CN1249974A

CN1249974A - 仿真电焊机

Info

Publication number: CN1249974A
Application number: CN 99113974
Authority: CN
Inventors: 林跃明; 杨培成; 谢炳生; 颜霆
Original assignee: SHANGHAI CITY SUPERIOR TECHNICIAN SCHOOL
Current assignee: SHANGHAI CITY SUPERIOR TECHNICIAN SCHOOL
Priority date: 1999-08-12
Filing date: 1999-08-12
Publication date: 2000-04-12

Abstract

本发明公开了一种仿真实验电焊机,包括仿真模拟操作部分、模拟操作控制部分以有焊接质量检验显示装置;还包括强制使用面罩保护电路焊接电流调整电路输出一可调节大小的电流到仿真焊钳进给电机,以模拟实际电焊时的电流调节控制该被调节的电流控制模拟电焊电路输出的模拟弧光的强弱,同时由仿真焊钳所夹持的模拟电焊条回缩的速度;模拟电焊电路输出一可调节的高压脉冲,产生模拟焊弧光,该模拟焊弧光通过工件焊接信息反馈控制器的识别在焊道显示电路显示。演示和训练效果逼真。

Description

仿真电焊机

本发明涉及一种防真电焊机，尤其涉及一种使用在教学演示场合的仿真电焊机。

随着社会的进步，各行各业需要越来越多的有技术有技能的人才，因此培训工作显得尤为重要。其中在培训初级电焊工时，过去一般采用理论和实际电焊操作相结合的方法，实际电焊操作需每人配备一台直流电焊机，且要消耗各种焊条和各规格电焊工件若干，成本高，浪费大，更主要的是焊条中含有0.30％～0.55％锰成分，学员在训练过程中吸入易诱发职业病。为解决以上问题，有人设计了模拟操作电焊的器具，例如中国专利号ZL87200774公开的“电焊工速成培训模拟器”以及中国专利号ZL89210870公开的“示教型脉冲焊接控制设备”，虽能达到模拟电焊的效果，但都存在以下缺点：1.前者过于简单，只能模拟电焊的手势，而不能体现模拟焊接的质量，所以实际效果不佳；2、后者电路过于复杂，且要配合真正的交直流电焊机使用，实际还不能达到全模拟的效果。

本发明的目的就是为了克服现有模拟电焊设备的缺点，而提供的一种结构简单，通过操作部件和控制部件的组成，完全模仿真实的电焊机原理和操作要求，并且有焊接质量检测显示和训练强制使用焊接面罩的效果，演示和训练效果佳的仿真实验电焊机。

实现本发明的技术方案是：一种仿真实验电焊机，包括仿真模拟操作部分、模拟操作控制部分以及焊接质量检验显示装置；所述的仿真模拟操作部分包括：仿真焊钳、模拟电焊条、电焊面罩；所述的焊接质量检验显示装置包括：模拟焊接工件、工件焊接信息反馈控制器、焊道显示电路；所述的模拟操作控制部分包括：仿真焊接电流调整电路、模拟电焊电路、仿真焊钳进给电机；所述的仿真焊接电流调整电路输出一可调节大小的电流到仿真焊钳进给电机，以模拟实际电焊时的电流调节，该被调节的电流控制模拟电焊电路输出的模拟弧光的强弱，同时控制由仿真焊钳所夹持的模拟电焊条回缩的速度；所述模拟电焊电路输出一可调节的高压脉冲，通过仿真焊钳上所夹持的模拟电焊条输出并指向模拟焊接工件，产生模拟焊弧光，该模拟焊弧光通过工件焊接信息反馈控制器的识别在焊道显示电路显示；还包括强制使用面罩保护电路，由一串接在模拟操作控制部分输入端的开关电路组成，该保护电路与面罩连接，并由面罩的使用与否控制模拟操作控制部分是否有信号输出。

上述一种仿真实验电焊机，其中，所述的仿真焊钳，包括一焊钳主杆、一与焊钳主杆枢接的活动手柄，分别设在焊钳主杆和活动手柄端点的一对钳头，还包括一进给电机和受进给电机驱动的作相对运动的主、被动轮；所述进给电机电连接于转速控制电路，设在焊钳主杆内，其输出轴与主动轮连接；所述主动轮设在与焊钳主杆连接的钳头内，所述被动轮为一对，平行设在与主动轮对应的另一与活动手柄连接的钳头内。

