專利名稱：一種接觸引弧電焊機和電焊接觸引弧控制法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電焊領域，特涉及接觸引弧電焊機和電焊接觸引弧控制法。
背景技術：
傳統(tǒng)的焊條電弧焊從空載到短路時其穩(wěn)態(tài)電流Iwd設計得比焊接電流If大，其穩(wěn)態(tài)電流Iwd與焊接電流If的比值范圍為1. 25 < Iwd / If < 2，
增大的電流是引弧電流，焊條提起后電弧被引燃，輸出電流衰減至焊接電流，完成引弧過程。引弧特性一般取決電流峰值和引弧電流衰減時間。引弧電流峰值太小和引弧電流時間過短則不利于熱發(fā)射和熱電離，使引弧困難；太大則引起飛濺大，甚至燒穿工件！參見張光先編著的《逆變電焊就原理與設計》第62頁。 由于短路電流是變化的，提弧時機不好掌握，對焊工要求太高。有的還使用恒流帶外拖外特性的弧焊電源，參見陳祝年編著的《焊接工程師手冊》(ISBN 7-111-09859-5 (2002)第004545號)第225頁，其結(jié)果是短路電流比焊接電流更大。焊條與工件容易互相粘住，引弧不成功。有時粘死會燒紅燒壞焊條。傳統(tǒng)的電焊機從空載到短路時其瞬時電流峰值Isd比焊接電流If大一倍以上，小于3倍。參見陳祝年編著的《焊接工程師手冊》(ISBN 7-111-09859-5 (2002)第004545號)第228頁.
當短路時電流從零上升到最大值時產(chǎn)生強大的功率，要遠遠大于正常工作功率！
分析如下通常可控硅或高頻逆變焊接電源在恒流工作狀態(tài)下，空載時其可控硅處于全導通或高頻逆變開關管PWM調(diào)至最寬，反饋采樣調(diào)節(jié)滯后，在短路瞬間一段時間內(nèi)(從第一個波就開始)輸出電壓為最大值，這時輸出功率最大！產(chǎn)生過流沖擊，(張光先編著的《逆變電焊就原理與設計》第62頁)這時易焊條粘結(jié)，同時將對功率器件產(chǎn)生威脅，極易受損。同時變壓器由功率最小值突變到功率最大值，可能會產(chǎn)生偏磁，飽和和非晶材料的裂碎等嚴重后果！影響電源設備安全。這也是接觸引弧焊接電源比非接觸引弧焊接電源故障率高的根本原因。中國發(fā)明專利《熔化電極電弧焊接的引弧控制方法》(申請?zhí)朇N200710148728. 9)所公開的是一種熔化電極電弧焊接的引弧控制方法，在焊接開始時，自焊槍送給的焊絲與被焊接物接觸并通入初期電流，然后，通過將焊絲與被焊接物分離產(chǎn)生初期電弧后，過渡到穩(wěn)定電弧，其中，對所述初期電流的上升賦予斜率。從而，在焊接開始時，將焊絲暫時與被焊接物接觸后分離，產(chǎn)生電弧而進行引弧的收縮引弧方法中，可以抑制焊絲熔敷在被焊接物而成為弓丨弧不良。該發(fā)明還未消除了頻繁的過沖電流。

發(fā)明內(nèi)容
針對背景技術中傳統(tǒng)電焊機短路引弧時所產(chǎn)生兩種不好后果其一產(chǎn)生頻繁過沖，電流威脅設備安全。其二容易粘結(jié)焊條，操作人員不好掌握。為克服上述缺陷，本發(fā)明采提供了一種電焊接觸引弧控制方法及裝置，消除了頻繁的過沖電流，大大提高了焊接電源的可靠性；其次消除了焊條粘結(jié)現(xiàn)象，很輕松起弧。本發(fā)明的技術方案是一種電焊接觸引弧控制法，其特征在于包括如下步驟 步驟一、焊條未短路時，電焊機保持PWM脈寬很小或SCR導通角很小；當焊條短路時瞬
間，電焊機輸出功率從最小值升到額定值；
步驟二、電焊機在短路期間施加低頻低占空比脈沖電流；
