專利名稱：焊接電磁攪拌裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接裝置，特別是一種電弧焊熔池內(nèi)液態(tài)金屬電磁攪拌裝置。
背景技術(shù)：
電磁攪拌技術(shù)廣泛應(yīng)用于材料制備和加工過程，它是對金屬成型過程進(jìn)行控制的一種有效手段。焊接時利用外加磁場對電弧形態(tài)、熔滴過度、熔池金屬結(jié)晶過程以及焊縫成形的控制，可使接頭質(zhì)量大幅提高。
電磁攪拌裝置作為焊接磁控技術(shù)研究中的關(guān)鍵設(shè)備，對材料成型過程機(jī)理研究和質(zhì)量控制有直接關(guān)系。目前我國的電磁攪拌裝置的輸出電流波形有兩種，一是正弦波交流電，采用R-L-C電路或雙T網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，二是方波脈沖交流，采用晶閘管斷續(xù)器和雙路時間調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)，前者在參數(shù)調(diào)節(jié)方面(如磁場頻率)為分級調(diào)節(jié)，后者激磁電流調(diào)節(jié)精度低，不能補(bǔ)償網(wǎng)壓波動的影響，二者不能充分滿足磁場范圍變化要求并實(shí)現(xiàn)參數(shù)的精細(xì)調(diào)節(jié)。這些不僅對焊縫金屬的結(jié)晶過程有一定的影響，而且焊縫成形質(zhì)量不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對上述技術(shù)中存在的缺陷提供一種雙逆變PWMDC-AC變換器實(shí)現(xiàn)方波脈沖交流輸出的焊接磁攪拌裝置，它具有高效節(jié)能、小型輕量，并且有電流幅值、頻率、脈沖占空比連續(xù)可調(diào)功能，頻率采用數(shù)碼管顯示。
本發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它是由主電路、一次逆變控制電路、二次逆變控制電路三部分組成。其特征是，一次逆變控制電路的穩(wěn)壓電源和二次逆變控制電路的穩(wěn)壓電源與主電路相連，一次逆變控制電路中的PWM控制電路通過一次驅(qū)動電路與主電路中的一次全橋逆變器相連，二次逆變控制電路中的方波發(fā)生器通過二次驅(qū)動電路與主電路的二次全橋逆變器相連。
其原理是市電220VVAC經(jīng)合閘和軟啟動控制電路、輸入整流濾波后變?yōu)楦邏浩交绷麟?，?jīng)一次全橋逆變?yōu)轭l率100kHz的高頻交流電，防偏磁電路使加到變壓器TR1初級上的電流為純交流，經(jīng)TR1降壓(變比為7.5∶1)輸出整流濾波后，變?yōu)榈蛪浩交绷麟?，?jīng)二次全橋逆變?yōu)轭l率1-30kHz的低頻方波交流電(空載電壓為40V、輸出電流0-5A)，二次全橋逆變電路的輸出接激磁線圈。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是高效節(jié)能本裝置工作效率可達(dá)90％以上，功率因數(shù)高，空載損耗小，是理想的節(jié)能產(chǎn)品；性能好本機(jī)采用先進(jìn)的線路原理設(shè)計，整機(jī)具有良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能，恒流穩(wěn)定；參數(shù)調(diào)節(jié)范圍廣電流波形為方波，調(diào)節(jié)范圍為0-5A，占空比調(diào)節(jié)范圍為30-70％，頻率調(diào)節(jié)范圍1-30Hz，頻率數(shù)碼管顯示；保護(hù)功能齊全機(jī)內(nèi)設(shè)有合閘軟啟動控制、過壓保護(hù)、過流保護(hù)、變壓器防偏磁保護(hù)，一旦出現(xiàn)異常情況，將自動停止輸出，并有發(fā)光二極管指示，帶異常情況消失后，自動恢復(fù)工作；本機(jī)可滿足各種氣體保護(hù)焊和埋弧焊磁攪拌焊接工藝要求，體積小，重量輕，攜帶方便。


