專利名稱：熔化極直流電弧焊機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熔化極直流電弧焊機，特別涉及熔化極型式的逆變器控制直流電弧焊機。
一個逆變器控制直流電焊機被安排成由一個輸入整流器整流來自工業(yè)用電源的交流電，由一個半導(dǎo)體開關(guān)元件組成的逆變器將整流器直流輸出變換成高頻交流電，再由一個輸出變壓器適當(dāng)降低高頻交流電的電壓，并再將它整流以便獲得用于焊接的直流電源。這種類型的焊機有這種優(yōu)點設(shè)備可以做得尺寸小、重量輕，因為它無需笨重的輸入變壓器;輸出變壓器可以用一個提供高頻輸出的逆變器來縮小;以及焊機的輸出電壓可以通過用一個控制電壓來控制逆變器的開關(guān)工作而有效地穩(wěn)定，該控制電壓可以從焊機的輸出電壓和一個預(yù)定參考電壓之差產(chǎn)生。
熔化極類型的直流電弧焊如二氧化碳保護焊、電磁焊(MAG)及金屬焊條惰性氣體保護焊(MIG)，是通過將焊機提供的上述穩(wěn)定的直流電加到由連續(xù)饋送的電焊條和被焊接的基底材料形成的焊接負載上實現(xiàn)的。電焊條與基底材料接觸或與之短路、而后與基底材料分離以致在它們之間形成電弧。這種短接和分離工作是重復(fù)的。然而，如果在電焊條與基底材料短路時，供給焊接負載的電流過大時會發(fā)生不希望有的飛濺。為了避免這種飛濺，通常的作法是在電焊機的輸出邊安裝一個大的直流電抗器，它能防止負載電流的快速增長。但是使用這種大的直流電抗器有礙于減少焊機的尺寸和重量。
防止這種不希望有的飛濺的裝置已被包括那些在美國專利號5，306，894和美國專利5，272，314申請中的發(fā)明者在內(nèi)的人們所提出。根據(jù)美國專利5，306，894，由焊機的輸出端之間的電壓檢測上述的短路周期和電弧周期以及在短路周期將上述的參考電壓減少一個預(yù)定量由此防止了飛濺。至少在電弧周期的初始段用預(yù)定量來升高參考電壓，因而又防止了由上述參考電壓減少而可能產(chǎn)生的不足焊接。
根據(jù)美國專利5，272，314，反饋控制裝置用來檢測焊機的輸出電壓和預(yù)定參考電壓之差，并根據(jù)檢測到的電壓差來控制逆變器以維持焊機的平均輸出不變。同時，檢測焊機的直流輸出電流，并微分檢測到的電流信號。在檢測信號的微分型式是正的時期內(nèi)，或換句話說，在短路周期，參考電壓降低一個預(yù)定量，這樣在短路周期內(nèi)，其平均輸出電壓變得較低。
然而，在上述參考的美國專利的任一系統(tǒng)中，關(guān)于參考電壓的校正量總是固定的，不能跟隨焊機負載狀況的突然變化。更詳細地說，因為校正量對焊接中的突然變化不敏感，例如，由于操作工的不正常操縱引起的電焊條移動和被焊接部分的形狀變化，因此不希望有的飛濺還會發(fā)生。特別是美國專利5，306，894的系統(tǒng)有這樣一種問題，它不能對基底材料的厚度變化快速反應(yīng)，所以在焊薄板時容易引起燒穿和在焊厚板時容易引起不足焊接。
因此，本發(fā)明的一個目的是要提供一種改進的熔化極直流電弧焊機，它能對負載狀態(tài)的任何突然變化快速反應(yīng)，從而有效地防止飛濺也避免燒穿和足焊接。
一種熔化極直流電弧焊機包括一個用于整流輸入交流電的整流器;一個用于變換整流器輸出為高頻交流電的逆變器;一個適當(dāng)降低逆變器輸出電壓的輸出變壓器;一個用于整流輸出變壓器輸出的輸出整流器;以及用于根據(jù)輸出變壓器的輸出電壓和參考電壓之差來控制逆變器的反饋控制裝置。
根據(jù)本發(fā)明，焊機還包括用于檢測流過焊機負載的電流并提供一個相應(yīng)的檢測信號的裝置;一個用于微分檢測信號的微分電路;以及用于從參考電壓減去微分電路輸出電壓的校正裝置。