上述的一种仿真实验电焊机，其中，所述的模拟电焊电路包括一高压发生器，该高压发生器由一高压点火线圈、一脉冲电路以及一开关管构成；所述高压发生器的点火线圈次级的a端连接模拟电焊条，点火线圈次级的b端连接模拟焊接工件的轨迹；所述高压发生器受脉冲电路控制输出一可调节的高压脉冲，该高压脉冲指向模拟焊接运行条上的轨道时击穿空气，产生电火花，通过工件焊接信息反馈控制器耦合到显示电路显示电焊点位置。

上述一种仿真实验电焊机，其中，所述的模拟电焊条为一导体，其外周包覆一层绝缘体，导体的下端点固设一磁铁。

上述一种仿真实验电焊机，其中，所述的模拟焊接工件为多个不同轨迹的模拟焊接运行条，各模拟焊接运行条上的轨迹为连续的，由导电材料构成。

上述一种仿真实验电焊机，其中，所述的工件焊接信息反馈控制器为一干簧管。

上述一种仿真实验电焊机，其中，所述的焊道显示电路由与工件焊接信息反馈控制器连接的相并联的多组显示电路构成，每组显示电路包括相串联的一发光二极管、一可控硅以及一限流电阻。

上述一种仿真实验电焊机，其中，所述的焊接质量检验显示装置设在一盒体内，其中，模拟焊接运行条可脱卸地设在盒体的底板上，所述各显示电路间隔分布在模拟焊接运行条上。

上述一种仿真实验电焊机，其中，所述的强制使用电焊面罩的保护装置，由一远红外发射管、一光敏三极管、一放大三极管、一开关管以及限流电阻构成，电连接在仿真实验电焊机操作控制部分的输入端；其中：光敏三极管和远红外发射管相对设在电焊面罩的内面两侧；光敏三极管的集电极分别与远红外发射管的阴极以及与放大三极管的基极连接，放大三极管的集电极与开关管基极连接，开关管的集电极输出信号控制仿真实验电焊机动作。

由于本发明采用了以上的技术方案，其产生的效果是明显的：

1.采用高压发生器发出的负离子产生电弧的视觉，完全解决了实际焊接时焊条熔化释放有害气体、污染环境的问题；

2.模拟电焊电路发出的是模拟电弧火花，不伤眼睛，解决了过去教师示教时学生必须或戴着面罩看、但不能看清教师的手势而带来示教效果不佳的问题。

3.模拟焊道显示功能直接反映学生的焊接水平，并可由此学生可随时调节焊接手势、快速掌握焊接技能；

4.模拟焊接时电焊条有自动回缩功能，演示和训练效果逼真；

5.面罩保护电路可培养学生在电焊时必须拿起面罩再焊接的良好习惯，以保护健康。

为使更详细了解本发明的性能、效果和特征，现结合以下实施例及其附图进一步给出。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的仿真焊钳结构示意图；

图3是本发明模拟电焊条结构示意图；

图4是本发明面罩的外形结构示意图。

图5是本发明模拟工件之一示意图；

图6是本发明的焊接显示电路安装在盒体中的整体结构示意图；

图7是本发明电气控制部分电路方框图；

图8是图7的电原理图。

请参阅图1：本发明一种仿真实验电焊机，包括仿真模拟操作部分1、模拟操作控制部分2以及焊接质量检验显示装置3，相互间电连接，组合放置在箱体4内，便于携带。

本发明的模拟操作部分1包括：仿真焊钳11、模拟电焊条12、电焊面罩13。其中：

请参阅图2，所述的仿真焊钳11，包括一焊钳主杆111、一与焊钳主杆枢接的活动手柄112，分别设在焊钳主杆111和活动手柄112端点的一对钳头113，114，还包括一进给电机M2和受进给电机驱动的作相对运动的主、被动轮116、117；所述进给电机设在焊钳主杆111内，通过接线板8电连接于仿真焊钳控制电路33(仿真焊钳控制电路的电气原理在模拟控制部分叙述)。进给电机115的输出轴与主动轮116连接；进给电机由直流电动机和变速箱组成。所述主动轮设在与焊钳主杆连接的钳头113内，所述被动轮117为一对，平行设在与主动轮对应的另一与活动手柄连接的钳头114内。主、被动轮呈三足鼎立状势态，夹持模拟电焊条12。