步驟三、在焊條離開工件引弧成功后，切除限制輸出電路，電焊機恢復正常工作。其有益效果是消除了頻繁的過沖電流，大大提高了焊接電源的可靠性；其次消除了焊條粘結(jié)現(xiàn)象，很輕松起弧。如上所述的電焊接觸引弧控制法，其特征在于所述步驟一中焊條未短路時，電焊機空載輸出脈寬，空載輸出脈寬小于為5%。其有益效果是可以保證電焊機短路第一波為小功率。如上所述的電焊接觸引弧控制法，其特征在于所述步驟二中小于10%的低頻低占空比脈沖電流。其有益效果是比如在焊接電流=100A，推力電流100A時輸出的低占空比脈沖電流就是20A左右的平均電流值，焊條不會熔化而粘結(jié)，脈沖能量有利于熱發(fā)射和熱電離為起弧作好準備。一種接觸引弧電焊機，包括恒流調(diào)節(jié)器、變壓器、整流器、PWM控制或可控硅移相控制、電流檢測、電壓檢測、推力電流電路，所述恒流調(diào)節(jié)器、PWM控制或可控硅移相控制、變壓器和整流器組成基本焊接電源，其特征在于它還包括空載限制脈寬或移相電路和短路限制電流電路，所述空載限制脈寬或移相電路與PWM控制或可控硅移相控制和電流檢測相連，所述短路限制電流電路與電流檢測、電壓檢測和推力電流電路相連，短路限制電流電路空載限制脈寬或移相電路根據(jù)電流檢測結(jié)果限制PWM的寬度或可控硅移相；根據(jù)電流檢測和電壓檢測的結(jié)果對短路限制電流電路進行控制，輸出間歇焊接電流和推力電流電路。其 有益效果是消除了頻繁的過沖電流，大大提高了焊接電源的可靠性；其次消除了焊條粘結(jié)現(xiàn)象，很輕松起弧。如上所述短路限制電流電路包括低頻低占空比震蕩電路。如上所述的空載限制脈寬，主要由U2，Dl, R13組成，在空載時，限制U3的輸出脈寬。如上所述的推力電流電路，在附圖2主要由U4，Ql, Dl, D2，R3，SCR, U6，U7構(gòu)成，并控制C點的電位，達到短路限制電流的作用；
在附圖 3 中主要由 Q2, Q3, Q4, R22, W2, R24, R25, R26, R23, R27, DZl, U4, U8 構(gòu)成，并控制C點的電位，達到短路限制電流的作用；
在附圖4要由R17，U4，R25，R16，Q2，U8，U6，DZ2，構(gòu)成，并控制C點的電位，達到短路限制電流的作用。如上所述的短路限制電流電路，在附圖2中由Dl，D2，R3，SCR, Q2，RH, U5，U7構(gòu)成，控制B點電位，達到控制焊接電流的作用；
在附圖3中由Q4，R24，R25，R26，R27，DZl, U4，U5，U8, Wl構(gòu)成，控制B點電位，達到控制焊接電流的作用；
在附圖4要由R17，U4，R25，RH, R16，Ql, Q2，U8, U5，DZ2構(gòu)成，控制B點電位，達到控制焊接電流的作用。


圖I為發(fā)明電焊接觸引弧控制焊接電源方框原理示意圖。圖2為電焊接觸引弧控制(電壓型PWM)電路(I)原理示意圖。圖3為電焊接觸引弧控制(電壓型PWM)電路(2)原理示意圖。圖4為用3846芯片控制(電流型PWM)電路原理示意圖。圖5為空載輸出波形。圖6為短路輸出電流波形。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的做進一步的說明。圖中相同的結(jié)構(gòu)或功能用相同的數(shù)字標出。應該指出的是，附圖的目的只是便于對本發(fā)明具體實施的說明，不是一種多余的敘述或是對本發(fā)明的限制，此外沒有必要按比例畫出。本發(fā)明U8芯片說明6腳為電流信號檢測，40腳為電壓信號檢測，輸出7腳、37腳根據(jù)6腳和40腳檢測信號進行邏輯計算，本文件中規(guī)定，當6腳和40腳信號不同時為“I”時，7腳和37腳輸出低頻低占空比脈沖。當6腳和40腳信號同時為“I”時，O. 5S后7腳和37腳無輸出。本發(fā)明采用了一種新的電焊接觸引弧控制方法，消除了頻繁的過沖電流，消除了焊條與工件的粘結(jié)。具體的接觸引弧控制電路的結(jié)構(gòu)與方法分析如下
