气体保护焊类型。

可选的，所述焊接电流为脉冲电流。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明通过焊接控制单元产生的驱动信号调节焊接电流的大小以及焊接电压的大小，以产生不同的弧焊电源外特性，不同的弧焊电源外特性对应不同的焊接类型；所述焊接控制单元根据不同的弧焊电源外特性控制焊机进行多种不同焊接类型的焊接工作，实现了焊机的多功能焊接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的多功能脉冲四把焊发动机焊机原理图；

图2为本发明的焊接控制单元原理图框图；

图3为本发明的焊接控制单元原理图；

图4为本发明的多功能脉冲弧焊电源平特性示意图；

图5为本发明的多功能脉冲弧焊电源陡降特性示意图；

图6为本发明的多功能脉冲弧焊电源阶梯特性示意图；

图7为本发明的脉冲焊接外特性组合形式基值恒流-峰值恒流示意图；

图8为本发明的脉冲焊接外特性组合形式基值恒流-峰值恒压示意图；

图9为本发明的脉冲焊接外特性组合形式基值恒压-峰值恒流示意图；

图10为本发明的脉冲焊接外特性组合形式基值恒压-峰值恒压示意图；

符号说明：1-交流线圈；2-焊接线圈；3-焊接输出接口；4-控制面板；5-AVR控制电路；6-蓄电池；7-交流电输出接口；C1-第一母线电容；C2-第二母线电容；Q1-开关管；D1-二极管；L1-电感；PI1-第一PI闭环控制电路；PI2-第二PI闭环控制电路；PI3-第三PI闭环控制电路；DSP-控制电路；S1-选通开关；H1-电流传感器；If-焊接电流信号；Uf-焊接电压信号；Id-短路电流给定信号；Ig-焊接电流给定信号；Ug-焊接电压给定信号。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种多功能脉冲四把焊发动机焊机，以解决现有技术中的焊接类型单一的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的一种多功能脉冲四把焊发动机焊机原理图，如图1所示，包括发动机ENGINE、发电机GENERATOR以及4个控制模块。

所述控制模块包括整流单元AC-DC、焊接控制单元WELDING CONTROL和焊接输出接口3。

所述发动机ENGINE是发电机GENERATOR的动力来源，通过飞轮FLYWHEEL带动发电机转子FIELD旋转，为发电机GENERATOR提供动力输入。

所述发电机GENERATOR分别与4个所述控制模块相连接；所述发电机GENERATOR用于对焊机及现场施工设备提供交流电。所述发电机GENERATOR通过由24V的蓄电池6供电的AVR控制电路5控制。

所述发电机GENERATOR包括发电机转子和5路独立输出线圈，5路独立输出线圈为交流线圈1和4组焊接线圈2；所述焊接线圈2与所述整流单元AC-DC连接，一个所述焊接线圈2与一个所述控制模块相对应。每组焊接线圈2有U、V、W三相相位相差120°的交流输出，其交流线圈1的交流电压约为380V（三相）、220V（单相），焊接线圈2的交流电压约为60V。

所述整流单元AC-DC与所述焊接控制单元WELDING CONTROL连接；所述整流单元AC-DC用于将焊接线圈2输入的交流电调整为低压直流电，调整后的直流电压为70~90V，并将所述低压直流电输入至所述焊接控制单元WELDING CONTROL。

所述焊接控制单元WELDING CONTROL与所述焊接输出接口3连接；所述焊接控制单元WELDING CONTROL用于产生焊接电流、焊接电压以及驱动信号。

焊接输出接口3用于连接全自动内焊机或单枪/双枪外焊及工件，执行不同焊接类型的焊接工作。

所述多功能脉冲四把焊发动机焊机还包括交流电输出接口7；所述交流电输出接口7与所述发电机GENERATOR中的交流线圈1相连接，所述交流电输出接口7用于对所述现场施工设备提供交流电；所述交流电输出接口7三相输出380V交流电，单相输出220V交流电。

图2为本发明提供的焊接控制单元原理图框图，如图2所示，所述焊接控制单元WELDING CONTROL是由电流控制主回路、波形控制回路、控制面板和控制接口组成。

所述电流控制主回路的输入端与整流单元AC-DC相连，所述电流控制主回路的输出端与焊接输出接口3相连，电流控制主回路用于产生焊接所需的电流，根据功能需求可以为直流或脉冲形式。

所述波形控制电路分别与电流控制主回路、控制面板4及控制接口连接，所述波形控制电路用于采集来自电流控制主回路的电压信号、电流信号，并产生用于控制电流控制主回路的驱动信号，使弧焊电源具有平特性、陡降特性或阶梯特性。当所述弧焊电源外特性为所述平特性时，所述焊接类型为自保护药芯半自动焊类型；当所述弧焊电源外特性为所述陡降特性时，所述焊接类型为手工电弧焊类型；当所述弧焊电源外特性为所述阶梯特性时，所述焊接类型为熔化极脉冲气体保护焊类型。