为便于把握焊钳，在所述焊钳主杆111与活动手柄112之间的相对位置处各相向设有一开口的弹簧座1111、1121，该两弹簧座的开口处相互套叠，两弹簧座内座设一压簧119。

请参阅图3，模拟电焊条12为一导体，其外周包覆一层绝缘体121，导体的下端点固设一磁铁122。

请参阅图4，电焊面罩13的前端设有可视窗口131，其内面两侧相对设有一对光发射管D和光接受管V。

本发明所述的焊接质量检验显示装置包括：模拟焊接工件21、工件焊接信息反馈控制器22、焊道显示电路23；其中：

请参阅图5，模拟焊接工件21为多个不同轨迹的模拟焊接运行条，练习者可根据需要更换不同轨迹运行条进行练习。各模拟焊接运行条上的轨迹211为连续的，由导电材料构成。

请参阅图8，工件焊接信息反馈控制器22为干簧管K。焊道显示电路由相并联的多组显示电路构成，每组显示电路包括相串联的一发光二极管LET、一干簧管K、一可控硅VT以及一限流电阻R。当可控硅VT门极无触发电压时，可控硅阳极不导通，发光二极管LED不亮；一旦干簧管K闭合，触发可控硅，使得可控硅VT导通，发光二极管LED亮。整套显示电路全部点亮耗电3瓦特。本发明图8中只设了4组显示电路，在实际运用中可根据实际需要设置，本实施例设置显示电路为60组，分四排设在运行条上，两排对应运行条轨迹，其中一排显示正确焊接，另一排显示焊接距离过近，另有两排分设在轨迹上下两边，显示焊接偏移。整套显示电路全部点亮耗电3瓦特。

本发明焊接显示电路设在一盒体5内，请参见图6，其中，模拟焊接运行条可脱卸地设在盒体的面板51内侧上，所述各显示电路间隔分布在模拟焊接运行条21上。发光二极管可采用不同的显示颜色以显示不同的焊接位置，便于检验。

请参见图7、图8，本发明所述的模拟操作控制部分，包括：仿真焊接电流调整电路31、模拟电焊电路32、仿真焊钳进给电机M2；

电源部分30由2台BK50.200V/12V提供12V交流电源，经桥堆RS806整流后得到两组12V直流脉动电压，再经电容滤波后得到两组12V直流电源。其中A组为一组12V电源提供给操作控制部分，B组提供给模拟电焊电路，c电源是由A电源提供的12V直流电源经三端直流稳压集成电路ICI型号为LM7805稳压后输出5V电源供显示电路使用。

仿真焊接电流调整电路由可调三端集成电路(正极性)IC2例如型号为KA317及分压电阻R10、R9及电位器W等元件组成。电容C2和C3起滤除高频成分使直流成分纯正。当调节W时就调节KA317的输出电压。该电压控制仿真焊钳的进给电机，进给电机由直流电机和变速箱(已作成一体)组成。调节进给电机M2电压的高低，从而控制电机的转速控制了仿真焊钳夹持模拟电焊条回缩速度的快慢。该电机只有一个方向转动。

模拟电焊电路由高压点火线圈T3、脉冲电路IC3和一集成电路V3组成。当电源B加于高压线圈初级与当高压阳极与高压阴极达到一定距离时便会击穿空气放电，产生类似于电焊中的电火花。

脉冲电路IC3产生500HZ脉冲振荡，由NE555为核心的三五集成块组成的多谐振荡器组成。三五组成的多谐振荡器振荡频率不受端电压(电源电压)的变化而变化，较稳定。由集成块IC3的3脚输出脉冲电平，脉冲电平接近于供给集成电路的电源电压，最大输出200mA，由限流电阻(R13)控制，然后去控制开关管V3的开与关。开关管V3的型号例如为TIP41C。当高电平时TIP41C开，低电平时关。由于NE555端电压可调，故3脚输出高电平也随之改变，TIP41C的开关特性及程度也有所变化，体现在后级高压点火线圈输出的电火花也有明显变化。

