專利名稱：直流脈沖鎢極氬弧焊-等離子弧焊機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種直流脈沖鎢極氬弧焊－等離子弧焊機(jī)，它屬于焊接設(shè)備領(lǐng)域。
在現(xiàn)在的工業(yè)生產(chǎn)中完成焊接生產(chǎn)的主要設(shè)備是電焊機(jī)，而電焊機(jī)的絕大部分為電弧焊機(jī)，電弧焊機(jī)又分為交流弧焊機(jī)和直流弧焊機(jī)兩種，交流弧焊機(jī)工藝性能不好、效率低；發(fā)電機(jī)式直流焊機(jī)由于浪費(fèi)原材料、效率低已被限制使用；整流式弧焊機(jī)又分為磁放大器式和可控硅整流式兩種磁放大器式焊機(jī)也同樣存在材料浪費(fèi)和效率低的缺點，且動特性、工藝特性也較差；可控硅焊機(jī)也存在著使用原材料較多、電能利用率不高的問題，被國家列為高能耗產(chǎn)品，且其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝亦復(fù)雜。
本實用新型的目的就是要提供一種一機(jī)多用、節(jié)省原材料、效率高、低能耗，具有先進(jìn)的控制方式的直流脈沖鎢極氬弧焊－等離子弧焊機(jī)。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的它是由殼體部分、變壓器部分、平衡電抗器部分、中板部分、阻容元件部分、等離子弧發(fā)生器(焊槍)和焊機(jī)主回路、焊機(jī)反饋控制電路、同步及觸發(fā)電路與等離子焊非轉(zhuǎn)移弧電路組成。殼體部分是由高頻感應(yīng)線圈1、腳輪2、機(jī)架3、控制線路板10、側(cè)機(jī)殼11、控制板蓋12、后機(jī)殼22、機(jī)殼上蓋31、前機(jī)殼32、吊環(huán)29和調(diào)節(jié)旋紐、輸入輸出端子等組成機(jī)架3、側(cè)機(jī)殼11、前機(jī)殼32、后機(jī)殼22和機(jī)殼上蓋31剛性連成整體，殼體頂端安有兩個吊環(huán)29，四支腳輪2位于機(jī)架3下部，控制板蓋12與前機(jī)殼32合為一體，上面裝有調(diào)節(jié)旋紐，下部設(shè)輸出輸入端子。變壓器部分是由三相主變壓器26、整流可控硅組23和可控硅保護(hù)電路板24組成主變壓器由螺栓直接固定在機(jī)架3后部兩側(cè)橫梁上，其上部裝有整流可控硅組23和可控硅保護(hù)電路24。平衡電抗器部分是由平衡電抗器38和限流電阻支架37組成，它們平行安裝在機(jī)架3的前部。中板部分是由冷卻風(fēng)扇30、控制變壓器18、高頻變壓器20、高壓電容器33、放電火花發(fā)生器34等組成在一塊基礎(chǔ)板中部位置裝冷卻風(fēng)扇30，后部裝控制變壓器18和高頻變壓器10，前部裝高壓電容器33和火花發(fā)生器34。阻容元件部分包括阻容元件板35、接入三相動力電源的交流接觸器、中間繼電器、熔斷器、分流器及主回路高壓部分的阻容元件和高頻引弧電路的阻容器件、過壓保護(hù)元件等；等離子弧發(fā)生器(焊槍)是由絕緣套40、釷(鈰)鎢電極41、電極夾頭42、鎖緊螺母43、套筒44、壓緊螺帽45、上槍體46、聯(lián)結(jié)頭47、聯(lián)結(jié)螺帽48、絕緣定位體49、下槍體50、保護(hù)罩51、噴嘴壓帽52和噴嘴53組成。等離子弧發(fā)生器(焊槍)放置在焊槍位置調(diào)整機(jī)架上，即等離子焊機(jī)機(jī)架。
等離子焊機(jī)機(jī)架是由底坐54、立柱55、鎖緊手把56、升降手輪57、齒條58、滑板59、橫向手輪60、焊槍61、固緊手把62、升降套63、齒條64、懸臂65、固緊螺絲66、縱向手輪67和燕尾板68組成。等離子焊非轉(zhuǎn)移弧電路附加在鎢極氬弧焊機(jī)主回路上。將電流調(diào)節(jié)器做成一個遠(yuǎn)控盒。變壓器部分、平衡電抗器部分和中板部分零件由連接線相接，并用螺栓緊固。
本實用新型的優(yōu)點1、節(jié)省了原材料去掉了傳統(tǒng)焊機(jī)三大件中的輸出電抗器(輸出電感)和三相同步變壓器，使一臺可控硅焊機(jī)的銅材與電工鋼的使用量減少20％。
