專利名稱：弧壓感應送絲機的制作方法
弧壓感應送絲機本發明涉及焊接設備機械領域，尤其涉及一種弧壓感應送絲機。 [背景技術]隨著焊接技術在當今的工業生產尤其是我國汽車以及航天企業中的影響越來越大，焊接效率及焊接質量的要求也越來越高，焊接設備的自動化也迫在眉睫。在焊接設備中，有一部性能優良的送絲機機構是極其重要的，送絲的穩定性、送絲精度及送絲與焊接電弧的配合大大的影響著焊縫的性能，在熔化極電弧焊中，送絲不穩定會引起焊接參數波動， 在電弧狀態及焊絲金屬的熔化和過渡過程中缺陷出現頻率高；在熔化極電弧焊中，送絲不穩定會影響焊縫成形并容易產生缺陷。這兩種情況都會直接導致焊接電弧的不穩定和焊接氣孔的產生，從而影響焊接質量。傳統電流通斷控制系統是通過手動開關或半導體開關實現，但手動開關不能運行于自動工作模式，只能在人工干預的前提下方能正常工作，不適合實時控制過程；半導體開關基于可關斷半導體開關器件，此控制系統需要良好的冷卻系統 (包括散熱器、強制冷卻通風)，同時需要設計獨立的門極驅動控制電路，電路相對復雜，而且占用空間較大，使用不是很方便。再有現有的傳統C02等氣體保護焊機送絲機的控制大多采用獨立電源等速控制模式，而且需要在電源和送絲機之間連接多芯控制電纜用于送絲機電源和控制信號傳輸。該模式送絲機主要利用電源特性(恒壓特性)來滿足焊接短路過程的穩定性，加長電纜適應能力差，不能很好解決各種電流規范下熔化極氣體保護焊接的飛濺和過渡過程穩定，此外由于電源與送絲機之間控制電纜的存在，很容易出現斷線，可靠性較差。本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種弧壓感應送絲機，其具有設置簡單、送絲穩定、電弧長度可控、焊接效果好的特點。本發明提供的弧壓感應送絲機，包括送絲機構、控制系統，所述送絲機構包括印刷繞組電機；所述控制系統包括電壓控制模塊、電機調速及焊接時序控制模塊和二次電流通斷控制模塊，該電壓控制模塊將輸入高電壓直流電源轉變成穩定的低電壓直流電源并輸出為送絲機構供電；電機調速及焊接時序控制模塊對電壓控制模塊進行控制，將供給送絲機構的印刷繞組電機的電樞電壓進行改變，來調節印刷繞組電機轉速的變化，從而改變送絲速度或焊絲熔化速度而調整電弧弧長在正常工作范圍內；該二次電流通斷控制模塊通過一單極直流接觸器控制送絲機構進行通電工作或斷電。本發明提供的弧壓感應送絲機還包括保護氣體裝置和保護氣體通斷控制模塊，其中該保護氣體通斷控制模塊通過一直流電磁閥實現保護氣體裝置的供氣，當該電磁閥內的線圈得電，氣閥暢通，保護氣體流出；當該電磁閥內的線圈失電，氣閥阻斷，保護氣體停止流
出ο所述電壓控制模塊是采用高頻脈寬調制芯片和電壓閉環反饋運算電路來控制一絕緣柵雙極型晶體管的關斷，進而控制絕緣柵雙極型晶體管的占空比來實現將輸入高電壓直流電源轉變成穩定的低電壓直流電源，并輸出為送絲機構和保護氣體通斷控制模塊供 電所述電機調速及焊接時序控制模塊采用邏輯電路進行控制高頻脈寬調制芯片的脈寬輸出占空比，將供給送絲機構中印刷繞組電機的電樞電壓的改變，進而改變送絲速度或焊絲熔化速度。所述邏輯電路提供下列時序焊槍開關時序、印刷繞組電機的電流輸出時序、保護氣體時序、送絲速度時序；其中各時序到來的先后順序是保護氣體時序、焊槍開關時序、 送絲速度時序、印刷繞組電機的電流輸出時序；各時序結束的先后順序是送絲速度時序、焊槍開關時序、印刷繞組電機的電流輸出時序、保護氣體時序。所述控制系統還包括用戶調節控制模塊，該用戶調節控制模塊包括送絲速度調節開關、恒流/恒壓模式選擇開關、檢氣開關、點動送絲開關。所述二次電流通斷控制模塊的接觸器包括線圈，當該接觸器中的線圈得電時接觸器的觸點閉合使送絲機構通電開始送絲工作；當該接觸器中的線圈失電時接觸器的觸點斷開使送絲機構斷電。