本發(fā)明的上述以及其他的特性和功能在下文結(jié)合它的最佳實施例參照附圖更詳細地加以說明。
在圖中

圖1表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的熔化極直流電弧焊機的電路原理圖。
圖2(a)-2(d)表示圖1所示實施例中電路各部分的信號波形。
圖3是一個表示最佳焊接狀態(tài)的焊接部位截面圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的熔化極直流電弧焊機的部分電路原理圖。
圖5是按照本發(fā)明的另一實施例的熔化極直流電弧焊機的電路原理圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的熔化極直流電弧焊機的電路原理圖。
圖7是表示圖6所示的設(shè)備中采用的絕對值放大器的電路方框圖。
在全部圖中，相應(yīng)的電路部件給予相同的參考標(biāo)號。
參照圖1，將例如從一個工業(yè)用200伏三相交流電源來的交流電加到輸入端1a、1b和1c，并由例如具有二極管橋路結(jié)構(gòu)的輸入整流器2整流，由濾波電容器3濾波，然后供給逆變器4，逆變器4可由半導(dǎo)體開關(guān)元件橋路，如大家熟知的晶體三極管橋路組成。為了實現(xiàn)在高頻狀態(tài)下開關(guān)以產(chǎn)生高頻交流電，逆變器4受到逆變控制電路5的控制。該高頻交流電由一個輸出變壓器6適當(dāng)降低電壓，并且，由一個例如具有二極管橋路結(jié)構(gòu)的輸出整流器7整流。整流輸出通過一個濾波和限流直流電抗器8送出，到達正的和負的輸出端9p和9n之間。正輸出端9p通過一根包覆絕緣的電纜10p連接到焊條11，該電焊條采用饋送裝置13連續(xù)不斷地從卷12送出。負輸出端9n通過一根包覆絕緣的電纜10n連接到將被焊接的基底材料14上。電焊條11和基底材料14形成一個在其間產(chǎn)生電弧的焊接負載15。
在焊接操作期間，輸出端9p和9n之間電壓V以及流過焊接負載15的電流I分別按圖2(a)和2(b)所示變化。在圖2中，Ta和Ts分別表示電弧周期和短路周期。
輸出變壓器6有一個第二繞組6a，繞組6a兩端的輸出電壓由一個輔助整流器16整流。整流器16的輸出為一個負的輔助信號Sv，它通過一個輸出電阻17加到一個具有非反相輸入端接地的運算放大器18的反相輸入端。一個反饋電阻9連接在運算放大器18的輸出端和反相輸入端之間。應(yīng)注意的是，為了校正焊機輸出電壓，盡管希望檢測輸出端9p和9n之間的電壓變化，但是短路期間的輸出電壓和電弧期間的輸出電壓兩者之間差異太大以致不能處理它成為對于要求的控制有用的形式。這就是為什么采用比輸出端之間輸出電壓有較小變化的第二繞組6a之間電壓的理由。
一個正的參考電壓Sr從參考電壓源21、比如電池通過電阻20送到運算放大器18的反相輸入端。
焊接負載電流I由一個電流檢測器22檢測，檢測器輸出通過由電阻23和電容24的串聯(lián)回路組成的微分器電路25微分。如圖2(c)所示，微分電路25的輸出Idif在短路周期起始后立即猛然上升，而后漸漸下降。在電弧周期的早先部分，輸出Idif猛然下降，而之后漸漸復(fù)原。微分輸出Idif由帶有反饋電阻27的運算放大器26處理，一個負的校正信號Sx產(chǎn)生在運算放大器26的輸出端。該負的校正信號Sx又通過一個電阻器28送到運算放大器18的反相輸入端，因此，在運算放大器18的反相輸入端的輸入信號Sei的值等于Sr-Sv-Sx，而相應(yīng)的輸出作為一個誤差信號Se送到逆變器控制電路5。逆變器控制電路5控制逆變器的輸出，此后，焊機輸出又消去了信號Se，從而穩(wěn)定了焊機的輸出。