本發(fā)明電焊接觸引弧控制其包括由變壓器、整流器、電流檢測電路、、電壓檢測電路、(本發(fā)明增加的如圖I虛線內(nèi)的空載限制脈寬電路、短路限制電流電路、低頻低占空比震蕩電路)、PWM控制或SCR移相控制、可控硅或高頻逆變組成的可調(diào)節(jié)輸出功率的焊接電源，如圖I所示。本發(fā)明構(gòu)成
I對電源開關管在空載PWM脈寬很小或SCR導通角很小，輸出受到限制，
2在焊條短路時，輸出低頻低占空比脈沖電流。3當焊條離開工件起弧成功后，既焊接電壓大于10伏和焊接電流大于零時切除限制輸出電路，恢復正常工作。本發(fā)明實施方案I :(高頻逆變電壓型PWM控制-I)
電路如圖2所示，分析如下
第I階段(空載)
在空載時沒有焊接電流，電流=0，給定的焊接電流和推力電流為負值送到調(diào)節(jié)器U1，Ul這時輸出最大值，U3 (3525)是電壓型脈寬調(diào)制集成電路，第2腳電壓高低決定輸出脈寬，驅(qū)動功率開關器件達到可調(diào)節(jié)輸出功率。第2腳此時就是Ul輸出的最大值！
電流采樣電路沒有信號送到U2組成電流閾值比較電路，U2輸出低電平，U9 4053電子開關不動作，U3 3525第9腳(既A點)電位將被拉低，調(diào)節(jié)R13，U3第9腳電壓鉗制在輸出脈寬最小的電壓值。本實施例將空載輸出脈寬調(diào)至3%左右，保證短路第一波為小功率，如圖5中波形所示。第2階段(短路)當焊條和工件接觸時，輸出電流> O，U2輸出高電平+15V，U9將翻轉(zhuǎn)，切出D6，接入D7，這時輸出電壓小于10V，光耦U4不工作，Ql導通，Dl導通，可控硅SCR不能工作，此時D7上無電壓故對U3 (3525)無作用。U2輸出高電平到U5 U6光耦，U7 (555)可以設置30Hz到200HZ的頻率，本實施50中用50HZ，5%左右(本發(fā)明人的實驗數(shù)據(jù)，可根據(jù)具體電路取得最佳值)的低占空比振蕩器，能使U5 U6間歇工作，既5%時間輸出給定電流。由Q2射極跟隨電壓加U5光藕輸出壓降與給定焊接電流決定的B點電位就是輸出電流的大小，調(diào)節(jié)RWl合適值，在U5導通時，不管給定電流多大，輸出就是穩(wěn)的最小的電流，本實施例選定IOA左右。同時在U5導通時，U6光耦也導通，將推力電流電路間歇關閉，既控制C點電位。在焊接電流=100A，推力電流100A時輸出的低占空比脈沖電流就是20A左右的平均電流值，焊條不會熔化而粘結(jié)，脈沖能量有利于熱發(fā)射和熱電離為起弧作好準備，其波形 如圖6所示。第3階段(起弧)
當焊條提起引弧成功后，焊接電壓大于10伏，U4導通，Ql截止，U2輸出高電平，由DlD2 R3組成的與門將輸出高電平給Cl充電，經(jīng)O. 3秒左右觸發(fā)SCR可控硅導通，一方面通過D5將U5 U6關閉，同時將電壓通過RlO送到D7，經(jīng)U5送到U3的9腳恢復正常工作。只要電流不斷，期間有熔滴過渡時，焊接電壓掉下來，可控硅還是保持導通，鎖定正常工作狀況不變！保證限流電路被關閉。本發(fā)明實施方案2 (高頻逆變電壓型PWM控制-2 )
電路如圖3所示，是另一種電壓型PWM控制電路類型 分析如下 第I階段(空載)
在空載時沒有焊接電流，給定的焊接電流和推力電流為正值送到調(diào)節(jié)器Ul，Ul這時輸出最小值，Ql截止，U3 (3525)是電壓型脈寬調(diào)制集成電路，第9腳電壓高低決定輸出脈寬，驅(qū)動功率開關器件達到可調(diào)節(jié)輸出功率。第9腳此時就是輸出的最大值！