本發明與現有技術相比，具有以下優點本發明采用焊機的電弧電壓供電，避免了外部電源和送絲機之間的額外控制電纜，直接利用電機調速及焊接時序控制模塊控制電壓控制模塊中的高頻脈寬調制芯片的脈寬輸出占空比，將供給送絲機構的印刷繞組電機的電樞電壓改變的弧壓傳感技術，不僅能實現印刷繞組電機轉速的變化從而達到改變送絲速度或熔化速度，將電弧弧長調節到正常工作范圍內；同時可提高了熔化極氣體保護焊機焊接工藝性能和加長電纜適應能力，很好解決熔化極氣體保護焊接的飛濺和過渡過程穩定，提高了送絲機的可靠性。本發明的送絲機構的電壓控制模塊在電機調速及焊接時序控制模塊的調節控制下，為印刷繞組電機提供穩定的電壓，可平穩進行送絲；并且焊接電源在任何靜外特性模式 (恒流/恒壓)下都可提供穩定的電源電壓，可控制送絲速度和電弧長度，進而提高焊接質量。

圖1為本發明弧壓感應送絲機的方框示意圖；圖2為本發明弧壓感應送絲機的電路圖；圖3為本發明的電壓控制模塊中的電壓閉環反饋運算電路示意圖；圖4為本發明的電機調速及焊接時序控制模塊中的邏輯電路示意圖；圖5為本發明的電機調速及焊接時序控制模塊實現的時序示意圖；圖6為本發明的用戶調節控制模塊的示意圖；圖7為本發明的送絲速度在CC工作模式下的電壓與電流關系示意圖；
圖8為本發明的送絲速度在CV工作模式下的電壓與電流關系示意圖。 為更進一步闡述本發明為達成預定目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的弧壓感應送絲機，其具體實施方式
、結構、特征及其功效，說明如后。 本發明提供的弧壓感應送絲機，如圖1和圖2所示，包括送絲機構1、控制系統5， 所述控制系統5包括二次電流通斷控制模塊51，該二次電流通斷控制模塊51通過單極直流接觸器Kl控制送絲機構1進行通電工作，當該接觸器Kl中的線圈得電時接觸器Kl的觸點閉合使送絲機構1通電開始送絲工作；當該接觸器Kl中的線圈失電時接觸器Kl的觸點斷開使送絲機構1斷電。所述送絲機構1的電機采用印刷繞組電機11，印刷繞組電機11結合減速箱12、焊槍13的傳動裝置(圖未示)用于輸送焊絲。該印刷繞組電機11的轉子質量較輕；動態響應快，轉動慣量小；所控制的靈敏度高，機電時間常數一般在50ms左右；碳刷在平面換向，使用壽命較長。外部焊接電源3為送絲機提供焊弧弧壓。所述控制系統5還包括電壓控制模塊52、電機調速及焊接時序控制模塊53、用戶調節控制模塊M、保護氣體通斷控制模塊陽，該電壓控制模塊52是采用高頻脈寬調制芯片(如SG352Q和電壓閉環反饋運算電路(PI)(請參見圖幻來控制絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)521的關斷，進而控制高頻脈寬調制芯片上的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT) 521導通的百分比(占空比)來實現將外部焊接電源3輸入高電壓如15伏 105伏直流電源轉變成穩定的低電壓如12伏直流電源，并輸出為送絲機構1和保護氣體通斷控制模塊陽供電。如圖3所示，該電壓閉環反饋運算電路通過電壓采集端采集電壓和電阻R8與R9的基準源進行比較，運算放大器NlA和電阻R12、R22、電容C3構成比例積分電路(PI)，當采集反饋電壓VS偏低時，PI電路運算出正偏差去影響高頻脈寬調制芯片的占空比；若算出的正偏差低，則占空比高，若正偏差高， 則占空比低。該電機調速及焊接時序控制模塊53采用邏輯電路(如圖4所示，該圖中的 N3D、N!3B均代表運算放大器)進行控制電壓控制模塊52中的高頻脈寬調制芯片的脈寬輸出占空比，將供給送絲機構1的印刷繞組電機11的電樞電壓的改變，進而實現印刷繞組電機 11轉速的變化從而達到改變送絲速度或焊絲熔化速度，從而達到將電弧弧長調節在正常工作范圍內(電弧電壓的正常工作范圍是15V-40V)。