2、去掉了輸出電抗器后主回路中的電感量明顯減小，輸出電壓的分配趨于合理，整流器輸出的直流功率得到了充分利用。
3、簡化結(jié)構(gòu)后每臺焊機(jī)的機(jī)械加工可減少20％，裝配工藝簡化25％左右，可有效地提高生產(chǎn)率、降低設(shè)備、能源消耗。
4、提高了焊機(jī)性能由于去除了電磁慣性大的輸出電抗器使主回路電感小、整機(jī)和控制慣性較小、補(bǔ)償反應(yīng)較快、自調(diào)整性能好，在脈沖輸出時頻率高端脈沖波形趨快，效果明顯；在焊機(jī)因負(fù)載突變或外界干擾而引起輸出電流偏離給定值時可以快速、準(zhǔn)確進(jìn)行修正，使整機(jī)的輸出十分穩(wěn)定，脈沖輸出時，頻率在8Hz左右時脈沖的峰值、基值電流差仍可保持50安培以上，脈沖效果明顯。
5、去掉了同步變壓器后直接從三相交流側(cè)取主回路信號，并且僅取換相點瞬時的信號做同步信號，因而與電網(wǎng)電壓或變壓器輸出電壓的波形無關(guān)，當(dāng)電網(wǎng)電壓或變壓器上電壓發(fā)生變形或出現(xiàn)缺口波形時焊機(jī)的輸出電流仍保持穩(wěn)定。
6、由于不存在輸出電感，無濾波效果，輸出電流帶有明顯的300Hz諧波脈動對于鎢極氬弧焊或等離子弧焊等非熔化電極焊接，這種300Hz的脈動使電弧的剛性增加，具有高的電弧挺度，能夠減小直流電弧的偏吹現(xiàn)象，并能使焊接時的溶池產(chǎn)生攪動作用，提高熔透性和焊接成形。
7、實現(xiàn)了焊機(jī)的計算機(jī)控制。設(shè)計有計算機(jī)控制接口、輸入輸出電平，使焊機(jī)除了可以人工控制操作外，還可以由計算機(jī)系統(tǒng)控制操作，利于組成自動化生產(chǎn)線。
8、具有兩用功能由于設(shè)計了在鎢極氬弧焊機(jī)上附加非轉(zhuǎn)移弧裝置，可使用同一臺焊機(jī)進(jìn)行兩種焊接工作，提高了設(shè)備利用率。
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步闡述


圖1是本實用新型示意圖。6是電流表，9是計算機(jī)控制口，10是控制線路板，16是功能開關(guān)，19是保險管。
圖2是本實用新型左側(cè)視圖。17是氣體入口，20是高頻變壓器，23是可控硅組。
圖3是本實用新型右側(cè)視圖。1是高頻線圈，4是輪軸，5是入水管。
圖4是機(jī)架3上主要部件配置圖。
圖5是中板的配置平面圖。
圖6是旋紐安裝位置圖。
圖7是鎢極氬弧焊接線圖。69是焊矩，70是焊矩開關(guān)，71是焊矩開關(guān)接口，72是進(jìn)水接口，73是手把線，74是氣體輸出，75是輸出接線端，76是輸出接線端，77是輸出電纜，78是工件，79是供水管，80是電源開關(guān)，81是輸入電纜，82是氣瓶，83是氣體流量計，84是輸氣管，85是氣體輸入，86是冷卻水進(jìn)水，87是遙控盒接線口，88是搖控合，89是接地線。
圖8是直流脈沖鎢極氬弧焊機(jī)與等離子發(fā)生器聯(lián)接圖。
圖9是等離子發(fā)生器(焊槍)結(jié)構(gòu)圖。40是絕緣套，41是釷(鈰)鎢電，42是電極夾頭，43是鎖緊螺母，44是套筒，45是壓緊螺帽，46是上槍體，47是聯(lián)結(jié)頭，48是聯(lián)結(jié)螺帽，49是絕緣定位體，50是下槍體，51是保護(hù)罩，52是噴嘴壓帽，53是噴嘴。
圖10是等離子焊機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)示意圖。54是底坐，55是立柱，56是鎖緊手把，57是升降手輪，58是齒條，59是滑板，60是橫向手輪，61是焊槍，62是固緊手把，63是升降套，64是齒條，65是懸臂，66是固緊螺絲，67是縱向手輪，68是燕尾板。
圖11是新設(shè)計的主回路與傳統(tǒng)的主回路的比較圖。
圖12中虛線框V是主回路電路圖，Ⅰ和Ⅲ是反饋控制電路，Ⅱ是在主變壓器的輸出電壓中通過電路進(jìn)行鑒別找換相點圖，Ⅳ是觸發(fā)電路圖。
圖13是振蕩電流圖。
圖14是離子氣通斷控制開關(guān)和延時電路圖。
參照
