CN113618198B - 一种耐热钢材专用逐步熄弧和引弧的手工电弧焊机 - Google Patents

Abstract

一种耐热钢材专用逐步熄弧和引弧的手工电弧焊机，包括手动开关，所述手动开关信号连接电焊机主控板，其特征在于：所述电焊机主控板信号连接比较器，所述比较器信号连接控制回路与引弧回路；本发明结构简单，使用安全可靠，综合制造成本低廉，解决了现有技术中，针对耐热钢等钢材焊接过程中存在的种种问题，彻底消除包含焊接G115耐热钢材以外所有国产和进口的其它型号耐热钢，不锈钢，合金钢，低温钢的熄弧裂纹和起弧缺陷，和使焊接技师师傅达到起弧焊接点位置的精准控制，并且把焊接过程中每一次因为熄弧温差导致的裂纹缺陷消除。

Description

一种耐热钢材专用逐步熄弧和引弧的手工电弧焊机

技术领域

本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种耐热钢材专用逐步熄弧和引弧的手工电弧焊机。

背景技术

现有技术中，金属与金属之间的固定连接，大部分需要采用焊接的手段，焊接在一起的方式有很多种，其中手工焊条电弧焊机被广泛应用。焊条电弧焊机提供电压经过电缆线传输至电焊条，电焊条圆柱芯体外面包裹着一层防止氧化的药皮，在焊条融化时，药皮保护液态金属不和空气接触，实际操作过程为焊接工人手持夹有焊条的焊钳，来使焊条尖端碰触金属达到短路效果后开始融化焊条，待焊条融化到根部尽头后抬起焊条，使焊条脱离金属，目前，碳钢，合金钢材料的焊接都离不开焊条电弧焊的焊接方式。

然而，随着科学技术的进步与发展，部分金属，如我国自主研发的G115钢材，其耐高温高压数值比现有进口钢材高出1-3个百分点，与核电用超级不锈钢数值接近，但是在焊接的理化试验过程中发现以下问题：其一，焊条在开始焊接时，碰触起弧导致药皮轻微脱落，脱落后金属焊芯没有被药皮完整保护导致空气少量侵入，出现气孔缺陷，其二，在每一根焊条融化完毕后在焊条收弧，也就是焊条熄灭的瞬间，焊接工件熔池末端处出现细小裂纹缺陷。以上问题还未被完善解决，或者说目前还缺少对应解决该问题的设备。

发明内容：

本发明的目的在于，克服现有焊接设备技术不足之处，提供一种结构简单，安全可靠的一种耐热钢材专用逐步熄弧和引弧的手工电弧焊机。

设备包括手动开关，所述手动开关信号连接电焊机主控板，所述电焊机主控板信号连接比较器，所述比较器信号连接控制回路与引弧回路；

所述控制回路包括PI调节器，所述PI调节器信号连接PWM脉宽调制芯片，所述PWM脉宽调制芯片信号连接脉冲驱动变压器，所述脉冲驱动变压器电连接功率元件IGBT；

所述引弧回路包括光电耦合器，所述光电耦合器信号连接MOS场效应管，所述MOS场效应管信号连接固态继电器，由固态继电器负载端控制交流电连接高漏抗变压器，高漏抗变压器副边接入由电容器与引弧器原边线圈形成的回路。

进一步的，所述手动开关为微型手动低压信号接触开关。

进一步的，所述固态继电器负载端控制交流电连接高漏抗变压器或者高压包元件。

本发明的有益效果是：本发明结构简单，使用安全可靠，综合制造成本低廉，解决了现有技术中，针对耐热钢等钢材焊接过程中存在的种种问题，具体的说：

一:彻底消除包含焊接G115耐热钢材以外所有国产和进口的其它型号耐热钢，不锈钢，合金钢，低温钢的焊条电弧焊起弧始焊位置起弧缺陷，使焊接技师师傅达到起弧焊接点位置的精准控制；