電流采樣電路沒有信號送到U2組成電流閾值比較電路，U2輸出低電平，R13經(jīng)Dl將U3 ( 3525)第9腳電位(既A點)將被拉低，調(diào)節(jié)R13，U3第9腳電壓鉗制在輸出脈寬最小的電壓值。本實施例將空載輸出脈寬調(diào)至5%，保證短路第一波為小功率，如圖5中波形所
/Jn ο第2階段(短路)
當焊條和工件接觸時，輸出電流> 0，U2輸出高電平+15V，Dl反偏截止，R13不能分壓U3 ( 3525)第9腳電位，由Ul (3140)和Ql對U3 (3525)進行恒流控制。這時輸出電壓小于10V，光耦U4不工作，，Ql導通，電壓信號=0送至專用集成電路U8 (YG-2012)第40腳。U2電流信號=1送至專用集成電路U8 (YU-2012)第6腳。U8第7腳輸出50Hz低占空比(5%左右)脈沖信號經(jīng)U5光耦控制，限制電流輸出，既95%時間輸出最小電流，5%時間輸出給定電流。(鎖定B點電位)
同時Q3將由U8第37腳(功能同第6腳)控制，限制推力電流輸出。(鎖定C點電位)調(diào)節(jié)RWl合適值，在U5導通時，不管給定電流多大(鎖定B點電位)，輸出就是穩(wěn)定的最 小的電流，本實施例選定IOA左右。
在焊接電流=100A，推力電流100A時輸出的低占空比脈沖電流就是20A左右的平均電流值，焊條不會熔化而粘結(jié)，脈沖能量有利于熱發(fā)射和熱電離為起弧作好準備，其波形如圖6所示。第3階段(起弧)
當焊條提起引弧成功后，焊接電壓大于10伏，U4導通，Q4截止，電壓信號=1，電流信號=1約O. 3S后U6將關閉第7腳和37腳輸出。只要電流不斷，期間有熔滴過渡時，焊接電壓掉下來，鎖定正常工作狀況不變！保證限流電路被切除。電流信號=0后，限流電路將恢復工作。
本發(fā)明實施方案3 (高頻逆變電流型PWM控制)
電路如圖4所示，是一種電流型PWM控制電路類型
U4 (3846)是電流型脈寬調(diào)制集成電路，第5腳電壓高低決定輸出大小 分析如下
第I階段(空載)
在空載時沒有焊接電流，給定的焊接電流和推力電流為負值送到調(diào)節(jié)器Ul，Ul這時輸出最大值，經(jīng)過U2跟隨器送到U4 (3846)電流型脈寬調(diào)制集成電路5腳，第5腳電壓高低決定輸出脈寬，驅(qū)動功率開關器件達到可調(diào)節(jié)輸出功率。電流采樣電路沒有信號送到U2組成電流閾值比較電路，U2輸出低電平，R13經(jīng)Dl將U3 ( 3846)第5腳電位(既A點)將被拉低，調(diào)節(jié)R13，U3第5腳電壓鉗制在輸出脈寬最小的電壓值。本實施例將空載輸出脈寬調(diào)至1%，保證短路第一波為小功率，如圖5中波形所示。第2階段(短路)
當焊條和工件接觸時，輸出電流> 0，U2輸出高電平+15V，Dl反偏截止，R13不能分壓U3 ( 3846)第5腳電位，由Ul (TL084)對U3 (3846)進行恒流控制。這時輸出電壓小于10V,光耦U4不工作，，Ql導通，電壓信號=0送至專用集成電路U8 (YG-2012)第40腳。U2電流信號=1送至專用集成電路U6 (YG-2012)第6腳。U8第7腳輸出低頻(60HZ左右)低占空比(2%左右)脈沖信號經(jīng)U5光耦控制，限制電流輸出，既98%時間輸出最小電流，2%時間輸出給定電流。(鎖定B點電位)
同時由U6限制推力電流輸出。(鎖定C點電位)
調(diào)節(jié)RWl合適值，在U5導通時，不管給定電流多大(鎖定B點電位)，輸出就是穩(wěn)定的最小的電流，(筆者選定IOA左右)、
在焊接電流=100A，推力電流100A 時輸出的低占空比脈沖電流就是20A左右的平均電流值，焊條不會熔化而粘結(jié)，脈沖能量有利于熱發(fā)射和熱電離為起弧作好準備，其波形如圖6所示。第3階段(起弧)
