交流熔化極惰性氣體保護焊焊接電弧控制裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種熔化極惰性氣體保護焊焊接電弧控制方法，包括外特性控制電路、ＰＷＭ脈寬調制集成電路、主變換器驅動電路、主變換器電路、逆變器、電機驅動及測速部分、逆變器換相時刻控制、翻轉觸發器和逆變器驅動等幾個部分。本發明專利技術的控制系統可以提高交流ＭＩＧ焊接電弧的穩定性，在不提高電源空載電壓、不加穩弧高壓脈沖，不加穩弧劑的焊絲的情況下，用“雙凹形電流波形”進行交流ＭＩＧ焊接，達到穩定電弧、連續焊接并消除電弧磁偏吹的目的。（*該技術在2013年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種在交流熔化極惰性氣體保護焊中，對焊接電弧進行控制的方法，屬焊接設備及工藝
傳統的MIG焊(熔化極惰性氣體保護焊)所用的焊接電源都是直流焊接電源，接法為直流反接。直流MIG焊也和其它直流焊接方法一樣存在有電弧磁偏吹問題，這種現象的存在勢必會影響到焊接質量，如會出現電弧熄滅而造成焊接不連續，出現末焊透、末熔合等缺陷，深坡口打底焊時更為嚴重，無法實施焊接。采用弧長閉環控制的自動焊系統中，由于電弧偏吹使得弧壓不能代表弧長而造成系統誤動作，有時會造成系統進入短路引弧-斷弧的惡性循環中去。多年的研究成果積累了許多種克服磁偏吹危害的方法，如工件剩磁的去除，工件磁場的均勻化，接地點的變化和焊接方向的改變等(MetalConstruetion，July，1984)這些方法或者需要附加的設備，或者需要額外的工作，都給焊接工作者帶來不便，也不具有普遍適應性，如大型構件，復雜構件，現場安裝等工作都無法勝任。交流焊接方法是一種能徹底解決電弧磁偏吹問題的適應性很強的方法。傳統概念的用工頻正弦波作電源的交流焊接方法用在MIG焊時，需要使用在焊藥中加了穩弧劑的藥芯焊絲(WeldingResearchAbroad，No.8/9，1985)。也有人采用矩形波交流焊接電源進行光焊絲的MIG焊(神戶制鋼技報，VO1.39，No.4，1989)這種電源工作時會產生330-400伏的高壓于換相時刻加到電弧兩端以利于穩弧，這種高壓設備一方面費用大，另一方面對人體不安全。本專利技術的目的是研制一種交流MIG焊接電弧的控制方法，提高交流MIG焊接電弧的穩定性，在不提高電源空載電壓、不加穩弧高壓脈沖、也不使用加穩弧劑的焊絲的情況下，用“雙凹形電流波形”進行交流MIG焊接，達到穩定電弧，連續焊接并消除磁偏吹的目的。本專利技術的內容是熔化極惰性氣體保護焊焊接電弧控制方法，由以下各部分組成1、用于將來自電弧的焊接電流和焊接電壓信號與給定值相比較，以實現系統閉環控制的外特性控制電路，由電壓頻率轉換器VFC、二選一模擬電子開關SW1和SW2、反饋用運算放大器A1和A2、邏輯控制二極管D1和D2、信號合成運算放大器A3和A4、四選一模擬開關IC6以及光偶電路IC5組成。2、用于根據外特性控制電路給出的電壓值控制脈沖寬度的脈寬調制器PWM。3、用于將來自脈寬調制器的信號進行功率放大的主變換驅動電路，由兩極三極管BG2組成。4、用于將整流器輸出的較高直流電壓變成焊接用較低直流電壓的主變換器，由一組大功率三極管T1并聯而成，以開關方式工作。5、用于將直流電壓變成交流電壓的橋式逆變器，由四組大功率場效應管T2、T3、T4、T5并聯而成的橋臂管組組成。6、送絲電機的驅動及測速部分。7、用于將外特性控制電路中的壓頻轉換器VFC給出的信號，經光偶隔離觸發單穩態，單穩態輸出信號的下降沿控制逆變器換相的逆變器換相時刻控制部分，由單穩態電路IC1和單光偶隔離電路IC3組成。8、用于接收單穩態輸出的下降沿，使觸發器IC2的輸出端改變電位，再分解成二路信號的翻轉觸發器，由翻轉觸發器IC2及信號處理單元BG1組成。9、用于驅動橋式逆變器的驅動電路，由四路光偶隔離器IC4及四路推挽式放大電路組成。 附圖說明圖1是本專利技術的邏輯方框圖。圖2是本專利技術主電路原理圖。圖3是控制電路原理圖。圖4是由本專利技術的控制系統得出的控制波形圖。圖5是系統輸出外特性曲線。圖6是系統輸出的電流波形。下面結合附圖，詳細介紹本專利技術的內容。圖1中，1是外特性控制電路，2是PWM脈寬調制集成電路，3是主變換器驅動電路，4是主變換器電路，5是逆變器，6是送絲電機的驅動及測速部分，7是逆變器換相時刻控制，8是翻轉觸發器，9是逆變器驅動電路。交流焊接電流的輸出經歷了，如圖2的過程。變壓器輸出的正弦交流電壓經整流橋后變為直流電壓，再經開關電源(由一組大功率三極管T1、濾波電感L、電容C1和續流二極管D7組成)變換成幅度較低的直流電壓，最后經逆變器(由四組大功率場效應管T2、T3、T4、T5組成)變換成方波交流電壓，給焊絲進行焊接。用于交流MIG焊接的電流輸出需進行特別的控制。