圖1為電磁攪拌裝置主電路電氣原理圖。
圖2為電磁攪拌裝置一次逆變控制電路電氣原理圖。
圖3為電磁攪拌裝置二次逆變控制電路電氣原理圖。
圖4為電磁攪拌裝置原理框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖做實(shí)施例說明由圖1-3可知，圖1中的連接器1CON1與圖2中的連接器2CON2相連；圖1中的連接器1CON2與圖3中的連接器3CON1相連；圖1中的連接器1CON3與圖3中的連接器3CON2相連；圖1中的連接器1CON4與圖2中的連接器2CON4相連；圖1中的連接器1CON5與圖2中的連接器2CON1相連；圖1中的連接器1CON6與圖2中的連接器2CON3相連；圖1中的連接器1CON7與圖2中的連接器2CON5相連；圖1中的連接器1CON8與圖3中的連接器3CON3相連；圖1中的連接器1CON9與圖2中的連接器2CON6相連。
由圖1可知經(jīng)一次全橋逆變?yōu)轭l率100kHz的高頻交流電，防偏磁電路使加到變壓器TR1初級上的電流為純交流，經(jīng)TR1降壓(變比為7.5∶1)輸出整流濾波后，變?yōu)榈蛪海麟娐分惺须?20VVAC經(jīng)合閘和軟啟動控制電路、輸入整流濾波后變?yōu)楦邏浩交绷麟?，平滑直流電，?jīng)二次全橋逆變?yōu)轭l率1-30kHz的低頻方波交流電(空載電壓為40VV、輸出電流0-5A)，二次全橋逆變電路的輸出接負(fù)載(激磁線圈)。
由圖2可知，圖中PWM控制電路由集成控制器2IC1(SG3525)、振蕩電阻2R18、振蕩電容2C11軟啟動電路(2R4、2C10)、死區(qū)控制元件(2R11、2R12、2T3)組成，該電路的功能是產(chǎn)生兩路互補(bǔ)(相位相差180度)的PWM脈沖信號(OUT11和OUT14)并在9腳信號電平的控制下，調(diào)節(jié)或穩(wěn)定脈沖寬度。
圖2中的穩(wěn)壓電源電路的輸入信號取自輸入整流濾波后的直流母線(310VDC)，它由高頻控制變壓器TR2初級N1與電容2C22構(gòu)成的振蕩電路、MOSFET開關(guān)管2Q5、柵極控制元件(2T8、2A2、TR2次級線圈N22)、TR2次級線圈N21、整流管2D22、三端穩(wěn)壓器V1及濾波電容組成，目的是為一次逆變其它控制電路提供穩(wěn)壓電源(+12V)。
圖2中的過流保護(hù)電路由電流傳感器(圖1中的L1)、整流二極管2D5電阻2R29、濾波元件L2電阻2R36電容2C21、晶閘管2T6(MCR100-6)及信號轉(zhuǎn)換電路(2D4、2DZ5、2T4、2T5及阻容)、電阻2R52和故障指示燈TROUBLE組成，目的是當(dāng)主電路發(fā)生過流信號或電流突變(di/dt過大)時，使2IC1(SG3525)的8腳接地電平，關(guān)閉PWM輸出，并點(diǎn)亮故障指示燈TROUBLE。
圖2中的過熱保護(hù)電路由圖1中的熱繼電器RJ、圖2中的電阻2R52、2R53和故障指示燈TROUBLE組成，熱繼電器RJ安裝在高頻變壓器上，該電路的功能是當(dāng)高頻變壓器過熱時，使2IC1(SG3525)的8腳接地電平，關(guān)閉PWM輸出，并點(diǎn)亮故障指示燈TROUBLE。
圖2中的給定值電路和反饋控制電路由電流調(diào)節(jié)電位器2DW1及阻容元件、采樣電阻(圖2中的Rs)及誤差放大器2C2(CA3140)構(gòu)成的PI調(diào)節(jié)器(2R6、2C5)組成，其輸出經(jīng)三極管2T3和外圍阻容接到PWM集成控制器SG3525的9腳，目的是實(shí)現(xiàn)電流閉環(huán)控制，通過調(diào)節(jié)電位器2DW1大小，改變9腳信號電平高低，來調(diào)節(jié)或穩(wěn)定輸出電流的大小。
