CN116786949A - 一种手工钨极氩弧焊外置控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于氩弧焊控制技术领域，尤其涉及一种手工钨极氩弧焊外置控制装置及控制方法。本控制装置及控制方法，通过设置用于控制焊接回路通断的焊接电路通断模块、用于控制氩气通断的氩气通断模块、用于控制氩气流通断的延迟关闭模块、用于控制焊接回路通断的延迟导通模块、用于各组件供电的DC‑DC电源模块、用于实现高频起弧的高频耦合器及高频起弧模块、用于控制装置开关的开关模块，实现对手工钨极氩弧焊焊接过程所需引弧、氩气、电的控制，可解决手工钨极氩弧焊大距离、频繁改变焊接场须频繁移动焊机位置的问题，使普通的具备陡降输出外特性的直流焊机具备手工钨极氩弧焊功能，以提高焊接质量、安全性及节约氩气及提高焊接设备的利用率。

Description

一种手工钨极氩弧焊外置控制装置及控制方法

技术领域

本发明属于氩弧焊控制技术领域，尤其涉及一种手工钨极氩弧焊外置控制装置及控制方法。

背景技术

现有手工钨极氩弧焊是一种手工操作气体保护焊，其是指使用钨合金棒作为电极，利用从氩弧焊枪喷嘴流出氩气，在电弧焊接的熔池周围，形成连续封闭的气流，以保护钨电极、焊丝和高温的焊接熔池不被氧化。手工钨极氩弧焊工艺具有易于操作、焊接熔池保护效果好，焊缝金属组织致密，焊缝成型美观，无焊渣，无损检测合格率高的等优点，广泛应用在石油化工、电力等工程建设中。

现有的氩弧焊控制原理如图1所示，氩气瓶1通过减压阀、氩气流量计和氩气管与焊枪2的十字阀3进气口相连，再通过一条氩气管将焊枪2与十字阀3出气口相连，焊机4的正极连接待焊接焊件5，焊机4的负极通过线缆连接焊枪2。

现有的氩弧焊机配备的氩弧焊焊枪线缆长度受到限制，适合于焊件离焊机距离较近的位置的焊接，一般作业半径不超过10m。焊枪使用距离太远影响焊接电弧的稳定性和氩气保护效果，最终影响焊接质量。但工程建设管道焊接施工具有远距离、高空多，作业点分散、流动性大等特点，在焊机附近焊接作业反而不多。再加上焊机重量较重，不便于随意搬运，焊机一般在焊机箱或焊机工棚内集中设置。现常用的简易氩弧焊焊枪（俗称“土把”）虽能在较大范围移动使用，但远距离和高空焊接施工时，必须从焊机上引出一条很长的氩气管和焊接控制电缆连通焊枪。

由此，多存在以下技术问题：

1.由于无氩气及焊机近距离控制装置，氩气及焊机的开关靠人工在氩气瓶及焊机处操作，在焊接过程中，需要在引燃焊接电弧前通入氩气以及在停止焊接时先断电熄弧后断氩气，但是由于焊件离氩气瓶及焊机距离较远，从而造成氩气损耗较大。

2.氩气管和控制线缆很长，增加了焊枪在焊接时的重量，导致焊接人员焊接时劳动强度大、焊接精度低，而且增加了焊机及控制系统的故障率。

3.焊枪和焊件间始终存在85V左右的焊机输出空载电压，在更换钨电极时易于发生触电事故。

4.焊接起弧无高频起弧功能易造成起弧夹钨的焊接缺陷，收弧处易产生缩孔等焊接缺陷。

发明内容

为解决现有技术中存在的至少一种技术问题，本申请提供了一种手工钨极氩弧焊外置控制装置及控制方法，实现对手工钨极氩弧焊焊接过程所需引弧、氩气、电的控制，以解决手工钨极氩弧焊大距离、频繁改变焊接场必须频繁移动焊机位置的问题，使普通的具备陡降输出外特性的直流焊机具备完善的手工钨极氩弧焊功能，以提高手工钨极氩弧焊的焊接质量、焊接过程的安全性、节约氩气及焊接设备的利用率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种手工钨极氩弧焊外置控制装置，包括：