所述控制面板4用于控制焊接过程及显示数据等功能；所述焊接数据包括所述焊接电流和所述焊接电压。

所述控制接口为对外控制接口，用于连接自动化专机或机器人实现自动焊功能，控制接口可以为数字通信接口或模拟接口。

所述焊接控制单元WELDING CONTROL根据产生的所述驱动信号调节所述焊接电流以及所述焊接电压，产生不同的弧焊电源外特性，所述焊接控制单元WELDING CONTROL根据不同的所述弧焊电源外特性控制与4个所述焊接输出接口3连接的焊机进行不同焊接类型的焊接工作。

本发明的目的在于适应野外焊接作业需求，克服现有内燃机弧焊电源类型单一、只能输出双把焊接且不能满足自动焊需求的缺点，提供一种集成度高、重量轻、使用灵活方便、焊接工艺性能优良的多功能脉冲四把焊发动机焊机，能够输出平特性、陡降特性以及阶梯特性，不仅能够满足现有手工焊条电弧焊及自保护药芯焊丝半自动焊的功能需求，还能实现四个焊把输出的脉冲熔化极气体保护焊、高质量自动焊功能，同时输出三相380V交流和单相220V交流电，极大提高了焊接作业对环境、场地、工况的适应能力。

在另一个实施例中，图3为本发明提供的焊接控制单元原理图，如图3所示，其主要构成结构包括整流电路、电流控制主回路、波形控制电路、控制面板4以及控制接口，其中整流单元AC-DC后直流为供电输入端，输出端连接焊接输出接口3。

所述电流控制主回路由输入第一母线电容C1、第二母线电容C2、开关管Q1、二极管D1、电感L1构成BUCK变换器，电流控制主回路输入端与整流单元AC-DC输出端相连，电流控制主回路输出端与焊接输出接口3相连，电流控制主回路用于产生焊接所需的电流，根据功能需求可以为直流或脉冲形式，输出用于连接全自动内焊机或单枪/双枪外焊及工件。

所述波形控制电路由第一PI闭环控制电路PI1、第二PI闭环控制电路PI2、第三PI闭环控制电路PI3、控制电路DSP、脉宽调制电路、驱动电路及选通开关S1构成。电流传感器H1采集来自电流控制主回路的焊接电流信号If，并送到所述第一PI闭环控制电路PI1及第二PI闭环控制电路PI2；焊接电压信号Uf送到所述第三PI闭环控制电路PI3；所述控制电路DSP产生短路电流给定信号Id、焊接电流给定信号Ig、焊接电压给定信号Ug，分别送到第一PI闭环控制电路PI1、第二PI闭环控制电路PI2、第三PI闭环控制电路PI3。PI闭环控制电路输出信号经过选通开关S1输入到脉宽调制信号，后经过驱动电路产生驱动PWM信号，用于控制所述开关管Q1的导通或关断，以调节焊接电流及焊接电压的大小。当选通开关处于不同位置，即选通不同的PI闭环控制电路时，弧焊电源具有不同的外特性，图4为本发明的多功能脉冲弧焊电源平特性示意图，如图4所示，例如当弧焊电源为平特性时，Ig<If<Id，第三PI闭环控制电路PI3选通，采用电压闭环控制，焊接电压不随焊接电流改变而改变；图5为本发明的多功能脉冲弧焊电源陡降特性示意图，如图5所示，当弧焊电源为陡降特性时，Uf>Ug时第二PI闭环控制电路PI2选通，弧焊电源处在陡降特性段，当Uf<Ug时，第一PI闭环控制电路PI1选通，进入外拖特性，外拖斜率由短路电流给定值Id决定；图6为本发明的多功能脉冲弧焊电源阶梯特性示意图，如图6所示，当弧焊电源为阶梯阶梯特性时，当Uf>Ug时第二PI闭环控制电路PI2选通，弧焊电源处在恒流特性段，当Ig<If<Id时，第三PI闭环控制电路PI3选通，进入恒压特性，当Uf<Ug时，第一PI闭环控制电路PI1选通，进入短路特性。上述三种弧焊电源外特性对应不同焊接工艺，其中陡降（带外拖）特性对应手工电弧焊，平特性对应自保护药芯半自动焊，阶梯特性对应熔化极脉冲气体保护焊。

如图5所示，l为电弧静特性曲线，其与电源外特性的交点为焊接电弧的稳定工作点。脉冲焊接时，脉冲基值与脉冲峰值期间电压、电流给定值也呈周期性变化，即基值期间Ig=Ib，Ug=Ub，脉冲峰值期间Ig=Ip，Ug=Up，相应的焊接电流在基值电流和脉冲峰值电流之间周期性变化。图7-图10为本发明的脉冲焊接外特性组合形式示意图，根据所设置的值的不同，可得到四种不同的外特性组合形式，如图7-图10所示，即基值恒流-峰值恒流、基值恒流-峰值恒压、基值恒压-峰值恒流、基值恒压-峰值恒压。