所述高压发生器的点火线圈次级的a端连接模拟电焊条，点火线圈次级的b端连接模拟焊接工件的轨迹；高压点火线圈受脉冲电路控制输出一可调节的高压脉冲，该高压脉冲通过模拟电焊条指向模拟焊接运行条上的轨道时击穿空气，产生电火花，通过干簧管耦合到显示电路，再通过分布在模拟焊接运行条上的发光二极管显示电焊位置。

为培训学员自觉使用面罩的习惯，本发明还包括一强制使用面罩保护电路，由一串接在模拟操作控制部分输入端的开关电路组成，该保护电路与面罩连接，并由面罩的使用与否控制模拟操作控制部分是否有信号输出。所述保护电路由远红外发射管D、光敏三极管V、放大三极管T2、开关管T1及限流电阻R1、R2、R3组成，电连接在仿真实验电焊机操作控制部分的输入端。其中远红外发射管D型号为LED，设置工作电流85mA，由R1限流电阻保证。光敏接收管V的型号为3DU5，其集电极与发射管D的阴极之间串联一限流电阻R2，以F点取出V(3DU5)上的电压经T2(取型号为3DG12)放大后控制开关管T1的通断。所述远红外发射管D和光敏三极管T3相对固设在电焊面罩1内两侧，使发射管D发出的远红外线对准光敏三极管T3，此时光敏三极管3DU5的端电压U_FG＜0.7V使得三极管3DU5截止，同时开关管TIP41C亦无基极电流而呈截止状，无信号转递到仿真实验电焊机操作控制部分；当有物体阻挡在发射管与接收管之间时，即当拿起面罩罩在操作者面孔上时，因无红外线照射光敏三极管3DU5，使3DU5的内阻增大，与R2电阻串联分得电压增大，只要F点的电压大于0.7V，放大管3DG12就导通，同时开关管T1也有了基极电流而导通。通过本保护电路的信号是否输出，来控制仿真焊机是否工作，从而达到强制使用面罩的目的。

整机总耗电量最大55.96W/h，带有散热轴流风机一只，进行整机机箱散热。

本发明的仿真焊接电流调整器31输出一可调节大小的电流到仿真焊钳进给电机M2，以模拟实际电焊时的电流调节并且调节由仿真焊钳11所夹持的模拟电焊条12回缩的速度；模拟电焊电路输出一可调节的高压脉冲，通过仿真焊钳上所夹持的模拟电焊条输出并指向模拟焊接工件，产生模拟焊弧光，该模拟焊弧光通过工件焊接信息反馈控制器的识别在焊道显示电路显示。

本发明仿真电焊机在培训初级电焊工中的优点：

本仿真机在培训过程中因为采用了课堂化授课方式，故学生在看教师示范操作过程中不需要都带面罩去看，因为本机的弧光是可以用眼直接观看，同时更重要的是要使学生能看清教师在整个焊接过程中右手握电焊钳从引弧到正常焊接的手势动作方法，不象原来的电焊机要带着面具，而且看不清熔焊点的运动轨迹，而自己右手的三个方向运动合成过程还要靠自己不断操作才能掌据的过程。这个过程在以前的培训方式上需要时间是比较长，故一般需要192个课时数才能培养一个初级电焊工，而本机正是解决了这个难题，使学生通过本机操作只需70个课时就能达到初级电焊工的水准的培训目标，比协议时间缩短近1倍的时间，另外本机是在无有害气体的环境中学习，再加上本机可做到一人一机的操作要求，还能按照教师提出的目的可以自我鉴定，在整个操作训练中由于自己手势没有到位而致使焊接点有缺陷等问题都看得一清二楚，及时对自己操作过程作总结和提示。还有，本机设计成学生如左手不拿面罩，机器就不能起动，使学生在初学过程中就要做到拿着面罩放在应放的位置才能操作仿真电焊机，使其养成习惯，达到培训目的。同时使教师在巡回指导中不用拿面罩，也可观察到每个学生的操作过程。