焊接电路通断模块，用于控制焊接回路通断且其包括依次串联的负极输入接口、继电器及负极输出接口；

氩气通断模块：用于控制氩气瓶与焊枪之间氩气的通断且其包括依次串联的氩气输入接口、电磁气阀、软管及氩气输出接口；

延迟关闭模块：用于在其得电时控制电磁气阀导通且在其失电一定时间后控制电磁气阀断开；

延迟导通模块：用于在其得电一定时间后控制继电器回路导通且在其失电时控制继电器回路断开；

DC-DC电源模块：用于将焊机的空载电压降压后分别向所述延迟导通模块、延迟关闭模块、继电器、电磁气阀供电；

高频耦合器：串联在所述负极输出接口与继电器的输出端之间；

高频起弧模块：由焊机的空载电压供电且其通电后向高频耦合器发出高频信号，所述高频耦合器将获得的高频信号输出至负极输出接口；

开关模块：用于分别控制所述DC-DC电源模块与延迟导通模块、延迟关闭模块、继电器、电磁气阀之间的电路通断。

优选的，还包括蓄电池，所述开关模块控制蓄电池与延迟导通模块、延迟关闭模块、继电器、电磁气阀之间的电路通断。

优选的，还包括蓄电池充电管理模块，所述蓄电池充电管理模块由DC-DC电源模块供电，所述蓄电池充电管理模块用于向蓄电池充电及向延迟导通模块、延迟关闭模块、继电器、电磁气阀提供工作电压。

优选的，所述高频起弧模块的正极输入端电连接DC-DC电源模块的正极输入端，所述高频起弧模块的负极输入端电连接负极输出接口。

优选的，在所述DC-DC电源模块的正极输入端电连接有导电夹具，所述导电夹具用于电连接焊机正极。

优选的，所述开关模块包括微动开关及与微动开关串联的微动开关插座，所述微动开关插座分别电连接延迟导通模块机延迟关闭模块的输入端；

所述微动开关控制所述DC-DC电源模块及蓄电池分别与延迟导通模块、延迟关闭模块、继电器、电磁气阀之间的电路通断。

优选的，所述DC-DC电源模块的正极输入端电连接焊机正极，所述DC-DC电源模块的负极输入端电连接负极输入接口。

优选的，还包括主机壳体，所述焊接电路通断模块、氩气通断模块、延迟关闭模块、DC-DC电源模块、开关模块设置在所述主机壳体内，在所述主机壳体上设置有提手。

一种手工钨极氩弧焊外置控制装置的控制方法，包括如下控制过程，

S1：将所述氩气输入接口与氩气瓶连通，将所述负极输入接口通过电缆电连接焊机负极，将所述DC-DC电源模块通过电缆电连接焊机正极，将负极输出接口通过电缆电连接焊枪，将所述氩气输出接口连通焊枪，将焊机正极电连接焊件；

S2：打开开关模块，所述延迟关闭模块及延迟导通模块得电，

所述延迟关闭模块得电后控制电磁气阀开启使氩气依次通过氩气输入接口、软管、氩气输出接口输出至焊枪； 所述延迟导通模块得电一定时间后控制继电器吸合导通使负极输入接口、继电器、负极输出接口与焊枪导通；所述继电器吸合导通时，所述高频起弧模块得电并向高频耦合器发出一定时间的高频信号，高频耦合器将获得的高频信号经负极输出接口输出至焊枪的钨极，从而在已有氩气保护的区域引燃电弧；

