CN201198070Y - 电弧螺柱焊机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种在钢板上植焊大直径焊钉的电弧螺柱焊接装置，尤其涉及一种拉弧式电容放电螺柱焊机。电弧螺柱焊机，包括一次电源，其通过一开关(K2)与第二电源连接；二次电源，其一端通过开关(K2)与所述第一电源连接，另一端通过开关(K3)与焊枪连接；焊枪提升线圈供电回路，其用于控制待焊接螺柱的运动；其中，所述二次电源包括先导电流供电回路；由多个导向二极管组成的导向二极管组；超级电容器组，由多个超级电容器单极并联组成，其为螺柱焊机中的储能元件；二次电源放电开关装置，其包括与所述超级电容器、导向二极管数量相等的电子开关。本实用新型电弧螺柱焊机整机重量小、施工运输方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种在钢板(钢梁)上植焊大直径焊钉(螺柱)的电弧螺柱焊接装置，尤其涉及一种拉弧式电容放电螺柱焊机。
背景技术
目前，已知的螺柱焊接方法有4种，按国际通用的专业称谓应当是：
1 电弧螺柱焊(arc stud welding)；
2 电容放电螺柱焊(capaitance discharge stud welding)；
3 拉弧式电容放电螺柱焊(draw arc capacitance discharge studwelding)；
4 短周期螺柱焊(short cycle stud welding).
其中，只有电弧螺柱焊可以用于钢结构的螺柱植焊施工，可以在厚板(10～30mm)上植焊直径16～30mm的螺柱。其他三种只能在薄板(δ≤3mm)上植焊直径小于10mm的螺柱。只有在惰性气体保护条件下，短周期螺柱焊才可以植焊φ16mm的螺柱在厚度为8mm的钢板上，但是成本高。而且钢结构常用的φ16mm、φ19mm、φ22mm或更大的直径φ30mm螺柱在厚钢板(10～30mm)植焊，是其他三种方法至今无法作到的。原因是后三种方法的工艺特殊性使然，电弧燃烧时间太短(1～3ms，或≤50ms)，电弧热功率太小，不足以使厚钢板上形成足够深的熔池。电弧螺柱焊是目前在厚钢板(δ>10mm)上植焊大直径(φ16～30mm)螺柱的唯一方法。亦包括电弧螺柱焊的派生方法(变形应用法)——埋弧螺柱焊等。
但是能够用于钢结构植焊大直径螺柱(φ19/φ25mm)的电弧螺柱焊机，国内外都是三相降压可控整流方式的大功率弧焊电源，其重量有500kg左右(如成都电焊机研究所的产品RSN—3150采用带平衡电抗器双反星形接法)，至少350kg(如成都STUD公司的RSN5—3150型全桥整流接法)。进口最先进的德国KOCO公司的KOCO—3002产品重量也达355kg。
其次，瓷环保护的电弧螺柱焊要求输出的最大焊接电流为3000A(是螺柱直径的80～100倍)，要求电网供电的电力变压器超过100KVA才能使用。而且，如果应用在高层建筑上，那么搬运极不方便。
亦曾有人设想通过增大储能电容的容量及加大输出电抗器的办法使拉弧式电容放电螺柱焊能够植焊大直径螺柱(φ10～30mm)，但在采用以μf为单位的电解电容时，无论在技术和经济上都无法实现。理论上单体为10000μf的电解电容(φ80×160，每支1kg)需要100～200万支才可以，得用10吨的大卡车装2000车才能拉得走，显然是不现实的。
超级电容的问世及广泛应用，给采用电容储能的大功率(大直径、厚钢板)电弧螺柱焊机的设计制造带来了转机。
超级电容是近十年国内外研制开发成熟的一种全新的、双电层结构电容器，具有超级储电功能，实现了电容量由微法级向法拉级的飞跃。(单体超级电容器技术参数范围为：电容量0.5～1000F，工作电压12～300V，最大放电电流400～2000A。超级电容目前绝大部分代替蓄电池，成功应用于汽车、坦克、铁路内燃机车等行走机构的启动加速的补充电源和短距离移动(如电瓶车)方面的动力源。
