TW201402262A - 應用脈衝電流的手弧焊接裝置及其焊接方法 - Google Patents

Abstract

一種應用脈衝電流的手弧焊接裝置及其焊接方法，包括有依次連接的整流模組、波形發生器、變壓器和二次整流模組，還包括一控制單元，控制單元的輸出端連接波形發生器，以用於控制波形發生器產生高頻脈衝波，所述整流模組的輸入端連接電源，所述二次整流模組的輸出端連接焊槍，二次整流模組的輸出端還連接控制單元的輸入端。本發明中設置有波形發生器和控制單元，應用脈衝電流進行焊接，達到節能、降低輸入電流等效果。

Description

應用脈衝電流的手弧焊接裝置及其焊接方法

本發明涉及一種應用脈衝電流的手弧焊接裝置，以及該手弧焊接裝置的焊接方法。

電焊的基本工作原理是使用220V電壓或者380V的工業用電，通過電焊機的減壓器降低了電壓，增強了電流，並使電能產生巨大的電弧熱量融化鋼鐵，而焊條的融入使鋼鐵之間的融合性更高。而電弧焊是目前應用最廣泛的焊接方法，它包括有：手弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護電弧焊、等離子弧焊、熔化極氣體保護焊等。

手弧焊是各種電弧焊方法中發展最早，且目前仍然應用最廣的一種焊接方法。它是以外部塗有塗料(藥皮)的焊條作電極和填充金屬，電弧是在焊條的端部和被焊工件表面之間燃燒。塗料(藥皮)在電弧熱作用下一方面可以產生氣體以保護電弧，另一方面可以產生熔渣覆蓋在熔池表面，防止熔化的金屬與周圍氣體相互作用生成氧化物；而熔渣的更重要作用是與熔化金屬產生物理化學反應或添加合金元素，改善焊縫金屬性能。手弧焊設備簡單、輕便，操作靈活，可以應用於維修及裝配中的短縫的焊接，特別是可以用於難以達到的部位的焊接。手弧焊配用相應的焊條可適用於大多數工業用碳鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅、鋁、鎳及其合金。

現在市面上常見的手弧焊機主要有直流焊機和交流焊機，其中的直流焊機中配置有變壓器和整流模組，交流電輸入時，經變壓器變壓 後，再由整流器整流，輸出為低壓大電流的直流電。現有的手弧直流焊機在工作時的輸出電流不低於120A，輸出功率不低於4000W，電能消耗大，當輸入電壓為220V時，其輸入電流約為20A，輸入電流大，對使用環境要求較高，不適合在家庭環境中使用(家庭環境中的電線較細，當電流過大時容易引起火災，因此設有過電流保護，且其動作設定值一般不高於60A)；同時直流焊機的變壓器的變比大，需要繞置較多的線圈，造成焊機的體積大、重量大，不方便攜帶。此外，由於現有的直流焊機的焊接電流較大，應用在薄板焊接時，持續的大電流產生的電弧容易將薄板燒穿。

為了解決現有手弧焊機的電能消耗大、輸入電流大、不便於家庭使用、使用時容易燒穿薄板的問題，本發明的目的在於提供一種應用脈衝電流進行焊接的手弧焊接裝置及其焊接方法。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種應用脈衝電流的手弧焊接裝置，包括有依次連接的整流模組、波形發生器、變壓器和二次整流模組，還包括一控制單元，控制單元的輸出端連接波形發生器，以用於控制波形發生器產生高頻脈衝波，所述整流模組的輸入端連接電源，所述二次整流模組的輸出端連接焊槍，二次整流模組的輸出端還連接控制單元的輸入端。本發明中設置有波形發生器和控制單元，應用脈衝電流進行焊接，達到節能、降低輸入電流等效果。