該邏輯電路中的電壓反饋Vs與送絲速度給定電壓U45與脈寬占空比的關系是當電壓反饋Vs越高，脈寬占空比越低；當送絲速度給定電壓U45越高，脈寬占空比越大。圖如為反饋信號處理電路，圖4b為給定信號處理電路。該邏輯電路實現的焊接時序如圖5所示，實現下列焊接時序，(a)為焊槍開關時序， (b)為印刷繞組電機11的電流輸出時序，(c)為保護氣體時序，高電平為工作狀態，低電平為非工作狀態；(d)為送絲速度時序，幅值越高送絲速度越快。本電機調速及焊接時序控制模塊53具有提前送氣、滯后斷氣、慢送絲引弧、電流通斷功能。如圖6所示，該用戶調節控制模塊包括送絲速度調節開關61、恒流/恒壓(CC/CV)模式選擇開關62、檢氣開關63、點動送絲開關64。其中，送絲速度調節開關61用于調節焊接送絲速度，其對應的與焊接電流的大小與焊絲直徑和焊接材料有關；恒流/恒壓(CC/CV)模式選擇開關62用于選擇送絲機匹配的焊機的電源類型。檢氣開關63用于焊接開始前，檢查保護氣體有無或調節流量，該開關按下時焊絲不帶電。點動送絲開關64用于焊接前，預裝焊絲用。該保護氣體通斷控制模塊55通過直流電磁閥551實現保護氣體裝置4的供氣，當該電磁閥551的線圈得電，氣閥暢通，保護氣體流出；當該電磁閥551的線圈失電，氣閥阻斷，保護氣體停止流出。其中，電壓控制模塊52和二次電流通斷控制模塊51集成到PCBl (電路板)板上，保護氣體通斷控制模塊陽集成到另一塊PCB2板上。
弧壓感應送絲機的送絲速度在恒流(CC)工作模式下和恒壓(CV)工作模式下的調節原理，具體為CC模式指的是匹配工作焊機為恒流輸出，焊接電流不隨電弧電壓的變化而變化。 此時為了實現電弧弧長相對穩定，送絲速度必須隨電弧電壓的改變而改變，當電弧電壓變高時，印刷繞組電機11的轉速加快，加快送絲速度，從而將電弧長度調整到正常范圍，電弧電壓也隨之降到原來的數值；當電弧電壓變低時，印刷繞組電機11的轉速變慢，送絲速度減慢，從而將電弧長度同樣調整到正常位置，電弧電壓也隨之升高到原來的數值。如圖7所示，當電弧電壓由UO突變到Ul時，送絲速度加快，熔化速度不變，弧長變短，等到將電弧長度調整到正常位置，電弧電壓也隨之降到原來的數值UO ；當電弧電壓由UO突變到U2時，送絲速度減慢，熔化速度不變，弧長變長，等到電弧長度同樣調整到正常位置，電弧電壓也隨之升高到原來的數值U0。恒壓(CV)模式指的是匹配工作焊機為恒壓輸出，焊接電壓不隨焊接電流的變化而變化。此時電弧弧長由電源輸出電壓決定，全過程保持相對穩定。焊絲熔化速度由焊接電流決定，焊接電流越大，焊絲熔化速度越快，焊接電流越小，焊絲熔化速度越慢。送絲速度采用等速送絲。利用電源的自身電弧調節作用就可以滿足穩定的焊接過程。如圖8所示， 當電流由IO突變到Il時，弧長變長，電流減小，焊絲熔化速度變慢而送絲速度不變，等到將電弧長度調整到正常位置，焊接電流也隨之升到原來的數值IO ；當電流由IO突變到12時， 弧長變短，電流變大，熔化速度變快而送絲速度不變，等到將電弧長度調整到正常位置，焊接電流也隨之降到原來的數值10。本發明中實現送絲速度和熔化速度是依據下列函數進行控制運算弧長(Larc)與電弧電壓(Uarc)成正比送絲速度Vs = F (Uarc，I，MATERIAL, d， GAS, lw)；送絲速度Vs與焊接電弧電壓(Uarc)、焊接電流(I)，焊接材料類型(MATERIAL) (主要是金屬材料熔化能量有關)，焊絲直徑(d)，保護氣體(GAQ類型，干伸長(Iw)相關。 焊接電壓越高、焊接電流越大、材料熔點越低、焊絲直徑越細，保護氣體活性成分越多，干伸長越大，送絲速度越快，反之以反。熔化速度Ms =送絲速度Vs ；若熔化速度快于送絲速度，容易引起斷弧和焊接氣孔，若熔化速度小于送絲速度，容易引起焊接過程潛弧和頂絲。無論快于慢均會導致焊接過程不穩定和焊接缺陷的產生。本發明提供的弧壓感應送絲機可對送絲機構的供電電源、送絲速度、熔絲速度、保護氣體的通斷和焊接速度進行控制，從而調節電弧弧長在工作范圍內，進而將焊絲輸送到在合適的位置進行焊接，具有送絲、焊絲穩定，且安全的效果。在此說明書中，本發明已參照其特定的實施例作了描述，但是，很顯然仍可以做出各種修改和變換而不背離本發明的精神和范圍。因此，本發明的說明書和附圖被認為是說明性的而非限制性的。