发明内容
本发明的目的是提供一种重量轻、施工运输方便的电弧螺柱焊机。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
电弧螺柱焊机，包括
一次电源，其通过一开关(K2)与二次电源连接；
二次电源，其一端通过开关(K2)与所述第一电源连接，另一端通过开关(K3)与焊枪连接；
焊枪提升线圈供电回路，其用于控制焊接螺柱提升-下落运动；
其中，
所述二次电源包括
先导电流供电回路；
由多个导向二极管组成的导向二极管组；
超级电容器组，由多个超级电容器单极并联组成，其为螺柱焊机中的储能元件；
二次电源放电开关装置，其包括与所述超级电容器、导向二极管数量相等的电子开关；
所述一次电源、充电开关装置导向二极管组和超级电容组组成充电回路；
所述超级电容组、二次电源放电开关装置、焊枪和待焊接的板材组成放电回路；
所述一次电源、先导电流供电回路、焊枪和待焊接的板材组成先导放电回路。
本实用新型电弧螺柱焊机利用超级电容器的超级储能能力，作为螺柱焊机的储能环节，来实现瓷环保护的大直径(φ10～30mm)螺柱在中厚板(10mm≤δ≤30mm)上进行植焊来代替传统三相降压变压器-可控整流器模式的电弧螺柱焊机。在具有相同焊接能力(最大可焊螺柱直径及其对应的最大焊接电流)的条件下，使整机重量大大减少(从500kg减少至100kg以下)。同时使输入视在功率降低80％以上。(输入功率只有15KVA，而不是60～90KVA)，施工运输方便。
附图说明
图1是本实用新型电弧螺柱焊机结构原理示意图；
图2是本实用新型电弧螺柱焊机主电路电器原理图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
参见图1，本实用新型电弧螺柱焊机包括一次电源1，其通过一电子开关K2与二次电源30连接。二次电源30一端通过开关K2与所述一次电源1连接，另一端通过开关K3与焊枪10连接。参见图2，焊枪提升线圈供电回路7用于控制焊接螺柱的提升-下落运动，先导电流供电回路2的作用是在超级电容器放电前提供一个小电流的先导电弧用于引燃超级电容器放电时发生的大电流的焊接电弧。所述二次电源30包括超级电容器组5。超级电容器组5由多个超级电容器C1-C4并联组成，其负极并联接一次电源1的负(-)输出端，其正极分别通过导向二极管组3并联后经充电开关装置8接一次电源的正(+)输出端。二次电源放电开关装置4包括与超级电容器、导向二极管数量相等的电子开关S1-S4。一次电源1、导向二极管组2和超级电容组5组成充电回路。超级电容组5、二次电源放电开关装置4、焊枪100中的螺柱9和待焊接的板材11组成放电回路。
一次电源1、超级电容组5、先导电流供电回路2、导向二极组3、充电电子开关8和放电电子开关装置4、焊枪提升线圈供电回路7及控制系统等共同组装在同一个机壳内。其中，一次电源1可以是220V、50Hz输入的逆变器，也可以是220V、50Hz输入的变压器-整流器，但都必须符合空载电压65V，输出电流在20～200A之间连续可调，而且是恒流输出特性；一次电源的输出开关K2采用可控的电子开关，二次电源30中的储能元件——超级电容采用N19型超级电容器；二次电源30的放电开关同样采用可控的电子开关，该电子开关可以选用可控硅或IGBT或金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)等功率器件，电子开关器件和超级电容器共同组成一个PWM(脉宽控制)技术控制的带有反馈环节的中频斩波器(200～1000Hz)，用调脉宽(占空比)的方法调节焊接电流，频率计数法调节焊接电弧燃烧时间。此外考虑到功率器件对大电流的承受能力，超级电容器采用多单元单极并联方式，电子开关器件也采用相应的多单元单极并联方式和超级电容器另一极连接。