圖1、2、3，直流鎢極氬弧焊－等離子弧焊機(jī)的外殼采用無框架結(jié)構(gòu)，由機(jī)架3底座和冷軋鋼板軋制的四壁11、2、32、12及上蓋31剛性連結(jié)為一體，組成主要承力結(jié)構(gòu)；由四支掛膠的鑄鐵腳輪2做下部支撐。殼體上面安有兩只吊環(huán)29以備吊裝運(yùn)輸用，重量較大的主變壓器26和平衡電抗器38由螺栓直接固定在機(jī)架3的兩側(cè)橫梁上。由于三相主變壓器26比平衡電抗器38重，所以將三相主變壓器26安裝在機(jī)架3的后部而將平衡電抗器38和阻容元件板35平行安裝在機(jī)架3的前部，平衡電抗器在前左側(cè)，阻容元件板在前右側(cè)。由于阻容元件板上裝有允許更換的熔斷器，把該板安裝在易于檢查的右前部是合理的。機(jī)架3上主要部件配置如圖2所示。三相主變壓器26的上部安裝有整流元件板，六只可控硅整流元件為螺栓式，分別三只一組固定在兩塊面積為310×120mm厚度為3mm的LF6材質(zhì)的鋁制散熱板上，為了得到好的散熱效果，兩塊散熱板位置較高，距冷卻風(fēng)扇較近，冷卻氣流由散熱板的上方流向主變壓器。在散熱板的下側(cè)安裝有兩塊面積較小的保護(hù)電路板24，由于要求可控硅的保護(hù)元件盡量靠近被保護(hù)元件，所以將其安裝在散熱板的下部而不安裝在阻容元件板35上。
在平衡電抗器37的上部安裝有限流電阻的電阻支架37，這兩只電阻的功率較大為120W×2因而要求有好的散熱條件，所以將其安裝在平衡電抗器38上部靠近冷卻風(fēng)扇的位置。阻容元件板35安裝在平衡電抗器38右側(cè)與平衡電抗器固定在同一夾件上，阻容元件板35上的元件大多是直接承受380V電源電壓的器件或承受引弧高頻高壓的元件，應(yīng)與機(jī)殼絕緣，所以將這些元件集中安裝在一塊高強(qiáng)度的酚醛玻璃絲層壓板上，機(jī)上其它部位再無高壓元件。
中板部分通過一塊厚度1.5mm的冷軋鋼板為基板固定在機(jī)殼的中上部。在基板上安裝有冷卻風(fēng)扇30；控制變壓器18和高頻變壓器20安裝在中板后部，其前部安裝有高壓電容器33和火花發(fā)生器34。中板的配置平面如圖5所示。
所有與操作使用有直接關(guān)系的部件都安裝在機(jī)殼的外側(cè)，以方便使用焊機(jī)時作連結(jié)和調(diào)節(jié)焊機(jī)工作參數(shù)。焊機(jī)的控制線路板安裝在控制板蓋12下部的內(nèi)側(cè)。由印刷板架36和控制板蓋以及前機(jī)殼32的兩側(cè)拆邊形成了一個封閉的空間，印刷電路板放在其中以控制導(dǎo)線與其它部分相連。這樣既起到了防塵作用又能夠有效地屏蔽各種電磁干擾對印刷電路的影響。冷卻水和保護(hù)氣體的入口都在機(jī)殼后面的上部外側(cè)；其它使用時需聯(lián)接的接頭安置在機(jī)殼前面的下部外側(cè)；用以調(diào)節(jié)焊接參數(shù)的各個開關(guān)和旋扭21安置在前面上部的外側(cè)，如圖6所示上部第一排五只開關(guān)的作用由左至右依次為 1、檢氣開關(guān)用來在焊接開始前檢查氣體的流量大小。2、脈沖功能開關(guān)用來選擇焊機(jī)的電流輸出為脈沖或恒流。3、衰減有無開關(guān)用來選擇焊機(jī)的輸出電流有無上升下降斜率。4、冷卻選擇開關(guān)用來選擇采用水冷或自冷的方式冷卻焊矩。5、電源開關(guān)用來通接或切斷焊機(jī)的主電源。第二排為兩只保險管和三只指示燈，由左至右依次為1、控制回路保險；2、保護(hù)氣體通斷指示燈；3、水冷報警指示燈當(dāng)由上排冷卻選擇開關(guān)選擇為水冷條件下，當(dāng)水冷系統(tǒng)的水壓小于1.5Kg／cm的壓力時，焊機(jī)自動切斷電流時，該指示燈亮。4、電源指示燈。5、高頻引弧電路低壓部分保險絲。第三排為兩只旋扭，左邊為電流上升時間調(diào)節(jié)扭，用于調(diào)節(jié)在有上升下降斜率時的電流引弧后上升到工作電流的持續(xù)時間。右邊一個為電流下降時間調(diào)節(jié)扭，用來調(diào)節(jié)電流由工作衰減到熄弧的時間。當(dāng)?shù)谝慌诺谌婚_關(guān)置于無衰減位置時，以上這兩只旋扭不起作用。