圖2中的一次逆變驅(qū)動電路的輸入信號取自PWM控制電路產(chǎn)生的兩路輸出信號OUT11和OUT14，它由2T1和2T2、2T3和2T4構(gòu)成的推挽電路、全橋MOSFET開關(guān)管(2Q1-2Q4)、脈沖變壓器TR1及阻容和二極管組成，該控制電路的功能是輸出4路PWM信號，并實(shí)現(xiàn)PWM信號的隔離和功率放大。
由圖3可知，二次逆變控制電路包括方波發(fā)生器、隔離和驅(qū)動電路、頻率顯示、穩(wěn)壓電源。其中方波發(fā)生器由集成電路IC1(NE555)、比較器IC2A(LM339)、反相器IC3(4069)及外圍阻容元件組成，該電路的功能是產(chǎn)生二次逆變所需要的低頻方波信號，調(diào)節(jié)W1可調(diào)節(jié)方波頻率，調(diào)節(jié)W2可改變占空比大小。
圖3中的二次驅(qū)動電路由集成電路IC4-IC7(TLP250)、推挽電路(T1-T8)、限幅電路(ZW1-ZW8)、及外圍阻容組成，IC4-IC7實(shí)現(xiàn)驅(qū)動與方波發(fā)生器信號隔離作用，該電路的功能是實(shí)現(xiàn)方波信號的功率放大。
圖3中的穩(wěn)壓電源，由整流橋(B1-B5)、三端穩(wěn)壓器(VT1-VT10)及濾波電容組成，它構(gòu)成了5路電源，目的是為方波發(fā)生器、驅(qū)動電路、頻率顯示提供穩(wěn)壓電源(+5V、+12V、+15V、-10V)。
由圖4可知，主電路框圖由合閘和軟啟動電路、輸入整流和濾波電路、一次全橋逆變器(包含開關(guān)管和高頻變壓器)、輸出整流和濾波電路、二次全橋逆變器(包含開關(guān)管和負(fù)載線圈)組成；一次逆變控制電路框圖由PWM控制電路、一次驅(qū)動電路、給定值電路和反饋控制電路、誤差放大器、穩(wěn)壓電源組成；二次逆變控制電路框圖由方波發(fā)生電路、二次驅(qū)動電路、穩(wěn)壓電源組成。主電路的電氣原理圖如圖1，合閘和軟啟動電路包括電源開關(guān)SW、繼電器J和2個熱敏電阻IPTC(2)及1IC1(PC817)、開關(guān)管VT9、阻容延時1R2和1C5等；輸入整流和濾波電路包括全橋整流B1、濾波電容1C1-1C4、1C7-1C10、電阻1R1組成；一次全橋逆變器由可控開關(guān)管(MOSFET)VT1-VT4、防偏磁電路(1C13、1R12、1YM3)、高頻變壓器TR1及并聯(lián)在開關(guān)管兩端的阻容保護(hù)電路組成；輸出整流和濾波電路由快恢復(fù)二極管(VD1、VD2)、濾波電感L2、濾波電容1C22及并聯(lián)在快恢復(fù)二極管兩端的阻容保護(hù)電路組成；二次全橋逆變器由可控開關(guān)管(MOSFET)VT5-VT8、電感負(fù)載L3(激磁線圈)及阻容保護(hù)電路組成。一次逆變控制電路的電氣原理圖如圖2，PWM控制電路包括PWM集成控制器SG3525和外圍阻容電路、一次驅(qū)動電路、保護(hù)電路、給定值和反饋控制電路、比較和誤差放大器(PI調(diào)節(jié)器)。二次逆變控制電路的電氣原理圖如圖3，它包括方波發(fā)生電路(由NE555和外圍阻容、比較器LM339組成)、驅(qū)動電路、頻率顯示、5路穩(wěn)壓電源。
本發(fā)明的具體工作過程是由市電經(jīng)合閘及軟啟動電路、輸入整流濾波電路后變成平滑直流電，經(jīng)一次逆變器逆變成高頻電，經(jīng)變壓器降壓后進(jìn)行整流濾波，得到低壓直流電，再經(jīng)二次逆變器逆變成適合焊接磁攪拌工藝要求的低頻方波交流電。一次逆變采用PWM集成控制電路實(shí)現(xiàn)輸出恒流控制。