在運算放大器18的反相輸入端的輸入信號Sei在短路周期起始后立即發(fā)生電平突降，而后漸漸復(fù)原，如圖2(d)所示。相應(yīng)地當(dāng)焊機輸出電流I的增長速率增加時，微分器輸出Idif變得較高而校正信號Sx的電平變得較低，由此引起輸入信號Sei的電平減小，其結(jié)果是焊機的輸出電壓和電流減少從而抑制飛濺的發(fā)生。此外，運算放大器18的反相輸入端的輸入信號Sei在電弧周期的早先部分上升，而在之后漸漸下降，如圖示。
另一方面，例如當(dāng)基底材料為厚板、輸出電流的減少速率大時，微分器輸出Idif變得較小，而校正信號Sx電平上升。在這種情況下，焊機的輸出電壓和電流增加，使得供給焊接負載的熱量增加，結(jié)果得到如圖3所示的一個寬而堅固的焊點29。反之，當(dāng)基底材料為薄板時，輸出電流減少小，而微分器輸出Idif也小。因此輸出電流被抑制、防止了基底材料的燒穿。
如圖4所示，一個電容器30可與反饋電阻器27并聯(lián)連接，這樣電容器30、反饋阻器27和運算放大器26組成一個積分器電路31。在這種情況下，微分電路25的輸出Idif的變化受積分電路31的抑制，因此，校正輸出信號Sx的變化也減小。從而，誤差信號Se的波動也相應(yīng)減小，這樣可以改善恒定電壓控制。當(dāng)在焊接期間電焊條11的熔化珠以噴射形式或點滴形式轉(zhuǎn)移到基底材料14上時，該積分器電路31尤其有用。
當(dāng)焊機輸出電流小時，電焊條11可能被熔接到基底材料14上，以致短路狀態(tài)被保持，而使焊機不能轉(zhuǎn)變成電弧狀態(tài)。
一個示于圖5的實施例解決了這個問題。這實施例是示于圖1實施例的一種改進型式。它與圖1實施例區(qū)別在于一個輸出電壓檢測器32連接在輸出端9p和9n之間，而檢測器輸出又通過一個短路檢測器33和一個電阻器34耦合到運算放大器18的反相輸入端。短路檢測器33根據(jù)電壓檢測器32的輸出檢測焊接負載的短路狀態(tài)，并且在一個短路周期的預(yù)定長度過去時產(chǎn)生一個正的短路釋放信號Sy。所以，在這個實施例中，一個電壓為Sr-Sv-Sx+Sy的信號加到運算放大器18的反相輸入端。因此，焊機輸出電流出現(xiàn)一個相應(yīng)于電壓Sy的增加，從而迫使電焊條11熔化而離開基底材料14，這樣，焊機快速脫離短路狀態(tài)。
不過，在上述實施例中，焊接電流校正的實現(xiàn)沒有考慮到焊接電焊條的直徑和性能及保護氣體的種類，在實際中，提供給焊接電流的校正量最好隨這些參數(shù)變化。此外，在上述實施例中，電弧工作期間提供給焊接電流的校正量是固定的，但是該校正量最好是可變的，從而使供給焊接負載的熱量也能調(diào)節(jié)。
在圖6所示的實施例中，對焊接電流提供一種可變的校正量，該實施例也是圖1所示實施例的一種改進型式。它與圖1所示實施例不同在于一個電阻器35和一個絕對值放大器36連接在運算放大器26的輸出和電阻器28之間。圖6的焊機與圖1不同之處還在于絕對值放大器36的輸入端與一個電平選擇開關(guān)37相連。開關(guān)37有分別由電阻器38a、38b和38c相連的固定觸點37a、37b和37c，這些電阻均接地以構(gòu)成分壓器，給微分電路25的輸出Idif提供一個所需的電平，這樣，校正信號Sx的電平總體上可與所用的電焊條的直徑和種類及所用的保護氣體相適應(yīng)。