所述控制面板4与所述控制电路DSP连接，用于焊接过程控制及显示数据等功能。

所述控制接口为对外控制接口，与所述控制电路DSP连接，用于连接自动化专机或机器人实现自动焊功能，控制接口可以为数字通信接口或模拟接口。

本发明涉及的多功能脉冲四把焊发动机焊机，具有以下优点：

多功能集成，不仅具备现有内燃弧焊机的手工电弧焊、自保护药芯半自动焊功能，还能够实现脉冲熔化极气体保护焊功能，并配备自动焊功能接口，能实现不同焊接工艺的高质量焊接。

采用特殊设计的发电机GENERATOR，具有5路线圈输出，4路焊接线圈2和1路交流线圈1，各路线圈独立，互不影响；1~4路任意组合方式输出并同时满足交流输出；满足室外焊接作业需求，减少了野外作业使用现有逆变电源时对发电机组的依赖性，提高了使用机动性及灵活性。

将四个焊把输出并联起来，可以为一台约40kW的中频加热器供电。

一台多功能脉冲四把焊发动机焊机可以满足管道加热供电、也可满足全自动内焊的3-4个焊枪同时焊接需求，还可满足两台双枪或四台单枪外焊的焊接需求，同时输出三相AC380V和AC220V的50Hz或60Hz的交流电；对管道加热到管道内焊、外焊及全自动焊设备及现场施工设备提供交流电，满足整个管口焊接的供电需求。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种多功能脉冲四把焊发动机焊机，其特征在于，包括：发动机、发电机以及4个并联的控制模块；

所述发动机与所述发电机连接；所述发动机用于为所述发电机提供动力输入；

所述发电机分别与4个所述控制模块相连接；所述发电机用于对焊机及现场施工设备提供交流电；

所述控制模块包括整流单元、焊接控制单元和焊接输出接口；

所述整流单元与所述焊接控制单元连接；所述整流单元用于将所述发电机输出的交流电调整为低压直流电，并将所述低压直流电输入至所述焊接控制单元；

所述焊接控制单元与所述焊接输出接口连接；所述焊接控制单元用于产生焊接电流、焊接电压以及驱动信号；

4个所述焊接输出接口用于执行不同焊接类型的焊接工作；

所述焊接控制单元根据产生的所述驱动信号调节所述焊接电流以及所述焊接电压，产生不同的弧焊电源外特性，所述焊接控制单元根据不同的所述弧焊电源外特性控制与4个所述焊接输出接口连接的焊机进行不同焊接类型的焊接工作。

2.根据权利要求1所述的多功能脉冲四把焊发动机焊机，其特征在于，所述发动机具体包括：飞轮；所述飞轮与所述发电机连接。

3.根据权利要求2所述的多功能脉冲四把焊发动机焊机，其特征在于，还包括：交流电输出接口；

所述交流电输出接口与所述发电机中的交流线圈相连接，所述交流电输出接口用于对所述现场施工设备提供交流电。

4.根据权利要求3所述的多功能脉冲四把焊发动机焊机，其特征在于，所述发电机具体包括发电机转子、交流线圈以及焊接线圈；

所述发电机转子与所述飞轮连接；通过所述飞轮带动所述发电机转子旋转；

所述焊接线圈与所述整流单元连接，所述焊接线圈设有4个，一个所述焊接线圈与一个所述控制模块相对应，所述焊接线圈用于向所述控制模块提供交流电。

5.根据权利要求1所述的多功能脉冲四把焊发动机焊机，其特征在于，所述焊接控制单元包括：电流控制主回路、波形控制回路和控制接口；

所述电流控制主回路的输入端与所述整流单元连接，所述电流控制主回路的输出端与所述焊接输出接口连接；电流控制主回路用于产生焊接电流和焊接电压；

所述波形控制回路分别与所述电流控制主回路及所述控制接口连接；所述波形控制回路用于采集所述焊接电流和所述焊接电压，并产生用于控制所述电流控制主回路的驱动信号；

所述控制接口为对外控制接口，所述控制接口用于连接自动化专机或机器人，所述控制接口为数字通信接口或模拟接口。

6.根据权利要求1所述的多功能脉冲四把焊发动机焊机，其特征在于，还包括控制面板；

所述控制面板与所述焊接控制单元连接；所述控制面板用于控制焊接过程及显示焊接数据；所述焊接数据包括所述焊接电流和所述焊接电压。

7.根据权利要求1所述的多功能脉冲四把焊发动机焊机，其特征在于，所述弧焊电源外特性包括平特性、陡降特性和阶梯特性。

8.根据权利要求7所述的多功能脉冲四把焊发动机焊机，其特征在于，

当所述弧焊电源外特性为所述平特性时，所述焊接类型为自保护药芯半自动焊类型；

当所述弧焊电源外特性为所述陡降特性时，所述焊接类型为手工电弧焊类型；

当所述弧焊电源外特性为所述阶梯特性时，所述焊接类型为熔化极脉冲气体保护焊类型。

9.根据权利要求1所述的多功能脉冲四把焊发动机焊机，其特征在于，所述焊接电流为脉冲电流。

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