當焊條提起引弧成功后，焊接電壓大于10伏，U4導通，Q2截止，電壓信號=1，電流信號=1約O. 3S后U8將關閉第7腳輸出。只要電流不斷，期間有熔滴過渡時，焊接電壓掉下來，鎖定正常工作狀況不變！保證限流電路被切除。電流信號=0后，限流電路將恢復工作。還有其他各種電路(包括可控硅移相觸發(fā)電路)有很多種方案，故沒畫出具體電路。其他電路組成與本發(fā)明實施方案一樣，其工作原理與工作過程與本發(fā)明實施方案相同，不在敘述。在實驗時，本發(fā)明人同時作了傳統(tǒng)的電焊機和新型帶接觸引弧控制的電焊機的引弧實驗，在大電流時，傳統(tǒng)的電焊機時有過流保護，有時焊條粘死燒紅。而用本發(fā)明的帶接觸引弧控制的電焊機引弧時，沒有發(fā)生過流保護和焊條粘住現(xiàn)象。綜上所述，本發(fā)明提出的新型電焊接觸引弧控制電源與傳統(tǒng)的電焊機相比，引弧時消除了頻繁的過沖電流，大大提高了焊接電源的可靠性。其次消除了焊條粘結(jié)現(xiàn)象，很輕松起弧，效果極佳，不失為一種好的焊接電源。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，任何本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，利用上述揭示的方法內(nèi)容對本發(fā)明技術方案做出許多可能的變動和修飾，均屬于權利要求書保護的范圍。參考文獻I :《焊接工程師手冊》，陳祝年，編著，ISBN 7-111-09859-5(2002)第 004545 號。 參考文獻2 :《逆變電焊就原理與設計》張光先，編著。
權利要求
1.一種電焊接觸引弧控制法，其特征在于包括如下步驟 步驟一、焊條未短路吋，電焊機保持PWM脈寬很小或SCR導通角很小；當焊條短路時瞬間，電焊機輸出功率從最小值升到額定值； 步驟ニ、電焊機在短路期間施加低頻低占空比脈沖電流； 步驟三、在焊條離開エ件引弧成功后，切除限制輸出電路，電焊機恢復正常工作。
2.如權利要求I所述的電焊接觸引弧控制法，其特征在于所述步驟一中焊條未短路時，電焊機空載輸出脈寬，空載輸出脈寬小于為5%。
3.如權利要求I或2的電焊接觸引弧控制法，其特征在于所述步驟ニ中小于10%的低頻低占空比脈沖電流。
4.ー種接觸引弧電焊機，包括恒流調(diào)節(jié)器、變壓器、整流器、PWM控制或可控硅移相控制、電流檢測、電壓檢測、推力電流電路，所述恒流調(diào)節(jié)器、PWM控制或可控硅移相控制、變壓器和整流器組成基本焊接電源，其特征在于它還包括空載限制脈寬或移相電路和短路限制電流電路，所述空載限制脈寬或移相電路與PWM控制或可控硅移相控制和電流檢測相連，所述短路限制電流電路與電流檢測、電壓檢測和推力電流電路相連，短路限制電流電路空載限制脈寬或移相電路根據(jù)電流檢測結(jié)果限制PWM的寬度或可控硅移相；根據(jù)電流檢測和電壓檢測的結(jié)果對短路限制電流電路進行控制，輸出間歇焊接電流和推力電流電路。
全文摘要
本發(fā)明屬于電焊領域，特涉及接觸引弧電焊機和電焊接觸引弧控制法。通過在電焊機短路期間施加低頻低占空比脈沖電流，消除了電焊機頻繁的過沖電流，大大提高了焊接電源的可靠性；其次消除了焊條粘結(jié)現(xiàn)象，很輕松起弧。
文檔編號B23K9/095GK102672308SQ201210143480
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月10日 優(yōu)先權日2012年5月10日
發(fā)明者劉裕國 申請人:劉裕國