第四排為一個插孔和一只旋扭，左側(cè)插孔為外來控制信號的接口，當(dāng)焊接做為計算機(jī)或其它控制系統(tǒng)來控制時。輸入信號和焊機(jī)的電流反饋信號都由此孔相聯(lián)。右邊的旋扭是氣滯時間調(diào)節(jié)扭，用來調(diào)整焊接電弧熄滅后保護(hù)氣體的維持時間。第五排兩只旋扭中左邊一個為脈沖基值時間調(diào)節(jié)，當(dāng)焊機(jī)輸出脈沖電流時用來調(diào)節(jié)脈沖的低值時間。右邊的旋扭為脈沖峰值時間調(diào)節(jié)扭，豈焊機(jī)輸出脈沖電流時用來調(diào)節(jié)脈沖峰值的持續(xù)時間。通過這兩個旋扭可以調(diào)節(jié)脈沖焊的脈沖周期和頻率。當(dāng)焊機(jī)進(jìn)行恒流輸出焊接時，以上兩旋扭不起作用。此外，前面板上還有一只電流表6用來指示工作時的實際輸出電流；并有一個高頻視孔8用來供操作者引弧時觀察高頻發(fā)生器的工作情況。為了使調(diào)節(jié)更加直觀，在前面板上還印有焊接過程的示意波形和脈沖指示燈。
在前面的中下部是一個可以打開的控制板蓋12，用四個螺釘7與外殼前面聯(lián)結(jié)，將該板取下就可以看到控制電路印刷板，便于對焊機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整和校正。
機(jī)殼前面的下部，安裝在機(jī)架的前擋板上的是各個輸出及控制端子；13是控制開關(guān)的接口，與焊矩的上開關(guān)相連接，以控制焊接工作的開始和停止。25是進(jìn)行等離子弧焊時的離子氣輸出端，在鎢極氬弧焊是不用。15是焊機(jī)電流遠(yuǎn)控調(diào)節(jié)盒接口。焊機(jī)工作時在操作者手邊的電流遠(yuǎn)控盒由此接入焊機(jī)。27為保護(hù)氣體出口。14是焊接電流負(fù)極輸出端子，是一個水電一體接頭，用M16×1.5螺紋與焊矩的水冷導(dǎo)線相連。28是焊接電流板輸出端子，為一扁平接頭，用導(dǎo)線的接地鉗與工件接觸。39是一扁平端子，是等離子弧焊對小弧的接線端子。
焊機(jī)的外殼四壁與機(jī)架，上蓋與四壁，均用多個M8mm螺栓聯(lián)結(jié)，對焊機(jī)的電氣部件進(jìn)行機(jī)械保護(hù)和是磁屏蔽的同時，組成焊機(jī)重量和運(yùn)輸過程的主承力結(jié)構(gòu)，它的鋼性很好，在一般受力狀態(tài)下不會變形。左右兩側(cè)板和上蓋的前面都有保護(hù)性凸出面，用以保護(hù)前面板上的各個旋扭及端子不會因振動或一般碰撞而損壞，做為主要支撐的四個腳輪2外側(cè)邊緣均掛有硫化橡膠，可使焊機(jī)與大地絕緣，并在移動焊機(jī)時減小振動。
本實用新型可用于等離子弧焊。當(dāng)用于等離子焊接時，具有鎢極氬弧焊時的全部功能，這時需將等離子發(fā)生器(焊槍)的離子氣接頭接在焊機(jī)的左邊氣接頭，保護(hù)氣仍不變；將焊槍的下槍體引出線接在焊機(jī)的小弧輸出端(下部扁平端子)，即可以進(jìn)行等離子焊接，焊機(jī)其它操作步驟同鎢極氬弧焊，聯(lián)接見圖8。等離子發(fā)生器(焊槍)結(jié)構(gòu)示意見圖9。使用時等離子發(fā)生器(焊槍)裝在等離子焊機(jī)機(jī)架上，等離子焊機(jī)機(jī)架的具體結(jié)構(gòu)見
圖10。
焊機(jī)的主回路為了節(jié)約原材料，簡化焊機(jī)結(jié)構(gòu)，并提高焊機(jī)的效率，采用了與傳統(tǒng)設(shè)計不同的主回路，去掉了消耗原材料較多的輸出電抗器(輸出電感)。
圖11是新設(shè)計電路與傳統(tǒng)電路的比較，a為新設(shè)計，b為傳統(tǒng)電路。
