恒功率微束等離子弧焊機制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于一種電弧焊機，用于微束等離子弧焊技術(shù)．現(xiàn)有的同類焊機從電源的概念分析都不是恒功率源．本發(fā)明專利技術(shù)采用了帶有倒數(shù)器、放大倍數(shù)可調(diào)放大器的特殊串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，并且對系統(tǒng)的性能指標(biāo)進(jìn)行了校正，成為恒功率源．本發(fā)明專利技術(shù)還采用了電子開關(guān)電路，從而具有脈沖恒功率焊接功能．此外，它還有可以測量焊接功率的電子功率表．使用這種焊機可以獲得外觀質(zhì)量更為優(yōu)越的焊縫．（*該技術(shù)在2006年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)是一種電弧焊機。這種焊機適用于微束等離子弧焊領(lǐng)域。因此，本專利技術(shù)屬于焊接設(shè)備技術(shù)范圍。國內(nèi)外現(xiàn)有的微束等離子電弧焊機的外特性都是垂降、陡降或斜降外特性。例如瑞士的等離子弧焊-40型焊機(Piasmafix-40)國產(chǎn)的WLH-10型微束等離子焊機即屬于陡降外特性。以WLH-10型焊機為例，它的電路設(shè)計思想在于一個焊接電流反饋控制系統(tǒng)，這個反饋控制系統(tǒng)以焊接電流為輸出，然后將輸出與系統(tǒng)的給定值相比較，比較后的信號經(jīng)放大、校正后用于控制焊接電流。上述各種外特性的焊機，作為電源都不是恒功率源。由于微束等離子弧對焊縫的導(dǎo)熱率近似為常數(shù)，所以采用前述非恒功率源焊機用于微束等離子弧焊時，如果電弧長度發(fā)生波動，則電弧的功率將產(chǎn)生波動，于是施加于焊縫的功率也將產(chǎn)生波動，焊縫的成形質(zhì)量將受到破壞。如果采用恒功率源焊機，這個問題將被克服，亦即當(dāng)弧長發(fā)生波動時，焊縫成形質(zhì)量將不變。本專利技術(shù)的目的就在于研制一種用于微束等離子弧焊的恒功率源焊機，并且要求它還能實施脈沖恒功率焊接。簡單地說，本專利技術(shù)的原理在于在現(xiàn)有同類焊機所具有的焊接電流反饋控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再增加一個焊接電壓反饋控制迥路。這個迥路中，有一個倒數(shù)運算電路和一個放大倍數(shù)可以人為調(diào)節(jié)的放大器。焊接電壓被取樣后，通過求倒數(shù)的運算、放大，再被用作前述焊接電流反饋控制系統(tǒng)的給定值。基于這一特殊串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的焊機就是恒功率源焊機。如果在上述焊接電壓反饋控制迥路中設(shè)置一個電子開關(guān)電路，使得這一迥路周期性地通斷，就可以使焊機實施脈沖恒功率焊接。如果將焊接電流取樣信號和焊接電壓取樣信號同時輸入乘法器，乘法器的輸出即可反映出焊接功率的大小。據(jù)此可以制成一個電子功率表。圖1是本專利技術(shù)焊機的示意圖。圖2是這種焊機的原理分析框圖。圖3是圖2中的放大器與信號綜合點、校正網(wǎng)絡(luò)、隔離器的一個實施例。圖4是圖2中的電子開關(guān)和校正網(wǎng)絡(luò)的一個實施例。現(xiàn)在分別參照圖1、圖2、圖3、圖4對本專利技術(shù)加以詳細(xì)闡述。在圖1中，變壓器1和整流器1的作用是將380伏的三相交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)值適當(dāng)?shù)闹绷麟妷骸G1是大功率晶體管，BG2與BG3組成BG1的推動級，因此，可以將BG1、BG2、BG3看成是一個大功率復(fù)合晶體管。R1是焊接電流取樣電阻，焊接電流通過R1后轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枴?是工件。2是等離子焊矩的壓縮噴嘴。3是鎢絲。焊接電弧在鎢絲和工件之間形成。