二：改变了每一次焊条熄弧时因为温差太大导致的裂纹缺陷消除；

三：顺利推进我国自主生产安装发电厂主蒸汽管道的国产进程；

四：同时也颠覆了国内以及国外以往手工焊条焊接的焊接方式，开启了所有金属焊条电弧焊的高效，高品质的时代。

附图说明

图1是本发明所述的一种耐热钢材专用逐步熄弧和引弧的手工电弧焊机的结构示意图；

附图标记：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

参照图1，本发明所述的一种耐热钢材专用逐步熄弧和引弧的手工电弧焊机，包括手动开关，所述手动开关信号连接电焊机主控板，所述电焊机主控板信号连接比较器，所述比较器信号连接控制回路与引弧回路；

所述控制回路包括PI调节器，所述PI调节器信号连接PWM脉宽调制芯片，所述PWM脉宽调制芯片信号连接脉冲驱动变压器，所述脉冲驱动变压器电连接功率元件IGBT；

所述引弧回路包括光电耦合器，所述光电耦合器信号连接MOS场效应管，所述MOS场效应管信号连接固态继电器，由固态继电器负载端控制交流电连接高漏抗变压器；高漏抗变压器副边接入由电容器与引弧器原边线圈形成的回路。

进一步的，所述手动开关为微型手动低压信号接触开关。

进一步的，所述固态继电器负载端控制交流电连接高漏抗变压器或者高压包元件。

技术背景详诉：

我国发电站和化工的超高温高压的金属管道中安装作业中，大都采用国外进口的T91和T92管材和焊材，因为在此前，我国制造的材料不能承受如此高的压力和温度，去年我国弯道超车研发出的G115钢材，比现有进口钢材耐高温高压数值高出1-3个百分点，与核电用超级不锈钢数值接近，极大的降低了我国建造成本。

国产焊条也已开发出来，在理化实验中，最开始，我们进行全位置手工氩弧焊接方式进行，焊缝无缺陷，但是理化试验不合格；后来采用手工焊条电弧焊，取中间一段焊缝金属进行试验合格，在焊接技师焊接试验时发现以下问题：

一：焊条在开始焊接时，碰触起弧导致药皮轻微脱落，脱落后金属焊芯没有被药皮完整保护导致空气少量侵入，出现气孔缺陷；

二：在每一根焊条融化完毕后在焊条收弧，也就是焊条熄灭的瞬间，焊接工件熔池末端处出现细小裂纹缺陷。

这两种缺陷在焊接过程中和焊接完成后都是用肉眼观测不到的，在后期对焊缝，也就是焊条融化在钢材表面的金属层，进行X光扫描后，清晰的呈现在底片影像中。再对这一缺陷区域的焊缝金属进行弯曲和拉伸试验的时候出现断裂和数值不达标的情况。因此这两种缺陷不允许存在焊缝里面，因为后期在高温高压的作用下焊缝里面的裂纹和气孔会延伸导致焊口，也就是两个完整的管道对接焊接完成后的焊缝开裂，一旦出现问题便是特大事故，因此此项工程无法进展。

面对这种困难如何焊接合格这种合金成分复杂且焊接性差的钢材，我们这些充满对焊接饱满的热情的人集思广益，反复研究，与我国多名焊接行业的高级技师废寝忘食的大量反复试验，最终试验得出相关解决方案：

一：需要完全避免焊条碰触的方式引燃焊条，这样焊条药皮不会因为碰触而破损；

二：我们研究发现裂纹是因为液态熔池突然变成固态时的温差导致，应采用焊条收弧时通过缓慢降低电流的方法，使最后的液态金属（焊条融化的时候是液态的）变成固态金属的时间加长，这样就降低了液态金属瞬间变成固态金属时对温度差别的敏感特性，避免焊条熄灭瞬间焊接处出现细小裂纹缺陷。

本发明工作原理：

在夹持焊条的焊钳上面增加一个微型手动低压信号接触开关，由焊接操作人员提前把持焊条前端移动至距离待焊金属工件目标处0.2-8毫米距离内，手动按下焊接开关，电路接通发出开关信号，进入电焊机主控板；