參見圖3，(圖3中，Ug1-Ug8為8個電壓給定值，G2-G5為逆變器四路驅動信號，I為電流信號，U為電壓信號，Vf為送絲速度信號，B為驅動信號)，電壓頻率轉換器VFC輸出脈沖信號，高低兩個電平通過開關SW1和SW2分別選通Ug1、Ug3和Ug2、Ug4，Ug1、Ug2經反饋用運算放大器A1與電流反饋信號I比較，控制電路Ib和Id，(參見圖5，圖5中，Ib為維弧電流，Ip為脈沖電流，Id為脈沖電流允許最大值，Ub為空載電壓，Up為脈沖電壓，1、2為兩個工作點。)。Ug3和Ug4經反饋用運算放大器A2與反饋電壓信號U比較控制電壓Ub和Up。此兩路信號經二極管D1、D2邏輯組合后，控制脈寬調制器PWM輸出，此信號的脈沖頻率固定為16KHZ，脈寬隨PWM輸入端電壓值而變，最后經兩級三極管BG2組成的功率放大電路驅動主開關管T1，從而實現輸出電壓、電流的閉環控制。壓頻轉換器VFC的輸出信號在控制SW1和SW2的同時，又通過單光偶隔離電路IC3作光電隔離(參見圖3和圖4)。IC3輸出信號恰與壓頻轉換器VFC的信號相反，IC3信號的下降沿去觸發單穩態電路IC1，此單穩態電路的輸出脈沖寬度為tps2＝tpr2，IC1信號的下降沿再去觸發翻轉觸發器IC2，IC2的輸出端Q經一級反向器BG1(圖3)，Q信號及反向后的信號經四路光偶隔離和四路推挽驅動電路，形成兩組柵極推動信號G2、G5和G3、G4，使大功率場效應管T2、T5和T3、T4交替導通。翻轉觸發器IC2的Q端信號又同時通過光偶隔離IC5后，選通四選一模擬開關，當Q為低電平時，X＝X0＝Ug8，Y＝Y0＝Ug6，當Q為高電平時，X＝X3＝Ug7，Y＝Y3＝Ug5，x和y信號以不同比例與送絲速度信號Vf相加，運算放大器A3和A4的輸出分別控制壓頻轉換器VFC的頻率及脈寬。圖6中，上圖為直流側電流波形I1，下圖為交流側電流波形I2，極性(1)表示焊絲接正，I件接負，即反接。極性(2)表示焊絲接負，工件接正，即正接。tpr1，tpr2分別為兩種不同變化過程中極性(1)時間內的脈沖電流時間，tbr為極性(1)時間內的維孤電流時間。tps1，tps2分別為兩種不同變化過程中極性(2)時間范圍內的脈沖電流時間，tbs為極性(2)時間范圍內的維弧電流時間。時間tpr2＝tps2由單穩態電路IC1控制，tps1由Ug7控制，tpr1由Ug8控制，tbs由Ug5控制，tbr由Ug6控制。由上述綜合控制的結果，便得到了如圖6的示意的雙凹交流電流波形。這種“雙凹形電流波形”的工作過程是這樣的(參見圖2)逆變器中，T2、T5為一組，T3、T4為一組，每組橋臂管同時關閉和開通。當T2、T5管開通、T3、T4管關閉時，焊絲接負，工件接正，稱為正極性(2)，當T3、T4管開通，T2、T5管關閉時，焊絲接正，工件接負，稱為反極性(1)，正反極性交替工件即實現了交流MIG焊接。設初始極性為極性(1)(參考圖6)，電源外特性為(1)，電弧工作點為1(圖5)焊接電流為Ib，過一段時間后，電源輸出外特性(2)，電弧工作點為2，焊本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種熔化極惰性氣體保護焊焊接電弧控制方法，包括：（１）用于根據外特性控制電路給出的電壓值控制脈沖寬度的脈寬調制器ＰＷＭ；（２）用于將來自脈寬調制器的信號進行功率放大的主變換器驅動電路，由兩級三極管ＢＧ↓［２］組成；（３）用于將整流器輸出的較高直流電壓變成焊接用較低直流電壓的主變換器，由一組大功率三極管Ｔ↓［１］并聯而成，以開關方式工作；（４）用于將直流電壓變成交流電壓的橋式逆變器，由四組大功率場效應管Ｔ↓［２］、Ｔ↓［３］、Ｔ↓［４］、Ｔ↓［５］并聯而成的橋臂管組組成；（５）送絲電機驅動及測速部分；其特征在于該控制系統還包括：（６）用于將來自電弧的焊接電流，焊接電壓信號與給定值相比較，以實現系統閉環控制的外特性控制電路，由電壓頻率轉換器ＶＦＣ、二選一模擬電子開關ＳＷ↓［１］和ＳＷ↓［２］、反饋用運算放大器Ａ↓［１］和Ａ↓［２］、邏輯控制二極管Ｄ↓［１］和Ｄ↓［２］、信號合成運算放大器Ａ↓［３］和Ａ↓［４］四選一模擬開關、ＩＣ↓［６］以及光偶電路ＩＣ↓［５］組成；（７）用于將外特性控制電路中的壓頻轉換器ＶＦＣ給出的信號，經光偶隔離觸發單穩態，單穩態輸出信號的下降沿控制逆變器換相的逆變器換相時刻控制部分，由單穩態電路ＩＣ↓［１］和單光偶隔離電路ＩＣ↓［３］組成；（８）用于接收單穩態輸出信號的下降沿，使觸發器ＩＣ↓［２］輸出端改變電位，再分解成二路信號的翻轉觸發器，由翻轉觸發器ＩＣ↓［２］及信號處理單元ＢＧ↓［１］組成；（９）橋式逆變器驅動電路，由四路光偶隔離器ＩＣ↓［４］及四路推挽式驅動放大電路組成。...

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】

【專利技術屬性】
技術研發人員：潘際鑾，焦向東，張驊，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]