上述手弧焊接裝置的焊接方法，包括有以下步驟：①、輸入 的交流電通過整流模組，整流為直流電；②、步驟①得到的直流電通過波形發生器，由控制單元控制波形發生器將直流電轉化為高頻脈衝波，所述高頻脈衝波包括用於焊條引弧的引弧波段t1和週期性循環的脈衝電流輸出的工作波段t2，引弧波段t1中包括交替設置的峰段t3和谷段t4，所述工作波段t2的一個週期中包括用於點弧的峰段t5、用於提供工作電流的中段t6和低電流的尾段t7，所述峰段t3的電流值與峰段t5的電流值相等，所述谷段t4的電流值與中段t6的電流值相等；③、步驟②得到的高頻脈衝波通過變壓器，按變比放大電流值；④、步驟③中放大後的脈衝電流通過二次整流模組，再次整流，輸出適合焊槍使用的輸出電流，部分輸出電流通過二次整流模組與控制單元之間的連接回饋到控制單元，使控制單元調控出更完善的高頻脈衝波。

作為上述手弧焊接方法的補充，所述引弧波段t1中，峰段t3的電流值不低於100A，優選約為160A，峰段t3通過二次整流模組後輸出時的持續時間為20~100ms；谷段t4的電流值為20~80A，優選約為70A，谷段t4通過二次整流模組後輸出時的持續時間為50~200ms；引弧波段t1通過二次整流模組後輸出時的持續時間為1000~3000ms。所述工作波段t2中，峰段t5的電流值不低於100A，優選約為160A，峰段t5通過二次整流模組後輸出時的持續時間為20~100ms；中段t6的電流值為20~80A，優選約為70A，中段t6通過二次整流模組後輸出時的持續時間為 200~800ms；尾段t7的電流值為零A，尾段t7通過二次整流模組後輸出時的持續時間為200~800ms。而且以上各項輸出電流值係為特定優選值，可依實際工作需要進行上升或下降調整設定。

本發明的手弧焊接方法以輸出脈衝電流進行焊接，脈衝電流中包括有引弧波段t1和工作波段t2。引弧波段t1中的大電流的峰段t3和提供工作電流的谷段t4交替設置，確保焊條在開始工作時有足夠的能量用於引弧，使引弧操作更加容易成功。而工作波段t2的一個週期中包括峰段t5、中段t6和尾段t7，其中做功為峰段t5和中段t6，峰段t5採用大電流點弧後，進入中段t6，提供電流值約為峰段t5電流值一半的工作電流，支持焊條放電工作，尾段t7的電流值為0，使焊條得到休息，同時降低工作波段的平均功率。與現有的直流式手弧焊機進行對比，在獲得相同焊接效果的前提下，本發明應用脈衝電流的手弧焊接裝置輸出功率為習知直流焊機輸出功率的一半或更低，大大減少電能消耗；且輸出功率降低使輸入電流同時降低，令本發明的手弧焊接裝置適用於家庭環境中；而平均工作電流的降低，降低了焊接時焊條與母材之間的溫度，不易燒穿母材，令本發明的手弧焊接裝置可用於進行薄板焊接。

作為上述技術方案的進一步改進，所述引弧波段t1的開始段為谷段t4，在谷段t4中，焊條進行預熱，避免了開始電流過大造成焊條黏在母材上的情況。

作為上述技術方案的進一步改進，所述高頻脈衝波的頻率為 20KHz及以上，脈衝波的頻率越高，變壓過程越容易，降低變壓器的線圈要求，減少變壓器的體積和重量，使本發明的手弧焊接裝置的體積小、重量輕。

請參閱第一圖，本發明提供的一種應用脈衝電流的手弧焊接裝置，包括有整流模組1、波形發生器2、變壓器3、二次整流模組4和控制單元5，整流模組1可為橋式全波整流電路，用於將交流電轉換為直流電；波形發生器2為MOSFET場效應管電路或IGBT絕緣柵雙極型電晶體電路，用於產生高頻脈衝波形；變壓器3為降壓變壓器；二次整流模組4用於對變壓後的電流進行再次整流，輸出適合焊槍使用的電流；控制單元5為一單片機晶片或PLC晶片及其周邊電路，根據晶片內輸入的程式控制高頻脈衝波的波形形狀。在本發明中，整流模組1、波形發生器2、變壓器3、二次整流模組4依次連接，整流模組1的輸入端連接電源，二次整流模組4的輸出端連接焊槍，控制單元5的輸出端連接波形發生器2，控制單元5的輸入端連接二次整流模組4的輸出端，用於接收回饋回來的輸出電流，並根據回饋電路調整高頻脈衝波的波形形狀。