圖11－b三相電源經(jīng)主變壓器B1降壓后接雙反星形，帶平衡電抗器PK的六相半波整流回路。平衡電抗器PK的主要作用是承擔(dān)正、反兩組三相整流回路的電壓差使兩組可控硅工作互不影響，并使不同組的兩只可控硅同時導(dǎo)通，提高整流效率并減小輸出的波紋度。輸出電流I2由PK的中心抽頭引出后作為輸出電流，相應(yīng)的輸出電壓為V0。傳統(tǒng)的主回路中I2還要流過輸出電感DK進(jìn)一步濾波后才能流經(jīng)負(fù)載電弧Rf。這里輸出電感DK的作用主要有兩條，一是進(jìn)一步濾波。更重要的一條是利用DK的電感量較大的性質(zhì)來改善焊機(jī)的動特性。即為了使焊機(jī)的負(fù)載突變時引起的電流突變在電感上得到緩解。減小di／dt，以避免因控制特性不好而引起的失控或振蕩現(xiàn)象，在這種電路中，輸出電壓U0的一部分要降在DK上面，因而DK要消耗一部分能量，負(fù)載電壓R2和整流輸出電壓U0是不同的。在
圖11－a中，所示的電路原理與b相同，但結(jié)構(gòu)上去掉了輸出電抗器DK，這樣由PK輸出的電壓U0即是負(fù)載電壓，避免了DK上的電能損失。輸出電流的波紋由于無DK的濾波而大一些，但是對于手工弧焊鎢氬弧焊和等離子弧焊，輸出電流波紋度的影響并不重要，并且由于帶平衡電抗器的反星形整流回路的電流輸出已經(jīng)最大限度的減小了電流的脈沖，所以DK的濾波作用并不重要。相反，由于輸出電流中有著300Hz的波紋電流脈動，在鎢極氬弧焊和等離子弧焊中可以使電弧的挺度增加，穩(wěn)定性更好，并減小電弧偏吹的現(xiàn)象，實際用于生產(chǎn)時提高了工藝性能。對于去掉DK后焊機(jī)的特性由于主回路電感減小而受到的影響，我們將采用提高控制電路控制能力的方法來解決，主回路具體電路如
圖12中虛線框V所示。
焊機(jī)的反饋控制電路為了解決主回路中去掉輸出電感DK而引起的焊機(jī)的動特性下降和使焊機(jī)具有焊接過程的程序控制功能，設(shè)計了反饋控制電路，在電路中，采用集成電路一晶體管結(jié)構(gòu)。電路的具體結(jié)構(gòu)如
圖12中虛線框Ⅰ和Ⅲ所示。為了解決提高焊機(jī)的動特性和控制能力的問題，首先設(shè)計了高精度的反饋電路，虛線框Ⅰ；由四只運(yùn)算放大器組成電流反饋放大電路，從而可以有效地排除干擾，不失真地反饋主回路的輸出狀態(tài)，反饋信號經(jīng)Q1放大電流后與來自A2－1的給定信號在放大器A3中進(jìn)行比較運(yùn)算，經(jīng)反饋放大后加到觸發(fā)電路，由于電流反饋電路和給定電路都采用了高精度，高動狀品質(zhì)的運(yùn)算放大器，因而使控制電路能夠真實，迅速地反映焊機(jī)的輸出參數(shù)，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號保持輸出參數(shù)的進(jìn)一步穩(wěn)定。虛線框Ⅲ中由集成電路4053的1／3與Q8組成電流斜率發(fā)生電路；由集成電路555與4053的另外1／3及Q13晶體管組成脈沖電流發(fā)生電路；由運(yùn)算放大器A2－2、A2－3、A2－4組成焊接過程中水、電、氣程序控制電路。
在控制電路中設(shè)計了微機(jī)或其它控制系統(tǒng)的輸入控制接口CN1在
圖12中分散畫出。
計算機(jī)或其它控制系統(tǒng)的D／A信號由CN1的1點輸出電焊機(jī)的控制系統(tǒng)Du在給定輸入即A2－1的輸入端，焊機(jī)的電流反饋信號由CN1的2點輸入控制系統(tǒng)，由A／D取回計算機(jī)，公共點即電路的地線由CN1的3點與控制電路板的地相連。這樣，當(dāng)開關(guān)CK撥向下方時，電焊機(jī)的控制權(quán)即由操作人員轉(zhuǎn)到計算機(jī)控制系統(tǒng)，而當(dāng)CK撥到上方時，焊機(jī)仍由焊工自己控制。焊機(jī)的控制電壓設(shè)計為0－－10V。電流反饋信號輸出為0－－5V，可與任何計算機(jī)控制系統(tǒng)相聯(lián)結(jié)。
同步及觸發(fā)電路設(shè)計的新的三相同步電路及觸發(fā)電路主要解決傳統(tǒng)設(shè)計中的兩個應(yīng)改善的問題1、失掉了傳統(tǒng)設(shè)計中的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的三相(或六相)同步變壓器，2、改善了由于在主回路中去掉輸出電感后雙組可控硅輸出波幅不對稱時對焊機(jī)動特性的影響。