S3：当焊接完成，关闭开关模块，所述延迟导通模块失电后控制继电器断开使负极输入接口、继电器、负极输出接口与焊枪断开连接后电弧熄灭；在所述延迟导通模块失电的同时，所述延迟关闭模块延迟一定时间后控制电磁气阀关闭，使氩气瓶至焊枪的通路断开。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.通过本控制装置及控制方法，能够对焊枪和焊机有效连接的同时，对焊接过程所需气、电、起弧起到很好的自动控制；2.在停止焊接时自动关闭氩气，不在需要焊工去手动关闭氩气，避免因焊工疏忽大意忘关氩气阀门或短时间停止工作而造成氩气流失，从而起到节约氩气的功能；3.自动关断焊枪与焊机空载电压的连接，焊工可在安全的工作状态下维护和更换钨极，避免触电事故的发生；4.采用高频起弧可在一定程度上避免焊接起弧处产生夹钨的焊接缺陷；5.可与直流电焊机连接，使不具备氩弧焊功能的直流电焊机也可具备完善的氩弧焊功能，从而提高设备利用率避免重复投资；6.无需另外加装电源，方便焊接施工现场灵活的移动和安全工作。

附图说明

图1为现有技术的焊枪、氩气瓶、焊机及焊件的连接示意图。

图2为本发明的内部结构示意图。

图3为本发明的外部结构示意图。

图4为本发明与焊枪、氩气瓶、焊机及焊件的连接示意图。

图中：1、氩气瓶，2、焊枪，3、十字阀，4、焊机，5、焊件，6、控制装置主机，61、主机壳体，62、负极输入接口，63、氩气输入接口，64、导电夹具，65、负极输出接口，66、微动开关插座，67、氩气输出接口，68、微动开关，69、提手，610、延迟导通模块，611、延迟关闭模块，612、高频起弧模块，613、蓄电池充电管理模块，614、DC-DC电源模块，615、继电器，616、电磁气阀，617、软管，618、蓄电池，619、高频耦合器。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例：

参见图2、3所示，一种手工钨极氩弧焊外置控制装置，包括手工钨极氩弧焊控制装置主机6，该控制装置主机6包括方形主机壳体61及设置在主机壳体61内的焊接电路通断模块、氩气通断模块、延迟关闭模块611、延迟导通模块610、DC-DC电源模块614、高频耦合器619、高频起弧模块612、开关模块、蓄电池618、蓄电池充电管理模块613。为了便于携带移动该控制装置主机6，在主机壳体61上设置有提手69。

氩气通断模块用于控制氩气瓶1与焊枪2之间氩气的通断且其包括依次串联的氩气输入接口63、电磁气阀616、软管617及氩气输出接口67。氩气输入接口63及氩气输出接口67均采用宝塔式接头形式并使用螺栓分别固定在主机壳体61的右侧及左侧面板开孔内，便于气管的接插并保证牢固稳定和密闭性好。

电磁气阀616设置在主机壳体61内且其输入接口连通氩气输入接口63、其输出接口连通软管617。通过控制电磁气阀616的通断进而控制氩气输入接口63及氩气输出接口67之间的通断，即而控制氩气瓶1与焊枪2之间氩气的通断。

焊接电路通断模块用于控制焊接回路通断且其包括依次串联的负极输入接口62、继电器615及负极输出接口65。负极输入接口62及负极输出接口65分别固定连接在主机壳体61的右侧及左侧面板上。继电器615设置在主机壳体61内且其输出端负极电连接负极输入接口62、其输出端正极电连接负极输出接口65。通过控制继电器615的通断进而控制负极输入接口62及负极输出接口65之间电路的通断，即而控制焊机4、焊枪2及焊件5之间焊接回路的通断。

此外，由于采用高频起弧可在一定程度上避免焊接起弧处产生夹钨的焊接缺陷，在本实施例中，高频耦合器619串联在负极输出接口62与继电器615的输出端之间，具体的，高频耦合器619的一端电连接在继电器615的输出端正极上且其另一端与负极输出接口65电连接。高频起弧模块612设置在主机壳体61内且由焊机4的空载电压供电，在高频起弧模块612通电后向高频耦合器619发出高频信号，高频耦合器619将获得的高频信号输出至负极输出接口65。

在主机壳体61内还设置有延迟关闭模块611、延迟导通模块610、DC-DC电源模块614及开关模块。

延迟关闭模块610用于在其得电时立即控制电磁气阀616导通且在其失电一定时间后控制电磁气阀616断开。延迟导通模块610用于在其得电一定时间后控制继电器615回路导通且在其失电时控制继电器615回路断开。