這樣，變壓器1和整流器1所輸出的直流電壓經(jīng)由BG1、R1、工件和鎢絲之間的焊接電弧組成了焊接電流迥路。當(dāng)BG3的基極電位發(fā)生變化時，焊接電流隨之發(fā)生變化。變壓器2和整流器2的作用是將380伏的三相交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粩?shù)值適當(dāng)?shù)闹绷麟妷骸2是降壓電阻。在鎢絲和壓縮噴嘴之間存在有一個小電流的電弧。這個小電流電弧的作用在于維持焊接電弧的穩(wěn)定工作。這樣，變壓器2和整流器2所輸出的直流電壓經(jīng)由R2、鎢絲和壓縮噴嘴之間的小電流電弧形成迥路。穩(wěn)壓電源的作用在于為焊機中的各種控制電路供電。程序控制電路的主要作用在于控制焊機在焊接前先行導(dǎo)通保護(hù)氣體和焊后滯后切斷保護(hù)氣體。控制電路主要由下列部份組成焊接電流反饋控制電路，反相、倒數(shù)、放大電路，電子開關(guān)和校正網(wǎng)絡(luò)電路，電子功率表電路，方波信號源電路。W是焊接電壓取樣電位器。焊接電流IW和焊接電壓UW被取樣后即被接到圖1中的控制電路，控制電路按照能夠產(chǎn)生恒功率源效果的控制規(guī)律對BG3的基極輸出控制信號。使焊機產(chǎn)生恒功率效果的原理，在于采用了一個特殊的串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這個系統(tǒng)的原理框圖如圖2所示。在圖2中首先分析副迥路。注意到這里的反饋信號是IW。由于焊接迥路中的焊接電流控制部件是大功率復(fù)合晶體管，具有比較優(yōu)越的動態(tài)性能。此外，副迥路中的放大器具有較大的放大倍數(shù)，而且副迥路的性能指標(biāo)經(jīng)過圖2中的校正網(wǎng)絡(luò)的校正。所以圖2中的信號IW可以近似地認(rèn)為跟蹤副迥路的輸入信號Ir。實際上，如果使副迥路輸入與主迥路脫離，亦即使副迥路獨立作為一個閉環(huán)控制系統(tǒng)工作，那么副迥路就成為一個焊接電流反饋控制系統(tǒng)。這樣的焊機的外特性即為陡降或垂降外特性。其次分析主迥路。對于圖2中所示的倒數(shù)器，如果不計動態(tài)過程，可以認(rèn)為輸出是輸入的倒數(shù)。倒數(shù)器的具體電路是運算放大器組成的對數(shù)除法器電路。由于焊接電壓取樣信號為負(fù)電位，所以須通過反相器將信號反相后信號方可進(jìn)入倒數(shù)器。為了使焊機能夠具有實施脈沖焊接的功能，設(shè)置了圖2中所示的電子開關(guān)和校正網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)。設(shè)反相器，電子開關(guān)和校正網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)都近似為-1，放大倍數(shù)可調(diào)放大器的傳遞函數(shù)近似為-K，則如圖2所示，反相器的輸入信號為UW，電子開關(guān)和校正網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)的輸出信號為- (K)/(Uw) 。進(jìn)而考慮到電子開關(guān)和校正網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)的輸出信號即為副迥路的輸入信號Ir。所以有- (K)/(Uw) =Ir又如前所述，IW可以近似地認(rèn)為跟蹤Ir，所以如果不考慮誤差，則有IW＝Ir綜上兩式有- (K)/(Uw) =Iw所以IW·UW＝-K由于K為放大倍數(shù)可調(diào)放大器的放大倍數(shù)值，可以人為地調(diào)節(jié)，所以整個電源的輸出功率P＝IW·UW可以人為地給定。又由于系統(tǒng)被設(shè)計成反饋系統(tǒng)，所以系統(tǒng)具有抗干擾功能。在實際焊接過程中，當(dāng)電弧長度發(fā)生波動時，焊接電壓UW和焊接電流IW都改變其值，但是電弧功率亦即電源輸出的功率IW·UW＝-K，功率是不變的，始終被放大倍數(shù)可調(diào)放大器的放大倍數(shù)所決定，恒功率源因此而得到實現(xiàn)。