圖7表示一個絕對值放大器的實例。如圖7所示，在絕對值放大器36中，來自微分電路25的微分輸出Idif的正極性部分由整流器電路40檢測，而不受極性相反的信號影響。整流器電路40的檢測輸出由具有固定增益的非反相放大器42放大。微分器輸出Idif的負極性部分由整流器電路44檢測，而不受極性相反的信號影響，并且整流器電路44的輸出由非反相放大器46放大。放大器46的增益可用增益調(diào)節(jié)器39調(diào)節(jié)。各個放大器42和46的輸出在組合器48中組合，其結(jié)果為校正信號Sx。因此，根據(jù)圖6所示的實施例，僅有微分輸出Idif的負極性部分能通過調(diào)節(jié)增益調(diào)節(jié)器的設(shè)定值來有選擇地變動。這就能調(diào)節(jié)電弧周期的校正信號Sx的電平，并且供給焊接負載的熱量也隨之得到調(diào)節(jié)。如果沒有特殊的要求，選擇器開關(guān)37可以省去。
上述的實施例僅為說明的目的給出，而本發(fā)明不限于以上這些。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，能在不脫離本發(fā)明所附權(quán)利要求限定的精神和范圍下對實施例進行各種改進和變更。
權(quán)利要求
1.一種熔化極直流電弧焊機，包括一個用于整流輸入交流電的輸入整流器；一個用于將上述輸入整流器的輸出變換成高頻交流電的逆變器；一個用于降低上述逆變器輸出電壓的輸出變壓器；一個用于整流上述變壓器的一個輸出電壓的輸出整流器，提供施加于一個焊接負載的直流輸出電壓；以及用于根據(jù)上述變壓器的輸出電壓與一個預(yù)定參考電壓之差控制上述逆變器的反饋控制裝置；其中上述焊機還包括檢測流過上述焊接負載的電流、提供一個檢測信號的裝置；一個用于微分上述檢測信號的微分電路；以及用于從上述參考電壓減去上述微分電路的輸出電壓的第一校正裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的熔化極直流電弧焊機，其中一個積分電路連接在上述微分電路和上述第一校正裝置之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的熔化極直流電弧焊機，其中，上述焊機還包括用于檢測上述焊接負載短路并在預(yù)定時間后提供一個短路釋放信號的裝置，以及用于將上述短路釋放信號與上述參考電壓相加的第二校正裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的熔化極直流電弧焊機，其中，多個分壓器和一個用于選擇上述分壓器的開關(guān)連接在上述微分電路的輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的熔化極直流電弧焊機，其中，一個用于調(diào)整上述微分電路輸出負電平的絕對值放大器連接在上述微分電路和上述第一校正裝置之間。
全文摘要
一種逆變器控制熔化極類型直流電弧焊機包括一個用于整流輸入交流電的輸入整流器，一個用于變換整流器的輸出為高頻交流電的逆變器，一個用于降低逆變器輸出電壓的輸出變壓器，以及一個用于整流變壓器輸出電壓的整流器，提供施加于焊接負載的直流輸出電壓，檢測流過焊接負載的電流產(chǎn)生檢測信號的裝置，一個用于微分檢測信號的微分電路，以及用于根據(jù)微分電路輸出電壓校正預(yù)定參考電壓的校正裝置。
文檔編號B23K9/073GK1105307SQ9411757
公開日1995年7月19日 申請日期1994年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月25日
發(fā)明者狩野國男, 森口晴雄, 藤吉敏一, 檀上謙三, 木下敦史 申請人:株式會社三社電機制作所