六相半波整流回路的同步原理簡單說明如下主變壓器B1輸出的三相電壓如圖，可控整流就是要求每一相的可控硅在其承受正向電壓的時間范圍內(nèi)導(dǎo)通，但如何判斷一只可控硅是否承受了本相的正向電壓呢？這就是同步電路要解決的。每一只可控硅只能在本相的電壓與前一相電壓主換相之后才承受正向電壓，才有可能導(dǎo)通。換相點t2的位置在每相電壓過零后的30度處，每相可控硅的觸發(fā)信號只能出現(xiàn)在本相與前相換相后和與后一相換相之前的120°的范圍內(nèi)。
觸發(fā)信號在這一范圍的不同時刻給出，輸出電流的大小就不同。因此，只有可以準(zhǔn)確地找到各相的換相點t2、e4、t6和t1、t3、t5點就可以解決觸發(fā)信號和電路中電壓的同步問題，就可以正確地給正、反相可控硅的觸發(fā)范圍。找主回路的電壓換相點一般有兩種方法，一點傳統(tǒng)的同步變壓器法由于電路電壓的換相點2比過零點ta滯后30°的電角度，而三相交流電的線電壓VA、VB、VC與相電壓Va、Vb、Vc也相差30°電角度。這樣，當(dāng)主回路中主變壓器采用△／Y·λ接法時，只要采用一只功率較小的接法為Y／Y·λ的三相變壓器就可以得到六相比主變壓器副邊電壓滯后30°的同步電壓。同步電壓過零的時刻，正好是主回路電壓的換相點。這樣方法是目前幾乎所有帶平衡電抗器的雙反星形整流回路焊都在應(yīng)用的方法。
找到三相(六相)回種中換相點的另一方法是直接鑒別法，即去掉結(jié)構(gòu)繁雜的三相同步變壓器，在主變壓器的輸出電壓中通過電路進(jìn)行鑒別，找到換相點。具體電路如
圖12中虛線框Ⅱ所示，原理如下，三個運(yùn)算放大器A4－1、A4－2、A4－3接成電壓比較器方式，該電路的特點是當(dāng)各放大器的同相輸入端和反相輸入端的電壓交變時，其輸出電壓產(chǎn)生突變，當(dāng)三個放大器輸出端分別接到變壓器B1的一組三相電壓時，在每一個換相點也即輸入電壓的交變點時，該放大器的輸出電壓就有有一個正負(fù)交換的突變。電壓反相。A4－1、A4－2、A4－3及A4－4、A5－1、A5－2兩組輸出經(jīng)由C60－62和R96－98以及C63－65、R99－101組成的兩組六個微分電路，f、g的尖脈沖電壓，這兩組脈沖的出現(xiàn)時間就正好是三相電壓的正、負(fù)兩組換相點，也即是六相半波整流回路的同步信號。f、g所示的同步電壓僅為一瞬間的窄脈沖，僅與主回路中的換相瞬間有關(guān)而與電壓的波形無關(guān)，即使在電壓波形受干擾而畸變較大的情況下，也能可靠地產(chǎn)生同步信號，所以這種同步電路的抗干擾性能是很強(qiáng)的。
本實用新型設(shè)計中，采用一種新型的觸發(fā)電路元件，程控二極管－RUT。并設(shè)計了新型的觸發(fā)電路，如
圖12中虛線框Ⅳ所示，同步信號由16、17兩點加入，控制電壓D15、D16陰極加入，在同步信號的引導(dǎo)下，每一個換相點Q5、Q6導(dǎo)通。由控制電壓和經(jīng)R631、R632所加的電壓在Q5、Q6的配合下在C28、C29上形成線性很好的鋸齒波電壓，如
圖13－b所示，僅以上邊一種為例
圖13－a為同步信號，RUT為程控二極管，RUT的程控端G的電壓由平衡電路給定。RUT的導(dǎo)通特點是當(dāng)其K端的電壓U高于G端的電壓V時瞬時導(dǎo)通，而當(dāng)VK低于VG時RUT關(guān)斷。由
圖12可以看出，VK與C28上的鋸齒波電壓僅差D15的壓降，也即是C28上的電壓達(dá)到VG時，VK也已達(dá)到一VG，當(dāng)C28上電壓繼續(xù)上升時，RUT的VK＞VG，即導(dǎo)通，同時由于C30的作用，R631和C30形成的振蕩電流流過RUT加到Q3的基極，如
圖13－c所示，這時在脈沖變壓器上就得到了一組細(xì)脈沖組成的觸發(fā)信號，
圖13－d所示。因此C28上電壓達(dá)到V的時刻，即RUT導(dǎo)通的時刻，就是可控的觸發(fā)時刻。而C28上的鋸齒波電壓的斜邊斜率是由控制電壓的高低決定的，這樣就達(dá)到了調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通時間從而調(diào)節(jié)電流輸出的目的。鋸齒波由1變?yōu)?時，觸發(fā)信號提前給出，輸出電流增加，反之則減小。
