CN202591804U

CN202591804U - 一种接触引弧电焊机

Info

Publication number: CN202591804U
Application number: CN 201220208356
Authority: CN
Inventors: 刘裕国
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2022-05-10

Abstract

本实用新型属于电焊领域，特涉及接触引弧电焊机。它还包括空载限制脉宽或移相电路和短路限制电流电路，所述空载限制脉宽或移相电路与PWM控制或可控硅移相控制和电流检测相连，所述短路限制电流电路与电流检测、电压检测和推力电流电路相连，短路限制电流电路空载限制脉宽或移相电路根据电流检测结果限制PWM的宽度或可控硅移相；根据电流检测和电压检测的结果对短路限制电流电路进行控制，输出间歇焊接电流和推力电流电路。通过在电焊机短路期间施加低频低占空比脉冲电流，消除了电焊机频繁的过冲电流，大大提高了焊接电源的可靠性；其次消除了焊条粘结现象，很轻松起弧。

Description

一种接触引弧电焊机

技术领域

本实用新型属于电焊领域，特涉及接触引弧电焊机。

背景技术

传统的焊条电弧焊从空载到短路时其稳态电流Iwd设计得比焊接电流If大,其稳态电流Iwd与焊接电流If的比值范围为：1.25 ＜Iwd／If ＜2，增大的电流是引弧电流，焊条提起后电弧被引燃，输出电流衰减至焊接电流，完成引弧过程。引弧特性一般取决电流峰值和引弧电流衰减时间。引弧电流峰值太小和引弧电流时间过短则不利于热发射和热电离，使引弧困难；太大则引起飞溅大，甚至烧穿工件！参见张光先编著的《逆变电焊就原理与设计》第62页。

由于短路电流是变化的，提弧时机不好掌握，对焊工要求太高。

有的还使用恒流带外拖外特性的弧焊电源，参见陈祝年编著的《焊接工程师手册》（ISBN 7-111-09859-5（2002）第004545号）第225页，其结果是短路电流比焊接电流更大。焊条与工件容易互相粘住，引弧不成功。有时粘死会烧红烧坏焊条。

传统的电焊机从空载到短路时其瞬时电流峰值Isd比焊接电流If大一倍以上，小于3倍。参见陈祝年编著的《焊接工程师手册》（ISBN 7-111-09859-5（2002）第004545号）第228页。

当短路时电流从零上升到最大值时产生强大的功率，要远远大于正常工作功率！

分析如下：通常可控硅或高频逆变焊接电源在恒流工作状态下，空载时其可控硅处于全导通或高频逆变开关管PWM调至最宽，反馈采样调节滞后，在短路瞬间一段时间内（从第一个波就开始）输出电压为最大值，这时输出功率最大！产生过流冲击，（张光先编著的《逆变电焊就原理与设计》第62页）这时易焊条粘结，同时将对功率器件产生威胁，极易受损。同时变压器由功率最小值突变到功率最大值，可能会产生偏磁，饱和和非晶材料的裂碎等严重后果！影响电源设备安全。这也是接触引弧焊接电源比非接触引弧焊接电源故障率高的根本原因。

中国发明专利《熔化电极电弧焊接的引弧控制方法》（申请号：CN200710148728.9 ）所公开的是：一种熔化电极电弧焊接的引弧控制方法，在焊接开始时，自焊枪送给的焊丝与被焊接物接触并通入初期电流，然后，通过将焊丝与被焊接物分离产生初期电弧后，过渡到稳定电弧，其中，对所述初期电流的上升赋予斜率。从而，在焊接开始时，将焊丝暂时与被焊接物接触后分离，产生电弧而进行引弧的收缩引弧方法中，可以抑制焊丝熔敷在被焊接物而成为引弧不良。该发明还未消除了频繁的过冲电流。

实用新型内容

针对背景技术中传统电焊机短路引弧时所产生两种不好后果：其一产生频繁过冲，电流威胁设备安全。其二容易粘结焊条，操作人员不好掌握。为克服上述缺陷，本实用新型采提供了一种电焊接触引弧控制方法及装置，消除了频繁的过冲电流，大大提高了焊接电源的可靠性；其次消除了焊条粘结现象，很轻松起弧。