顯然，圖2所示的系統(tǒng)是非線性系統(tǒng)，并且微束等離子弧是非線性負(fù)載。因此必須考慮系統(tǒng)的校正問題。圖2中副迥路的校正網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)和主迥路的電子開關(guān)和校正網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)的校正網(wǎng)絡(luò)部份就是為此目的而設(shè)置的。圖3和圖4中的部份電路是其實施例。在圖3中，A點接焊接電流取樣信號;B點接副迥路輸入信號;C點接圖2中BG3的基極。JC1與R1、R2、R3、R4組成了減法一放大電路，這相當(dāng)于圖2中的信號綜合點和放大器環(huán)節(jié)。JC2和R6組成了電壓跟隨器電路，這相當(dāng)于圖2中的隔離器環(huán)節(jié)。C2、W1、C3、R5、C4組成了一個無源校正網(wǎng)絡(luò)，這相當(dāng)于圖2中的校正網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)。這里一組可供選擇的數(shù)據(jù)是W1＝1MΩ C2＝4.7PF C3＝510PFR5＝30KΩ C4＝220PFJC2的輸出信號經(jīng)由W2、C6并聯(lián)的電路接往圖2的BG3的基極，這里W2、C6也應(yīng)看成是系統(tǒng)校正元件，可以選擇W2＝1KΩ，C6＝0.01μF。JC2和R6組成的電壓跟隨器電路的作用在于使得C2、W1、C3、R5、C4組成的無源校正網(wǎng)絡(luò)與JC2后面的電路之間只存在信號的傳遞關(guān)系。C2、W1、C3、R5、C4組成的無源校正網(wǎng)絡(luò)是一個具有三個極點三個零點的無源校正網(wǎng)絡(luò)。由于C2的數(shù)值較小，所以又可以將此近似看成一個具有兩個極點兩個零點的無源校正網(wǎng)絡(luò)。W1、C3、R5、C4對于系統(tǒng)的穩(wěn)定是必不可少的;C2對于系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)的改善是有益的。圖3中C6、W2對于系統(tǒng)性能指標(biāo)的改善也是有益的。在圖4中，A點為信號輸入端。D點為信號輸出端。B點接一固定負(fù)電位。C點接-12V的固定電位或頻率、占空比可以人為調(diào)節(jié)的方波信號，這個方波信號的低電位為-12V，高電位為+12V。可以通過一個手動開關(guān)改變C點的接法。這個電路相當(dāng)于圖2中的電子開關(guān)和校正網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)。A點輸入的信號來自于放大倍數(shù)可調(diào)放大器的輸出。D點的輸出信號即作為圖2中的副迥路本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種用于微束等離子弧焊技術(shù)的電弧焊機，包括一個焊接電流反饋控制系統(tǒng)，其特征在于ａ、焊接電壓反饋控制迥路中采用了能夠進(jìn)行倒數(shù)運算的倒數(shù)器和放大倍數(shù)可調(diào)的放大器；ｂ、焊接電壓反饋控制迥路中采用了電子開關(guān)電路；ｃ、系統(tǒng)校正采用了元件特定組合的校正網(wǎng)絡(luò)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于微束等離子弧焊技術(shù)的電弧焊機，包括一個焊接電流反饋控制系統(tǒng)，其特征在于a、焊接電壓反饋控制迥路中采用了能夠進(jìn)行倒數(shù)運算的倒數(shù)器和放大倍數(shù)可調(diào)的放大器；b、焊接電壓反饋控制...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：方宇棟，張仁甫，李唐柏，
申請(專利權(quán))人：南昌航空工業(yè)學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：36[中國|江西]