由W10和其它元件組成平衡調(diào)整電路，它的作用是由于主回路中去掉了輸出電抗器，當(dāng)兩組可控硅輸出流不對稱時沒有輸出電感加以濾波修正，可能 引起電流波動或振蕩，如遇這樣情況，可在觸發(fā)電路中利用RUT管的可控特點，調(diào)節(jié)RUT1和RUT2的VG。從而調(diào)節(jié)兩組可控硅的觸發(fā)時間，使其輸出電流的幅度對稱，解決去掉電抗后電流不對稱時無法修正的問題。使新設(shè)計更加合理。
等離子弧焊非轉(zhuǎn)移弧電路附加在鎢極氬弧焊機(jī)主回路上等離子弧焊是一種利用等離子流電弧的熱壓縮作用和機(jī)械壓縮作用產(chǎn)生的高溫來焊接金屬的焊接方法，具有焊接質(zhì)量好，精度高，速度快，便于自動化生產(chǎn)的優(yōu)點，一般一臺專用的等離子弧焊設(shè)備的價格相當(dāng)于2－－3臺普通焊機(jī)。本設(shè)計中利用鎢極氬弧焊的主回路附加部分電路，引出非轉(zhuǎn)移弧電路，實現(xiàn)了在鎢極氬弧焊機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行等離子弧焊的方法和設(shè)備，實際應(yīng)用效果良在進(jìn)行等離子焊接時，焊機(jī)的外特性和動特性的要求同鎢極氬弧焊相同，控制程序也是相同的，所不同之處在于由于等離子弧焊槍的特點需要增加一個非轉(zhuǎn)移弧(小弧)以保證焊接時的主電弧引燃，在主電弧引燃后又要及時將小弧切斷。并附加一套離子氣給定系統(tǒng)的保證形成等離子電弧，在控制電路增加了離子氣通斷控制開關(guān)，與保護(hù)氣共用啟動及延時電路。我們采用了如
圖14所示電路，在
圖12中之處于虛線框V的右部。圖中BCC是高頻引弧感應(yīng)線圈。我們采用主電弧與非轉(zhuǎn)移弧(小弧)共用一個電源的方法，通過附加開關(guān)和限流電阻引出小弧。當(dāng)電弧(主弧)引燃后自動切斷小弧。
圖14中，當(dāng)工作開關(guān)合上時，高頻引弧器首先引燃由CJP主RP上流過的電流引起的小弧，CP的作用是提供高頻通路，便于引弧。小弧引燃后由于電阻RP的作用，＋、－極間電壓近似的空載電壓，由QP和JP組成的電壓繼電器低吸合，以保證小弧的燃燒，當(dāng)主電弧引燃后，＋、－間的電壓由空載變?yōu)楣ぷ麟妷?，這時由于電壓降低Qp截止，Jp斷開，非轉(zhuǎn)移弧(小弧)被切斷，完成等離子弧焊的引弧過程。
操作時1、焊機(jī)輸出空載電壓，2、保護(hù)氣體接通，3、高頻振蕩器啟動產(chǎn)生引弧電流(單點劃線)4、電弧引燃、輸出焊接電流(實線表示電流)焊機(jī)的輸出電壓在電弧引燃時由空載電壓降為電弧電壓，5、電弧引燃并穩(wěn)定后切斷高頻振蕩器。6、進(jìn)入焊接過程。7、焊接過程完成，切斷焊接電流，電弧電壓。8、在進(jìn)行適當(dāng)時間的氣體滯后保護(hù)后切斷保護(hù)氣體。
由程序控制電路來完成上述過程時，按下焊矩開關(guān)K8完成產(chǎn)生空載電壓，(Q8的輸出電壓主加到A2－1上并使其輸出給定電壓，由于反饋信號為零所以A3輸出一個輸入的電壓使控制可控硅導(dǎo)通的觸發(fā)電路工作，觸發(fā)Kp組輸出空載電壓。)經(jīng)過A2－2和Q9的運(yùn)輸和接通CR1氣體繼電器，保護(hù)氣導(dǎo)通，適當(dāng)延時后通過Q10、Q11帶動CR2繼電器吸合，產(chǎn)生高頻振蕩并引燃電弧，電弧引燃后輸出電壓降為電弧電壓，Qp關(guān)斷，CR4、Jp繼電順釋放，切斷高頻及非轉(zhuǎn)移弧，焊接過程開始，當(dāng)焊接工作完成時，松開焊矩開關(guān)K8，給定電壓為零，控制電路使可控硅關(guān)斷；CR3關(guān)斷切斷維弧電流；電壓電流均為零。C15上的電壓經(jīng)由R94，VR3放電延時適當(dāng)時間后，使A2－2輸出下降；Q9關(guān)斷；CR1釋放切斷保護(hù)氣體。此時，一次焊接過程完畢。
焊機(jī)的控制電源由B2－2的副邊的電壓經(jīng)Zq整流后由C40、C38、C37濾波得到較平穩(wěn)的直流，由這一直流電壓帶動各個繼電器，并經(jīng)過兩塊集成穩(wěn)壓器7815，7915穩(wěn)壓后得到穩(wěn)定的直流正，負(fù)電壓輸出，為各集成電路和晶體管提供工作電壓。由于變壓器B2的容量較大，且集成穩(wěn)壓器工作穩(wěn)定，因此直流工作電壓不受網(wǎng)路電壓變化的影響，使控制回路工作可靠。