本实用新型的技术方案是：一种接触引弧电焊机，包括恒流调节器、变压器、整流器、PWM控制或可控硅移相控制、电流检测、电压检测、推力电流电路，所述恒流调节器、PWM控制或可控硅移相控制、变压器和整流器组成基本焊接电源，其特征在于：它还包括空载限制脉宽或移相电路和短路限制电流电路，所述空载限制脉宽或移相电路与PWM控制或可控硅移相控制和电流检测相连，所述短路限制电流电路与电流检测、电压检测和推力电流电路相连，短路限制电流电路空载限制脉宽或移相电路根据电流检测结果限制PWM的宽度或可控硅移相；根据电流检测和电压检测的结果对短路限制电流电路进行控制，输出间歇焊接电流和推力电流电路。其有益效果是：消除了频繁的过冲电流，大大提高了焊接电源的可靠性；其次消除了焊条粘结现象，很轻松起弧。

如上所述短路限制电流电路包括低频低占空比震荡电路。

如上所述的空载限制脉宽，主要由U2，D1，R13组成，在空载时，限制U3的输出脉宽。

如上所述的推力电流电路，在附图2主要由D1，D2，R3，SCR，U6，U7构成，并控制C点的电位，达到短路限制电流的作用；在附图3中主要由Q2，Q3，Q4，R22，W2，R24，R25，R26，R23，R27，DZ1，U4， U8构成，并控制C点的电位，达到短路限制电流的作用；在附图4要由R17，U4，R25，R16，Q2，U8，U6，DZ2，构成，并控制C点的电位，达到短路限制电流的作用。

如上所述的短路限制电流电路，在附图2中由D1，D2，R3，SCR，Q2，RW1，U5，U7构成，控制B点电位，达到控制焊接电流的作用；在附图3中由Q4，R24，R25，R26，R27，DZ1，U4，U5，U8，W1构成，控制B点电位，达到控制焊接电流的作用；在附图4要由R17，U4，R25，RW1，R16，Q1，Q2，U8，U5，DZ2构成，控制B点电位，达到控制焊接电流的作用。

附图说明

图1为实用新型电焊接触引弧控制焊接电源方框原理示意图。

图2为电焊接触引弧控制（电压型PWM）电路（1）原理示意图。

图3为电焊接触引弧控制（电压型PWM）电路（2）原理示意图。

图4为用3846芯片控制（电流型PWM）电路原理示意图。

图5为空载输出波形。

图6为短路输出电流波形。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的做进一步的说明。图中相同的结构或功能用相同的数字标出。应该指出的是，附图的目的只是便于对本实用新型具体实施的说明，不是一种多余的叙述或是对本实用新型的限制，此外没有必要按比例画出。

本实用新型U8芯片说明：6脚为电流信号检测，40脚为电压信号检测，输出7脚、37脚根据6脚和40脚检测信号进行逻辑计算，本文件中规定，当6脚和40脚信号不同时为“1”时，7脚和37脚输出低频低占空比脉冲。当6脚和40脚信号同时为“1”时，0.5S左右7脚和37脚无输出。

本实用新型采用了一种新的电焊接触引弧控制方法，消除了频繁的过冲电流，消除了焊条与工件的粘结。具体的接触引弧控制电路的结构与方法分析如下：

本实用新型电焊接触引弧控制其包括由变压器、整流器、电流检测电路、、电压检测电路、（本实用新型增加的如图1虚线内的空载限制脉宽电路、短路限制电流电路、低频低占空比震荡电路）、PWM控制或SCR移相控制、可控硅或高频逆变组成的可调节输出功率的焊接电源，如图1所示。

本实用新型构成：

1 对电源开关管在空载PWM脉宽很小或SCR导通角很小，输出受到限制，

2 在焊条短路时，输出低频低占空比脉冲电流。

3 当焊条离开工件起弧成功后，既焊接电压大于10伏和焊接电流大于零时切除限制输出电路，恢复正常工作。

本实用新型实施方案1：（高频逆变电压型PWM控制-1）

电路如图2所示，分析如下：

第1阶段：（空载）

在空载时没有焊接电流，电流=0，给定的焊接电流和推力电流为负值送到调节器U1，U1这时输出最大值，U3（3525）是电压型脉宽调制集成电路，第2脚电压高低决定输出脉宽，驱动功率开关器件达到可调节输出功率。第2脚此时就是U1输出的最大值！