上述手弧焊接裝置的焊接方法，包括有以下步驟：①、輸入的交流電通過整流模組1，整流為直流電；②、步驟①得到的直流電通過波形發生器2，由控制單元5控制波形發生器2將直流電轉化為高頻脈衝波，第二圖為高頻脈衝波的波形，所述高頻脈 衝波包括用於焊條引弧的引弧波段t1和週期性循環的脈衝電流輸出的工作波段t2。引弧波段t1中包括交替設置的峰段t3和谷段t4，其中的開始段為谷段t4；峰段t3的電流值不低於100A，優選約為160A，峰段t3通過二次整流模組4後輸出時的持續時間為20~100ms，如採用50ms；谷段t4的電流值為20~80A，優選約為70A，谷段t4通過二次整流模組4後輸出時的持續時間為50~200ms，如採用150ms；引弧波段t1總體通過二次整流模組4後輸出時的持續時間為1000~3000ms，如採用2000ms。所述工作波段t2的一個週期中包括用於點弧的峰段t5，峰段t5的電流值不低於100A，優選約為160A，峰段t5通過二次整流模組4後輸出時的持續時間為20~100ms，優選為與峰段t3的時間相等；用於提供工作電流的中段t6，中段t6的電流值為20~80A，優選約為70A，中段t6通過二次整流模組4後輸出時的持續時間為200~800ms，如採用500ms；低電流的尾段t7，尾段t7的電流值為零A，尾段t7通過二次整流模組4後輸出時的持續時間為200~800ms，如採用500ms。而且以上各項輸出電流值係為特定優選值，可依實際工作需要進行上升或下降調整設定。③、步驟②得到的高頻脈衝波通過變壓器3，按變比放大電流值；④、步驟③中放大後的脈衝電流通過二次整流模組4，再次整流，輸出適合焊槍使用的輸出電流，部分輸出電流會通過二次整流模組4與控制單元5之間的連接回饋到控制單元5，使控制單元5調控出更完善的高頻脈衝波。當焊機停止使用時，停止時間超過尾 段t7的1.3倍後，控制單元5自動重定，焊機下次工作時，須重新經引弧波段t1進入工作波段t2。

本發明的焊接方法以輸出脈衝電流進行焊接，脈衝電流中包括有引弧波段t1和工作波段t2。引弧波段t1中的大電流的峰段t3和提供工作電流的谷段t4交替設置，確保焊條在開始工作時有足夠的能量用於引弧，使引弧操作更加容易成功。工作波段t2的一個週期中包括峰段t5、中段t6和尾段t7，其中做功為峰段t5和中段t6，峰段t5採用大電流點弧後，進入中段t6，提供電流值約為峰段t5電流值一半的工作電流，支持焊條放電工作，尾段t7的電流值為0，使焊條得到休息，同時降低工作波段的平均功率。

作為上述技術方案的進一步改進，所述高頻脈衝波的頻率為20KHz及以上，脈衝波的頻率越高，變壓過程越容易，降低變壓器3的線圈要求，減少變壓器3的體積和重量，使本發明的手弧焊接裝置的體積小、重量輕。

與現有的直流式手弧焊機進行對比，在獲得相同焊接效果的前提下，本發明應用脈衝電流的手弧焊接裝置輸出功率為習知直流焊機輸出功率的一半或更低，大大減少電能消耗；且輸出功率降低使輸入電流同時降低，令本發明的手弧焊接裝置適用於家庭環境中；而平均工作電流的降低，降低了焊接時焊條與母材之間的溫度，不易燒穿母材，令本發明的手弧焊接裝置可用於進行薄板焊接。