二次电源的充电开关装置8中的K2和放电开关装置4中的开关单元S1～S4交替工作。焊前开关装置4中的S1～S4断开，电网开关K1接通后，二次电源开始充电，充电回路构成是：一次电源1、正输出端(+)经过充电开关装置8和导向二极管组3中的D1～D4对应连接超级电容组5中的超级电容器正极，超级电容器S1～S4负极并联连接一次电源1的负输出端(-)，构成了一次电源1给超级电容组5的充电回路。焊接时充电开关装置8中的K2断开，放电开关装置4中的S1～S4闭合，二次电源5中的超级电容器C1～C4同时经过S1～S4向螺柱9和工件11之间放电，焊接电弧燃烧。当第一个螺柱焊接结束提起焊枪后，放电回路断开，充电回路又被接通，C1～C4又开始充电。在第一个螺柱焊接结束时，超级电容器C1～C4中存储的电荷并未放完，在尚未放完的基础上又重新第二次充电，直到充到设定值为止。于是进入下一个焊接循环。
电弧螺柱焊机的具体焊接过程是：
合上网路开关K1后，一次电源逆变器或整流器被启动(开关K2闭合)，超级电容器C1～C4同时被充电，经过设定时间达到设定的60V，处于待机状态。同时进行焊接准备；手持螺柱9夹持在焊枪上，套入瓷环10，在待焊接的板材11上短路定位；按下焊枪开关装置6中的K4，先导电弧供电回路中的晶闸管S5导通，先导电弧被引燃，延时后，电子开关S1～S4同时导通，同时K2自动断开，充电过程被截止，超级电容器C1～C4向螺柱9与待焊接的板材11间放电，发生焊接电弧。焊接电弧燃烧过程中，待焊接的板材11上形成熔池，螺柱9端部形成熔化层。经过设定的焊接时间，开关J断开，使提升电磁铁的线圈断电，支撑提升线圈衔铁的弹簧被释放，压迫螺柱9插入熔池，形成T形焊接接头。螺柱9下落到螺柱9与待焊接的板材11短路经过设定延时后，二次电源放电开关装置中的S1～S4关断，放电停止，K2又闭合，又进入单纯的充电状态。当超级电容器C1～C4充电达到设定电压时，K2又自动断开，又可以启动焊枪开关装置6中的K3进入第二个焊接循环。
Claims (7)
1.电弧螺柱焊机，包括
一次电源，其通过一开关(K2)与二次电源连接；
二次电源，其一端通过开关(K2)与所述一次电源连接，另一端通过开关(K3)与焊枪连接；
焊枪提升线圈供电回路，其用于控制焊接螺柱提升和下落的运动；
其特征在于，
所述二次电源包括
先导电流供电回路；
由多个导向二极管组成的导向二极管组；超级电容器组，由多个超级电容器单极并联组成，其为螺柱焊机中的储能元件；
二次电源放电开关装置，其包括与所述超级电容器、导向二极管数量相等的电子开关；
所述一次电源、导向二极管组和超级电容组组成充电回路；
所述超级电容组、二次电源放电开关装置、焊枪和待焊接的板材组成放电回路；
所述一次电源、先导电流供电回路、焊枪和待焊接的板材组成先导放电回路。
2.根据权利要求1所述的电弧螺柱焊机，
其特征在于：
所述一次电源为逆变式整流器或者单相变压器-整流器。
3.根据权利要求1所述的电弧螺柱焊机，
其特征在于：
所述先导电流供电回路由串连的电阻和可控硅组成。
4.根据权利要求1所述的电弧螺柱焊机，
其特征在于：
所述超级电容为四个。
5.根据权利要求1所述的电弧螺柱焊机，
其特征在于：
所述电子开关为晶闸管。
6.根据权利要求1所述的电弧螺柱焊机，
其特征在于：
所述电子开关为IGBT管。
7.根据权利要求1所述的电弧螺柱焊机，
其特征在于：
所述电子开关为金属氧化物半导体场效应管。
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| CN103357996A (zh) * | 2012-04-05 | 2013-10-23 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 拉弧式焊接 |
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