由此，通过上述模块，在延迟关闭模块611及延迟导通模块610同时得电时，延迟关闭模块611立即控制电磁气阀616导通使氩气瓶1内的氩气经由氩气输入接口63、电磁气阀616、软管617、氩气输出接口67进入焊枪2，此时由于延迟导通模块610需在其得电一定时间后控制继电器615回路导通，故可实现在焊接前在焊接区域先行通入氩气，避免焊接区域氧化。在焊接完成后，延迟导通模块610立即控制继电器615断开，从而使焊接回路断开，由于延迟关闭模块611需在延迟导通模块610失电一定时间后控制电磁气阀616断开，故可实现在焊接完成即焊接回路断开后持续通入一定时间的氩气，进一步避免焊接区域被氧化。也就是实现了焊接前提前送气排除焊接区域的空气，然后引燃电弧，焊接结束时提前熄灭电弧，然后关闭氩气流，使高温的焊接熔池继续受氩气的保护，直至焊接熔池温度降低后关闭氩气。

为了实现对延迟导通模块610、延迟关闭模块611、继电器615、电磁气阀616供电，在主机壳体61内设置有DC-DC电源模块614，DC-DC电源模块614用于将焊机4的空载电压降压后分别向延迟导通模块610、延迟关闭模块611、继电器615、电磁气阀616供电。

为了防止在电弧短暂短路时DC-DC模块614无电压输出造成的焊接过程中断，在主机壳体61内还设置有蓄电池618，开关模块控制蓄电池618与延迟导通模块610、延迟关闭模块611、继电器615、电磁气阀616之间的电路通断。蓄电池618可选用UPS电源并可与DC-DC电源模块614并联，从而避免对延迟导通模块610、延迟关闭模块611、继电器615、电磁气阀616中断供电。

进一步的，在主机壳体61内还设置有蓄电池充电管理模块613，蓄电池充电管理模块613由DC-DC电源模块614供电，蓄电池充电管理模块613用于向蓄电池618充电及向延迟导通模块610、延迟关闭模块611、继电器615、电磁气阀616提供工作电压。

开关模块用于分别控制DC-DC电源模块614与延迟导通模块610、延迟关闭模块611、继电器615、电磁气阀616之间的电路通断。在本实施例中，开关模块包括微动开关68及与微动开关68串联的微动开关插座66，微动开关插座66分别电连接延迟导通模块610及延迟关闭模块611的输入端；微动开关控制DC-DC电源模块614及蓄电池618分别与延迟导通模块610、延迟关闭模块611、继电器615、电磁气阀616之间的电路通断。

具体的，在DC-DC电源模块614的正极输入端通过电缆电连接有设置在主机壳体61外部的导电夹具64，导电夹具64用于夹持并电连接在焊机4正极，DC-DC电源模块614的负极输入端电连接在负极输入接口62上。由此，在本控制装置使用时，当导电夹具64夹持在焊件5或直流焊机4正极上，直流焊机4空载电压经DC-DC模块614降压后稳定在12V后向蓄电池充电管理模块613供电，蓄电池充电管理模块613检测蓄电池618的电量，自动开启和关闭向蓄电池618充电。蓄电池充电管理模块613输出12V电压和蓄电池618共同向延迟导通模块610、延迟关闭模块611、蓄电池618、继电器615、电磁气阀616提供工作电压。

高频起弧模块612的正极输入端电连接DC-DC电源模块614的正极输入端，高频起弧模块612的负极输入端电连接在继电器615的正极输出端，并通过高频耦合器619电连接负极输出接口65。由此，通过高频起弧模块612的连接方式，焊机4的空载电压可在继电器615吸合后向高频起弧模块612供电。高频起弧模块612在继电器615吸合后工作2-3秒后自动停止工作，不再输出高频，直至下一次触发。高频起弧模块612在继电器615得电形成通电回路后才能得电，故在焊接回路建立后，高频起弧模块612及高频耦合器619才开始工作，提高了控制装置自动化水平的同时，节能降耗。此外，高频起弧模块612正负极输出端分别电连接在高频耦合器619的两端，高频起弧模块612工作后向高频耦合器619发出高频信号，高频耦合器619将获得的高频信号经焊接电缆输出到负极输出接口65。