Claims

1.一种仿真实验电焊机，其特征在于，包括仿真模拟操作部分、模拟操作控制部分以及焊接质量检验显示装置；

所述的仿真模拟操作部分包括：仿真焊钳、模拟电焊条、电焊面罩；

所述的焊接质量检验显示装置包括：模拟焊接工件、工件焊接信息反馈控制器、焊道显示电路；

所述的模拟操作控制部分包括：仿真焊接电流调整电路、模拟电焊电路、仿真焊钳进给电机；

所述的仿真焊接电流调整电路输出一可调节大小的电流到仿真焊钳进给电机，以模拟实际电焊时的电流调节，该被调节的电流控制模拟电焊电路输出的模拟电焊弧光的强弱，同时控制由仿真焊钳所夹持的模拟电焊条回缩的速度；所述模拟电焊电路输出一可调节的高压脉冲，通过仿真焊钳上所夹持的模拟电焊条输出并指向模拟焊接工件，产生模拟焊弧光，该模拟焊弧光通过工件焊接信息反馈控制器的识别在焊道显示电路显示；

还包括强制使用面罩保护电路，由一串接在模拟操作控制部分输入端的开关电路组成，该保护电路与面罩连接，并由面罩的使用与否控制模拟操作控制部分是否有信号输出。

2.根据权利要求1所述的一种仿真实验电焊机，其特征在于，所述的仿真焊钳，包括一焊钳主杆、一与焊钳主杆枢接的活动手柄，分别设在焊钳主杆和活动手柄端点的一对钳头，还包括一进给电机和受进给电机驱动的作相对运动的主、被动轮；所述进给电机电连接于转速控制电路，设在焊钳主杆内，其输出轴与主动轮连接；所述主动轮设在与焊钳主杆连接的钳头内，所述被动轮为一对，平行设在与主动轮对应的另一与活动手柄连接的钳头内。

3.根据权利要求1所述的一种仿真实验电焊机，其特征在于，所述的模拟电焊电路包括一高压发生器，该高压发生器由一高压点火线圈、一脉冲电路以及一开关管构成；

所述高压发生器的点火线圈次级的a端连接模拟电焊条，点火线圈次级的b端连接模拟焊接工件的轨迹；

所述高压发生器受脉冲电路控制输出一可调节的高压脉冲，该高压脉冲指向模拟焊接运行条上的轨道时击穿空气，产生电火花，通过工件焊接信息反馈控制器耦合到显示电路显示电焊点位置。

4.根据权利要求1所述的一种仿真实验电焊机，其特征在于，所述的模拟电焊条为一导体，其外周包覆一层绝缘体，导体的下端点固设一磁铁。

5.根据权利要求1所述的一种仿真实验电焊机，其特征在于，所述的模拟焊接工件为多个不同轨迹的模拟焊接运行条，各模拟焊接运行条上的轨迹为连续的，由导电材料构成。

6.根据权利要求1所述的一种仿真实验电焊机，其特征在于，所述的工件焊接信息反馈控制器为一干簧管。

7.根据权利要求1所述的一种仿真实验电焊机，其特征在于，所述的焊道显示电路由与工件焊接信息反馈控制器连接的相并联的多组显示电路构成，每组显示电路包括相串联的一发光二极管、一可控硅以及一限流电阻。

8.根据权利要求1所述的一种仿真实验电焊机，其特征在于，所述的焊接质量检验显示装置设在一盒体内，其中，模拟焊接运行条可脱卸地设在盒体面板内，所述各显示电路间隔分布在模拟焊接运行条上。

9.根据权利要求1所述的一种仿真实验电焊机，其特征在于，所述的强制使用电焊面罩的保护装置，由一远红外发射管、一光敏三极管、一放大三极管、一开关管以及限流电阻构成，电连接在仿真实验电焊机操作控制部分的输入端；其中：光敏三极管和远红外发射管相对设在电焊面罩的内面两侧；光敏三极管的集电极分别与远红外发射管的阴极以及与放大三极管的基极连接，放大三极管的集电极与开关管基极连接，开关管的集电极输出信号控制仿真实验电焊机动作。