權利要求
1.一種弧壓感應送絲機，包括送絲機構、控制系統，其特征在于，所述送絲機構包括印刷繞組電機；所述控制系統包括電壓控制模塊、電機調速及焊接時序控制模塊和二次電流通斷控制模塊，該電壓控制模塊將輸入高電壓直流電源轉變成穩定的低電壓直流電源并輸出為送絲機構供電；電機調速及焊接時序控制模塊對電壓控制模塊進行控制，將供給送絲機構的印刷繞組電機的電樞電壓進行改變，來調節印刷繞組電機轉速的變化，從而改變送絲速度或焊絲熔化速度而調整電弧弧長在正常工作范圍內；該二次電流通斷控制模塊通過一單極直流接觸器控制送絲機構進行通電工作或斷電。
2.如權利要求1所述的弧壓感應送絲機，其特征在于，還包括保護氣體裝置和保護氣體通斷控制模塊，其中該保護氣體通斷控制模塊通過一直流電磁閥實現保護氣體裝置的供氣，當該電磁閥內的線圈得電，氣閥暢通，保護氣體流出；當該電磁閥內的線圈失電，氣閥阻斷，保護氣體停止流出。
3.如權利要求2所述的弧壓感應送絲機，其特征在于，所述電壓控制模塊是采用高頻脈寬調制芯片和電壓閉環反饋運算電路來控制一絕緣柵雙極型晶體管的關斷，進而控制絕緣柵雙極型晶體管的占空比來實現將輸入高電壓直流電源轉變成穩定的低電壓直流電源并輸出為送絲機構和保護氣體通斷控制模塊供電。
4.如權利要求3所述的弧壓感應送絲機，其特征在于，所述電機調速及焊接時序控制模塊采用邏輯電路進行控制高頻脈寬調制芯片的脈寬輸出占空比，將供給送絲機構中印刷繞組電機的電樞電壓的改變，進而改變送絲速度或焊絲熔化速度。
5.如權利要求4所述的弧壓感應送絲機，其特征在于，所述邏輯電路提供下列時序焊槍開關時序、印刷繞組電機的電流輸出時序、保護氣體時序、送絲速度時序；其中各時序到來的先后順序是保護氣體時序、焊槍開關時序、送絲速度時序、印刷繞組電機的電流輸出時序；各時序結束的先后順序是的送絲速度時序、焊槍開關時序、印刷繞組電機的電流輸出時序、保護氣體時序。
6.如權利要求5所述的弧壓感應送絲機，其特征在于，所述控制系統還包括用戶調節控制模塊，該用戶調節控制模塊包括送絲速度調節開關、恒流/恒壓模式選擇開關、檢氣開關、點動送絲開關。
7.如權利要求1所述的弧壓感應送絲機，其特征在于，所述二次電流通斷控制模塊的接觸器包括線圈，當該接觸器中的線圈得電時接觸器的觸點閉合使送絲機構通電開始送絲工作；當該接觸器中的線圈失電時接觸器的觸點斷開使送絲機構斷電。
全文摘要
本發明公開的弧壓感應送絲機，包括送絲機構、控制系統，所述送絲機構包括印刷繞組電機；所述控制系統包括電壓控制模塊、電機調速及焊接時序控制模塊和二次電流通斷控制模塊，該電壓控制模塊將輸入高電壓直流電源轉變成穩定的低電壓直流電源并輸出為送絲機構供電；電機調速及焊接時序控制模塊電壓控制模塊進行控制，將供給送絲機構的印刷繞組電機的電樞電壓進行改變，來調節印刷繞組電機轉速的變化，從而改變送絲速度或焊絲熔化速度而調整電弧弧長在正常工作范圍內；該二次電流通斷控制模塊通過一單極直流接觸器控制送絲機構進行通電工作或斷電。本發明具有平穩送絲，提供穩定的電源電壓，送絲速度和電弧長度可控，進而提高焊接質量。
文檔編號B23K9/133GK102284771SQ20101050808
公開日2011年12月21日 申請日期2010年10月15日 優先權日2010年10月15日
發明者劉勝龍, 張偉, 李偉, 李毅, 楊朔, 羅建坤, 鄭麗豐, 錢穎杰, 陳懋龍 申請人:北京宏孚瑞達科技有限公司