电流采样电路没有信号送到U2组成电流阈值比较电路，U2 输出低电平，U9 4053电子开关不动作，U3 3525第9脚（既A点）电位将被拉低，调节R13 ，U3第9脚电压钳制在输出脉宽最小的电压值。本实施例将空载输出脉宽调至3%左右，保证短路第一波为小功率，如图5中波形所示。

第2阶段：(短路)

当焊条和工件接触时，输出电流＞0，U2输出高电平+15V，U9将翻转，切出D6，接入D7,这时输出电压小于10V，光耦U4不工作，Q1导通，D1导通，可控硅SCR不能工作，此时D7上无电压故对U3（3525）无作用。

U2输出高电平到U5 U6光耦，U7 （555）可以设置30Hz到200HZ的频率，本实施中用50HZ ，5%左右（本发明人的实验数据，可根据具体电路取得最佳值）的低占空比振荡器，能使U5 U6间歇工作，既5%时间输出给定电流。

由Q2射极跟随电压加U5光藕输出压降与给定焊接电流决定的B点电位就是输出电流的大小，调节RW1合适值，在U5导通时，不管给定电流多大，输出就是稳的最小的电流，本实施例选定10A左右。同时在U5 导通时，U6光耦也导通，将推力电流电路间歇关闭，既控制C点电位。

在焊接电流=100A，推力电流100A时输出的低占空比脉冲电流就是20A左右的平均电流值，焊条不会熔化而粘结，脉冲能量有利于热发射和热电离为起弧作好准备，其波形如图6所示。

第3阶段：（起弧）

当焊条提起引弧成功后，焊接电压大于10伏，U4导通，Q1截止，U2输出高电平，由D1 D2 R3组成的与门将输出高电平给C1冲电，经0.3秒左右触发SCR可控硅导通，一方面通过D5将U5 U6关闭，同时将电压通过R10送到D7，经U5送到U3的9脚恢复正常工作。只要电流不断，期间有熔滴过渡时，焊接电压掉下来，可控硅还是保持导通，锁定正常工作状况不变！保证限流电路被关闭。

本实用新型实施方案2：（高频逆变电压型PWM控制-2）

电路如图3所示，是另一种电压型PWM控制电路类型

分析如下：

第1阶段：（空载）

在空载时没有焊接电流，给定的焊接电流和推力电流为正值送到调节器U1，U1这时输出最小值，Q1截止，U3（3525）是电压型脉宽调制集成电路，第9脚电压高低决定输出脉宽，驱动功率开关器件达到可调节输出功率。第9脚此时就是输出的最大值！

电流采样电路没有信号送到U2组成电流阈值比较电路，U2 输出低电平， R13经D1将U3（ 3525）第9脚电位（既A点）将被拉低，调节R13 ，U3第9脚电压钳制在输出脉宽最小的电压值。本实施例将空载输出脉宽调至5%，保证短路第一波为小功率，如图5中波形所示。

第2阶段：(短路)

当焊条和工件接触时，输出电流＞0，U2输出高电平+15V，D1反偏截止，R13不能分压U3（ 3525）第9脚电位，由U1（3140）和Q1对U3（3525）进行恒流控制。这时输出电压小于10V,光耦U4不工作，，Q1导通，电压信号=0送至专用集成电路U8（YG-2012）第40脚。U2电流信号=1送至专用集成电路U8（YU-2012）第6脚。

U8第7脚输出50Hz低占空比（5%左右）脉冲信号经U5光耦控制（锁定B点电位），限制电流输出，既95%时间输出最小电流，5%时间输出给定电流。

同时Q3将由U8第37脚（功能同第6脚）控制，限制推力电流输出。（锁定C点电位）

调节RW1合适值，在U5导通时，不管给定电流多大（锁定B点电位），输出就是稳定的最小的电流，本实施例选定10A左右。

第3阶段：（起弧）

当焊条提起引弧成功后，焊接电压大于10伏，U4导通，Q4截止，电压信号=1，电流信号=1约0.3S后U6将关闭第7脚和37脚输出。只要电流不断，期间有熔滴过渡时，焊接电压掉下来，锁定正常工作状况不变！保证限流电路被切除。电流信号=0后，限流电路将恢复工作。