在本实施例中，延迟导通模块610及延迟关闭模块611相互并联且其二者均由蓄电池618供电，继电器615及电磁气阀616均由蓄电池618供电。微动开关68及与其串联的微动开关插座66串联在蓄电池618至延迟导通模块610、延迟关闭模块611的回路上，从而通过通断微动开关68控制蓄电池618对延迟导通模块610、延迟关闭模块61的供电与否。

上述微动开关68、延迟导通模块610、延迟关闭模块611、高频起弧模块612、蓄电池充电管理模块613、DC-DC电源模块614、继电器615、电磁气阀616、蓄电池618及高频耦合器619的结构及工作原理均可为现有技术，具体型号及连接方式只要能满足本说明书中的工作过程及控制方法即可，此处不再赘述。

一种手工钨极氩弧焊外置控制装置的控制方法，包括如下控制过程，

S1：参见图4所示，将氩气输入接口63与氩气瓶1连通，将负极输入接口62通过电缆电连接焊机4负极，将与DC-DC电源模块614电连接的导电夹具64通过电缆电连接焊机4正极，将负极输出接口65通过电缆电连接焊枪2，将氩气输出接口67连通焊枪2，将焊机4正极电连接焊件5；直流焊机4的空载电压经DC-DC模块614降压后稳定在12V后向蓄电池充电管理模块613供电，蓄电池充电管理模块613检测蓄电池618的电量并可输出12V电压自动开启和关闭向蓄电池618充电；

S2：打开微动开关68，导通信号经微动开关插座66传导到延迟关闭模块611及延迟导通模块610以向二者提供工作电压；

延迟关闭模块611得电后控制电磁气阀616开启使氩气依次通过氩气输入接口63、软管617、氩气输出接口67输出至焊枪2，氩气经焊枪2在焊枪喷嘴周围形成氩气保护区域；

延迟导通模块610得电一定时间（时间可调）后控制继电器615吸合导通使负极输入接口62、继电器615、高频耦合器619、负极输出接口615与焊枪2导通，从而建立焊接回路；

继电器615吸合导通时，高频起弧模块612得电并向高频耦合器619发出一定时间（时间可调，可为2-3秒）的高频信号，高频耦合器619将获得的高频信号经负极输出接口65输出至焊枪2的钨极，击穿钨极和焊件间1-2mm的间隙，从而在已有氩气保护的区域引燃电弧；

S3：当焊接完成，松开微动开关68时关闭信号经微动开关插座66传导到延迟导通模块610；

延迟导通模块610失电后立刻关闭继电器615的工作电压以控制继电器615断开使负极输入接口62、继电器615、负极输出接口65与焊枪2断开连接后电弧熄灭；

在延迟导通模块610失电的同时，延迟关闭模块611延迟一定时间（时间可调）后关闭电磁气阀616的工作电压以控制电磁气阀616关闭，使氩气瓶1至焊枪2的通路断开，从而关闭氩气流，实现停止焊接时先断电熄弧后断气的功能，此时高温熔池有氩气保护不被空气氧化，从而保证焊接收弧处的焊接质量。

本发明提出了一种新的用于氩弧焊接的控制装置及控制方法，结构简单，通过设置在主机壳体内部的各组件，实现在使用简易氩弧焊枪时得到完善的气、电、引弧的有效控制，降低了焊工操作难度的同时，提高了焊接质量，也提高了焊接过程的安全性和经济性；使用过程中，焊工只需按动微动开关，便可自动控制焊接过程所需的各项要素，使得氩气最大化的利用，降低了资源的浪费。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种手工钨极氩弧焊外置控制装置，其特征在于：包括：