權(quán)利要求1.一種直流脈沖鎢極氬弧焊-等離子弧焊機(jī)，其特征在于它是由殼體部分、變壓器部分、平衡電抗器部分、中板部分、阻容元件部分、等離子弧發(fā)生器(焊槍)或焊機(jī)主回路、焊機(jī)反饋控制電路、同步及觸發(fā)電路與等離子焊非轉(zhuǎn)移弧電路組成(1)殼體部分是由高頻感應(yīng)線圈1、腳輪2、機(jī)架3、控制線路板10、側(cè)機(jī)殼11、控制板蓋12、后機(jī)殼22、機(jī)殼上蓋31、前機(jī)殼3、吊環(huán)29和調(diào)節(jié)旋紐、輸入輸出端子等組成機(jī)架3、側(cè)機(jī)殼11、前機(jī)殼32、后機(jī)殼22和機(jī)殼上蓋31剛性連成整體，機(jī)殼頂端安有吊環(huán)29，腳輪2位于機(jī)架3下部，控制板蓋12與前機(jī)殼32合為一體，上面裝有調(diào)節(jié)旋紐，下部設(shè)輸出輸入端子；(2)變壓器部分是由三相主變壓器26，整流可控硅組23和可控硅保護(hù)電路板24組成主變壓器由螺栓直接固定在機(jī)架3后部兩側(cè)橫梁上，其上部裝有整流可控硅組23和可控硅保護(hù)電路24；(3)平衡電抗器部分是由平衡電抗器38和限流電阻支架37組成，它們平行安裝在機(jī)架3的前部；(4)中板部分是由冷卻風(fēng)扇30、控制變壓器18、高頻變壓器20、高壓電容器33、放電火花發(fā)生器34等組成在一塊基礎(chǔ)板中部裝冷卻風(fēng)扇30，后部裝控制變壓器18和高頻變壓器20，前部裝高壓電容器33和火花發(fā)生器34；(5)阻容元件部分包括阻容元件板35、接入三相動力電源的交流接觸器、中間繼電器、熔斷器、分流器及主回路高壓部分的阻容元件和高頻引弧電路的阻容器件、過壓保護(hù)元件等；(6)等離子弧發(fā)生器(焊槍)是由絕緣套40、釷(鈰)鎢電極41、電極夾頭42、套筒44、上槍體46、下槍體50和噴嘴53組成；等離子弧發(fā)生器(焊槍)放置在焊槍位置調(diào)整機(jī)架上(等離子焊機(jī)機(jī)架)。
2.如權(quán)利要求1所述的直流脈沖鎢極氬弧焊－等離子弧焊機(jī)，其特征是等離子焊機(jī)機(jī)架是由底坐54、立柱55、鎖緊手把56、升降手輪57、齒條58、滑板59、橫向手輪60、焊槍61、固緊手把62、升降套63、齒條64、懸臂65、縱向手輪67和燕尾板68組成。
3.如權(quán)利要求1所述的直流脈沖鎢極氬弧焊－等離子弧焊機(jī)，其特征是變壓器部分、平衡電抗器部分和中板部分的零部件由連接線相接，并用緊固件固定。
4.如權(quán)利要求1所述的直流脈沖鎢極氬弧焊－等離子弧焊機(jī)，其特征是等離子焊非轉(zhuǎn)移弧電路附加在鎢極氬弧焊機(jī)主回路上。
5.如權(quán)利要求1－－4所述的直流脈沖鎢極氬弧焊－等離子弧焊機(jī)，其特征是電流調(diào)節(jié)器做成遠(yuǎn)控盒。
專利摘要本實用新型為直流脈沖鎢極氬弧焊-等離子弧焊機(jī)，是一種新的具有兩用功能的產(chǎn)品。其主要特征是設(shè)有殼體部分、平衡電抗器部分、中板部分、阻容元件部分、等離子弧發(fā)生器，還有反饋控制電路、同步及觸發(fā)電路和等離子焊非轉(zhuǎn)移弧電路。本實用新型工藝性好、節(jié)省原材料、電流輸出穩(wěn)定、控制靈敏、調(diào)節(jié)精度高，本產(chǎn)品配有微計算機(jī)控制接口，可接受微機(jī)的模擬控制信號、向微機(jī)反饋電流信號，實現(xiàn)計算機(jī)閉環(huán)控制。
文檔編號B23K9/16GK2060711SQ9020303
公開日1990年8月22日 申請日期1990年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月22日
發(fā)明者李少農(nóng), 徐慶鴻 申請人:哈爾濱微電腦焊接設(shè)備技術(shù)開發(fā)公司