以上所述僅為本發明的優先實施方式，但本發明並不限定於上述實施例，只要以基本相同手段實現本發明目的的技術方案都屬於本發明的保護範圍之內。

1‧‧‧整流模組

2‧‧‧波形發生器

3‧‧‧變壓器

4‧‧‧二次整流模組

5‧‧‧控制單元

t1‧‧‧引弧波段

t2‧‧‧工作波段

t3‧‧‧峰段

t4‧‧‧谷段

t5‧‧‧峰段

t6‧‧‧中段

t7‧‧‧尾段

第一圖是本發明的方塊圖；第二圖是本發明的手弧焊接裝置工作時的電流波形示意圖。

1‧‧‧整流模組

2‧‧‧波形發生器

3‧‧‧變壓器

4‧‧‧二次整流模組

5‧‧‧控制單元

Claims (10)

1. 一種應用脈衝電流的手弧焊接裝置，包括有依次連接的整流模組、波形發生器、變壓器和二次整流模組，還包括一控制單元，控制單元的輸出端連接波形發生器，以用於控制波形發生器產生高頻脈衝波，所述整流模組的輸入端連接電源，所述二次整流模組的輸出端連接焊槍，二次整流模組的輸出端還連接控制單元的輸入端。
2. 一種應用脈衝電流的手弧焊接方法，包括有以下步驟：①、輸入的交流電通過整流模組，整流為直流電；②、步驟①得到的直流電通過波形發生器，由控制單元控制波形發生器將直流電轉化為高頻脈衝波，所述高頻脈衝波包括用於焊條引弧的引弧波段t1和週期性循環的脈衝電流輸出的工作波段t2，引弧波段t1中包括交替設置的峰段t3和谷段t4，所述工作波段t2的一個週期中包括用於點弧的峰段t5、用於提供工作電流的中段t6和低電流的尾段t7，所述峰段t3的電流值與峰段t5的電流值相等，所述谷段t4的電流值與中段t6的電流值相等；③、步驟②得到的高頻脈衝波通過變壓器，按變比放大電流值；④、步驟③中放大後的脈衝電流通過二次整流模組，再次整流，輸出適合焊槍使用的輸出電流，部分輸出電流通過二次整流模組與控制單元之間的連接回饋到控制單元。
3. 如申請專利範圍第2項所述的應用脈衝電流的手弧焊接方 法，其中所述引弧波段t1中，峰段t3的電流值不低於100A，峰段t3通過二次整流模組後輸出時的持續時間為20~100ms；谷段t4的電流值為20~80A，谷段t4通過二次整流模組後輸出時的持續時間為50~200ms；引弧波段t1通過二次整流模組後輸出時的持續時間為1000~3000ms。
4. 如申請專利範圍第3項所述的應用脈衝電流的手弧焊接方法，其中所述引弧波段t1的開始段為谷段t4。
5. 如申請專利範圍第3項所述的應用脈衝電流的手弧焊接方法，其中所述峰段t3的電流值約為160A。
6. 如申請專利範圍第3項所述的應用脈衝電流的手弧焊接方法，其中所述谷段t4的電流值約為70A。
7. 如申請專利範圍第2項所述的應用脈衝電流的手弧焊接方法，其中所述工作波段t2中，峰段t5的電流值不低於100A，峰段t5通過二次整流模組後輸出時的持續時間為20~100ms；中段t6的電流值為20~80A，中段t6通過二次整流模組後輸出時的持續時間為200~800ms；尾段t7的電流值為零A，尾段t7通過二次整流模組後輸出時的持續時間為200~800ms。
8. 如申請專利範圍第7項所述的應用脈衝電流的手弧焊接方法，其中所述峰段t5的電流值約為160A。
9. 如申請專利範圍第7項所述的應用脈衝電流的手弧焊接方法，其中所述中段t6的電流值約為70A。
10. 如申請專利範圍第2至9項中任一項所述的應用脈衝電流的手 弧焊接方法，其中所述高頻脈衝波的頻率為20KHz及以上。