本实用新型实施方案3：（高频逆变电流型PWM控制）

电路如图4所示，是一种电流型PWM控制电路类型

U4（3846）是电流型脉宽调制集成电路，第5脚电压高低决定输出大小

分析如下：

第1阶段：（空载）

在空载时没有焊接电流，给定的焊接电流和推力电流为负值送到调节器U1，U1这时输出最大值，经过U2跟随器送到U4（3846）电流型脉宽调制集成电路5脚，第5脚电压高低决定输出脉宽，驱动功率开关器件达到可调节输出功率。

电流采样电路没有信号送到U2组成电流阈值比较电路，U2 输出低电平， R13经D1将U3（ 3846）第5脚电位（既A点）将被拉低，调节R13 ，U3第5脚电压钳制在输出脉宽最小的电压值。本实施例将空载输出脉宽调至1%，保证短路第一波为小功率，如图5中波形所示。

第2阶段：(短路)

当焊条和工件接触时，输出电流＞0，U2输出高电平+15V，D1反偏截止，R13不能分压U3（ 3846）第5脚电位，由U1（TL084）对U3（3846）进行恒流控制。这时输出电压小于10V,光耦U4不工作，，Q1导通，电压信号=0送至专用集成电路U8（YG-2012）第40脚。U2电流信号=1送至专用集成电路U6（YG-2012）第6脚。

U8第7脚输出低频（60HZ左右）低占空比（2%左右）脉冲信号经U5光耦控制（锁定B点电位），限制电流输出，既98%时间输出最小电流，2%时间输出给定电流。

同时由U6限制推力电流输出。（锁定C点电位）

调节RW1合适值，在U5导通时，不管给定电流多大（锁定B点电位），输出就是稳定的最小的电流，（笔者选定10A左右）、

在焊接电流=100A，推力电流100A 时输出的低占空比脉冲电流就是20A左右的平均电流值，焊条不会熔化而粘结，脉冲能量有利于热发射和热电离为起弧作好准备，其波形如图6所示。

第3阶段：（起弧）

当焊条提起引弧成功后，焊接电压大于10伏，U4导通，Q2截止，电压信号=1，电流信号=1约0.3S后U8将关闭第7脚输出。只要电流不断，期间有熔滴过渡时，焊接电压掉下来，锁定正常工作状况不变！保证限流电路被切除。电流信号=0后，限流电路将恢复工作。

还有其他各种电路（包括可控硅移相触发电路）有很多种方案，故没画出具体电路。其他电路组成与本实用新型实施方案一样，其工作原理与工作过程与本实用新型实施方案相同，不在叙述。

在实验时，本发明人同时作了传统的电焊机和新型带接触引弧控制的电焊机的引弧实验，在大电流时，传统的电焊机时有过流保护，有时焊条粘死烧红。而用本实用新型的带接触引弧控制的电焊机引弧时，没有发生过流保护和焊条粘住现象。

综上所述，本实用新型提出的新型电焊接触引弧控制电源与传统的电焊机相比，引弧时消除了频繁的过冲电流，大大提高了焊接电源的可靠性。其次消除了焊条粘结现象，很轻松起弧，效果极佳，不失为一种好的焊接电源。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，利用上述揭示的方法内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求书保护的范围。

参考文献1：《焊接工程师手册》,陈祝年，编著，ISBN 7-111-09859-5 （2002）第004545号。

参考文献2：《逆变电焊就原理与设计》张光先，编著。

Claims

1. 一种接触引弧电焊机，包括恒流调节器、变压器、整流器、PWM控制或可控硅移相控制、电流检测、电压检测、推力电流电路，所述恒流调节器、PWM控制或可控硅移相控制、变压器和整流器组成基本焊接电源，其特征在于：它还包括空载限制脉宽或移相电路和短路限制电流电路，所述空载限制脉宽或移相电路与PWM控制或可控硅移相控制和电流检测相连，所述短路限制电流电路与电流检测、电压检测和推力电流电路相连，短路限制电流电路空载限制脉宽或移相电路根据电流检测结果限制PWM的宽度或可控硅移相；根据电流检测和电压检测的结果对短路限制电流电路进行控制，输出间歇焊接电流和推力电流电路。