當(dāng)該裝置與安裝在電焊機(jī)焊槍上的激磁線圈連接后，接通220VAC電源，合上電源開關(guān)SW，即可開始工作，此時可根據(jù)磁攪拌焊接工藝要求，選擇不同參數(shù)。
權(quán)利要求1.一種電焊機(jī)磁攪拌裝置，它是由主電路、一次逆變控制電路、二次逆變控制電路三部分組成，其特征是，一次逆變控制電路的穩(wěn)壓電源和二次逆變控制電路的穩(wěn)壓電源與主電路相連，一次逆變控制電路中的PWM控制電路通過一次驅(qū)動電路與主電路中的一次全橋逆變器相連，二次逆變控制電路中的方波發(fā)生器通過二次驅(qū)動電路與主電路的二次全橋逆變器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電焊機(jī)磁攪拌裝置，其特征是主電路中市電220VVAC經(jīng)合閘和軟啟動控制電路、輸入整流濾波后變?yōu)楦邏浩交绷麟姡?jīng)一次全橋逆變?yōu)楦哳l交流電，防偏磁電路使加到變壓器TR1初級上的電流為純交流，經(jīng)TR1降壓，輸出整流濾波后，變?yōu)榈蛪浩交绷麟?，?jīng)二次全橋逆變?yōu)榈皖l方波交流電，二次全橋逆變電路的輸出接負(fù)載。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種電焊機(jī)磁攪拌裝置，其特征是PWM控制電路由集成控制器2IC1(SG3525)、振蕩電阻2R18、振蕩電容2C11軟啟動電路(2R4、2C10)、死區(qū)控制元件(2R11、2R12、2T3)組成，該電路的功能是產(chǎn)生兩路互補(bǔ)(相位相差180度)的PWM脈沖信號(OUT11和OUT14)并在9腳信號電平的控制下，調(diào)節(jié)或穩(wěn)定脈沖寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電焊機(jī)磁攪拌裝置，其特征是二次逆變控制電路包括方波發(fā)生器、隔離和驅(qū)動電路、頻率顯示、穩(wěn)壓電源。其中方波發(fā)生器由集成電路IC1(NE555)、比較器IC2A(LM339)、反相器IC3(4069)及外圍阻容元件組成，該電路的功能是產(chǎn)生二次逆變所需要的低頻方波信號，調(diào)節(jié)W1可調(diào)節(jié)方波頻率，調(diào)節(jié)W2可改變占空比大小。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種電焊機(jī)磁攪拌裝置，其主要技術(shù)特征是一次逆變控制電路的穩(wěn)壓電源和二次逆變控制電路的穩(wěn)壓電源與主電路相連，一次逆變控制電路中的PWM控制電路通過一次驅(qū)動電路與主電路中的一次全橋逆變器相連，二次逆變控制電路中的方波發(fā)生器通過二次驅(qū)動電路與主電路的二次全橋逆變器相連。其優(yōu)點(diǎn)是高效節(jié)能，功率因數(shù)高，空載損耗小，具有良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能，電流波形為方波，機(jī)內(nèi)設(shè)有合閘軟啟動控制、過壓保護(hù)、過流保護(hù)、變壓器防偏磁保護(hù)，一旦出現(xiàn)異常情況，將自動停止輸出，待異常情況消失后，自動恢復(fù)工作；本機(jī)可滿足各種氣體保護(hù)焊和埋弧焊磁攪拌焊接工藝要求，體積小，重量輕，攜帶方便。
文檔編號B23K9/09GK2698508SQ20042003139
公開日2005年5月11日 申請日期2004年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月29日
發(fā)明者常云龍, 程韜波 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)