焊接电路通断模块，用于控制焊接回路通断且其包括依次串联的负极输入接口、继电器及负极输出接口；

氩气通断模块：用于控制氩气瓶与焊枪之间氩气的通断且其包括依次串联的氩气输入接口、电磁气阀、软管及氩气输出接口；

延迟关闭模块：用于在其得电时控制电磁气阀导通且在其失电一定时间后控制电磁气阀断开；

延迟导通模块：用于在其得电一定时间后控制继电器回路导通且在其失电时控制继电器回路断开；

DC-DC电源模块：用于将焊机的空载电压降压后分别向所述延迟导通模块、延迟关闭模块、继电器、电磁气阀供电；

高频耦合器：串联在所述负极输出接口与继电器的输出端之间；

高频起弧模块：由焊机的空载电压供电且其通电后向高频耦合器发出高频信号，所述高频耦合器将获得的高频信号输出至负极输出接口；

开关模块：用于分别控制所述DC-DC电源模块与延迟导通模块、延迟关闭模块、继电器、电磁气阀之间的电路通断。

2.根据权利要求1所述一种手工钨极氩弧焊外置控制装置，其特征在于：还包括蓄电池，所述开关模块控制蓄电池与延迟导通模块、延迟关闭模块、继电器、电磁气阀之间的电路通断。

3.根据权利要求2所述一种手工钨极氩弧焊外置控制装置，其特征在于：还包括蓄电池充电管理模块，所述蓄电池充电管理模块由DC-DC电源模块供电，所述蓄电池充电管理模块用于向蓄电池充电及向延迟导通模块、延迟关闭模块、继电器、电磁气阀提供工作电压。

4.根据权利要求1所述一种手工钨极氩弧焊外置控制装置，其特征在于：所述高频起弧模块的正极输入端电连接DC-DC电源模块的正极输入端，所述高频起弧模块的负极输入端电连接负极输出接口。

5.根据权利要求1所述一种手工钨极氩弧焊外置控制装置，其特征在于：在所述DC-DC电源模块的正极输入端电连接有导电夹具，所述导电夹具用于电连接焊机正极。

6.根据权利要求2所述一种手工钨极氩弧焊外置控制装置，其特征在于：所述开关模块包括微动开关及与微动开关串联的微动开关插座，所述微动开关插座分别电连接延迟导通模块及延迟关闭模块的输入端；所述微动开关控制所述DC-DC电源模块及蓄电池分别与延迟导通模块、延迟关闭模块、继电器、电磁气阀之间的电路通断。

7.根据权利要求1所述一种手工钨极氩弧焊外置控制装置，其特征在于：所述DC-DC电源模块的正极输入端电连接焊机正极，所述DC-DC电源模块的负极输入端电连接负极输入接口。

8.根据权利要求1所述一种手工钨极氩弧焊外置控制装置，其特征在于：还包括主机壳体，所述焊接电路通断模块、氩气通断模块、延迟关闭模块、DC-DC电源模块、开关模块设置在所述主机壳体内，在所述主机壳体上设置有提手。

9.一种手工钨极氩弧焊外置控制装置的控制方法，其特征在于：包括如下控制过程，

S1：将所述氩气输入接口与氩气瓶连通，将所述负极输入接口通过电缆电连接焊机负极，将所述DC-DC电源模块通过电缆电连接焊机正极，将负极输出接口通过电缆电连接焊枪，将所述氩气输出接口连通焊枪，将焊机正极电连接焊件；

S2：打开开关模块，所述延迟关闭模块及延迟导通模块得电；

所述延迟关闭模块得电后控制电磁气阀开启使氩气依次通过氩气输入接口、软管、氩气输出接口输出至焊枪；

所述延迟导通模块得电一定时间后控制继电器吸合导通使负极输入接口、继电器、负极输出接口与焊枪导通；

所述继电器吸合导通时，所述高频起弧模块得电并向高频耦合器发出一定时间的高频信号，高频耦合器将获得的高频信号经负极输出接口输出至焊枪的钨极，从而在已有氩气保护的区域引燃电弧；

S3：当焊接完成，关闭开关模块；

所述延迟导通模块失电后控制继电器断开使负极输入接口、继电器、负极输出接口与焊枪断开连接后电弧熄灭；

在所述延迟导通模块失电的同时，所述延迟关闭模块延迟一定时间后控制电磁气阀关闭，使氩气瓶至焊枪的通路断开。