开关信号通过经过主控板上IC芯片电压比较器，比较器翻转，开启信号分成两路，一路经过PI调节器与反馈信号和给定信号进行信号整合后，经由比较器与跟随器芯片，进行对信号的保护与保持，接着信号进入PWM脉宽调制芯片信号输入端进行脉宽调制，信号经脉宽调制后经过推挽电路进入脉冲驱动变压器，经由脉冲驱动变压器对驱动信号进行分组分配后，驱动信号开始控制功率元件IGBT,焊机输出电路开始运行，意味着焊接工件和焊条已经存在电压，具备实施焊接的初步条件，随时可以进行焊接工艺的施行。

另一路信号通过光电耦合器，MOS场效应管，开通固态继电器，交流电源经由固态继电器负载端连接至高漏抗变压器或者高压包元件，经高漏抗变压器升压释放出3千伏的高压，高压电自高漏抗变压器副边一端进入电容器与引弧器原边线圈形成的回路进行高压能量储能后，促使回路中放电器按照预设的频率进行放电，经由放电器放电调制后，使原本的高压电成为与预设频率一致的高频高压电能，而这种高频高压电能就通过引弧器进行瞬间释放，因为引弧器工作在高频引弧状态时具有升压变压器设计（原副边匝比为6：18），高频高压进入引弧器原边绕组，对引弧器复变绕组进行3倍压的瞬时高频高压电能输出。引弧器副边绕组为功率边，具备通过大电流的特性，且在没有高频加入时为电感特性，从而使焊接电流波形更加平稳。引弧器副边绕组一端连接焊机外部焊接电缆，另外一段连接焊机变压器，引弧器原边绕组另一端接回高陋抗变压器的副边绕组另一端，形成一个回路，引弧器因为和带电的焊机输出电路是连接状态，所以引弧器是带电的，当3千伏高压经过引弧器的时候，焊机输出电路输出电压瞬间被放大3倍以上，相当于对带电的电路进行增压，被瞬时增强后的焊机输出电路电压瞬间施加到焊条前端。

因为电压太强，致使焊条前端和待焊工件之间0.2-8毫米距离内的空气导电，导电后焊条就和金属之间在一定距离内引燃了电弧，引燃电弧后，高压系统停止放电工作，然后正常电压焊接直到一个焊条即将焊接结束，即将结束时，松开开关，主控板电压比较器恢复，关断PI调节器信号输入，PI调节器状态保持电路开始工作，保持电路电容储存电压开始泄放，PI调节器输出信号逐渐变小，送入PWM脉宽调制器信号变小，直至PI调节保持电路电容泄放完成，PWM脉宽调制器输出脉宽缓慢变窄，直至完全关闭，从而实现在电流输出缓慢的减小到不能维持电弧发生的小电流数值范围，息弧，焊接完成。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种耐热钢材专用逐步熄弧和引弧的手工电弧焊机，包括手动开关，所述手动开关信号连接电焊机主控板，其特征在于：所述电焊机主控板信号连接比较器，所述比较器信号连接控制回路与引弧回路；

所述控制回路包括PI调节器，所述PI调节器信号连接PWM脉宽调制芯片，所述PWM脉宽调制芯片信号连接脉冲驱动变压器，所述脉冲驱动变压器电连接功率元件IGBT；

所述引弧回路包括光电耦合器，所述光电耦合器信号连接MOS场效应管，所述MOS场效应管信号连接固态继电器，由固态继电器负载端控制交流电连接高漏抗变压器；副边一端进入电容器与引弧器原边线圈形成的回路。

2.根据权利要求1所述的一种耐热钢材专用逐步熄弧和引弧的手工电弧焊机，其特征在于，所述手动开关为微型手动低压信号接触开关。

3.根据权利要求1所述的一种耐热钢材专用逐步熄弧和引弧的手工电弧焊机，其特征在于，所述固态继电器负载端控制交流电连接高漏抗变压器或者高压包元件。

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