一種鋼筋電渣壓力焊的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋼筋電渣壓力焊機，其包括焊接電源、焊接夾具、控制箱，該控制箱中設置有鋼筋電淹壓力焊控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括虛擬電壓模塊、短路檢測模塊、功率控制模塊以及控制模塊，虛擬電壓模塊在焊機輸出端一直輸出一個虛擬電壓；短路檢測模塊實時檢測焊機輸出的電壓和電流，并以此判斷焊機輸出回路是否短路■’功率控制模塊控制連接鋼筋電渣壓力焊機中的焊接電源，為鋼筋焊接時的電弧提供能量；控制模塊控制連接虛擬電壓模塊、短路檢測模塊、功率控制模塊，并協(xié)調它們之間相互配合工作，實現(xiàn)無接觸火花的鋼筋電渣壓力焊過程。本發(fā)明提供的方案結構簡單，易于實現(xiàn)，且能夠實現(xiàn)無接觸火花的鋼筋電渣壓力焊。
【專利說明】一種鋼筋電渣壓力焊機

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電焊技術，具體涉及鋼筋電渣壓力焊機。

【背景技術】
[0002]電渣壓力焊是將兩鋼筋安放成豎向或斜向(傾斜度在4:1的范圍內)對接形式，利用焊接電流通過兩鋼筋間隙，在焊劑層下形成電弧過程和電渣過程，產(chǎn)生電弧熱和電阻熱，熔化鋼筋，加壓完成的一種壓焊方法。簡單地說，就是利用電流通過液體熔渣所產(chǎn)生的電阻熱進行焊接的一種熔焊方法。但與電弧焊相比，它工效高、成本低，在一些高層建筑施工中已取得很好的效果。根據(jù)使用的電極形狀，可分為絲極電渣焊、板極電渣焊、熔嘴電渣焊等。電渣焊適用于厚板的焊接。在鍋爐、重型機械、造船工業(yè)中應用較多。
[0003]電渣壓力焊的焊接過程包括四個階段:引弧過程、電弧過程、電渣過程和頂壓過程。
[0004]焊接開始時，首先在上、下兩鋼筋端面之間引燃電弧，使電弧周圍焊劑熔化形成空穴；隨之焊接電弧在兩鋼筋之間燃燒，電弧熱將兩鋼筋端部熔化，熔化的金屬形成熔池，熔融的焊劑形成熔渣(渣池)，覆蓋于熔池之上，此時，隨著電弧的燃燒，上、下兩鋼筋端部逐漸熔化，將上鋼筋不斷下送，以保持電弧的穩(wěn)定，繼續(xù)電弧過程；隨電弧過程的延續(xù)，兩鋼筋端部熔化量增加，熔池和渣池加深，待達到一定深度時，加快上鋼筋的下送速度，使其端部直接與渣池接觸，這時，電弧熄滅而變電弧過程為電渣過程；待電渣過程產(chǎn)生的電阻熱使上、下兩鋼筋的端部達到全截面均勻加熱的時候，迅速將上鋼筋向下頂壓，擠出全部熔渣和液態(tài)金屬，隨即切斷焊接電源，完成了焊接工作。
[0005]電渣壓力焊適用于現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構中豎向或斜向(傾斜度在4:1范圍內)鋼筋的連接，特別是對于高層建筑的柱、墻鋼筋，應用尤為廣泛。
[0006]目前電渣壓力焊的焊接機具主要包括:焊接電源、焊接夾具、控制箱。
[0007](I)焊接電源
[0008]電渣壓力焊可采用交流或直流焊接電源，焊機容量應根據(jù)所焊鋼筋的直徑選定。由于電渣壓力焊機的生產(chǎn)廠家很多，產(chǎn)品設計各有不相同，所以配用焊接電源的型號也同，常用的多為弧焊電源(電弧焊機)，如BX3-500型、BX3-630型、BX3-750型、BX3-1000型等。
[0009](2)焊接夾具
[0010]焊接夾具由立柱、傳動機械、上、下夾鉗、焊劑筒等組成，其上安裝有監(jiān)控器，即控制開關、次級電壓表、時間顯示器(蜂鳴器)等，焊接夾具應具有足夠的剛度，在最大允許荷載下應移動靈活，操作便利；焊劑筒的直徑應與所焊鋼筋直徑相適應；監(jiān)控器上的附件(如電壓表、時間顯示器等)應配備齊全。
[0011]⑶控制箱
[0012]控制箱的主要作用是通過焊工操作，使弧焊電源的初級線接通或斷開，控制箱正面板上裝有初級電壓表、電源開關、指示燈、信號電鈴等，也可刻制焊接參數(shù)表，供操作人員參考。
[0013]現(xiàn)有的電渣壓力焊機在焊接開始和結束時，控制箱都是直接接通焊接電源和斷開焊接電源，由于焊接電流和電壓較大，焊接夾具和鋼筋之間在接通電源的過程中和斷開電源的過程將會出現(xiàn)電弧火花，這樣存在嚴重的安全隱患。再者，由于焊接夾具和鋼筋之間產(chǎn)生電弧火花，這樣電弧火花將會燒灼焊接夾具，大大降低焊接夾具的使用壽命。


【發(fā)明內容】

[0014]針對現(xiàn)有電渣壓力焊機在焊接過程中存在電弧火花，造成安全隱患以及會燒灼焊接夾具，降低焊接夾具的使用壽命的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可實現(xiàn)鋼筋電渣壓力焊無接觸火花的鋼筋電渣壓力焊機。
[0015]為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案:
[0016]一種鋼筋電渣壓力焊機，其包括焊接電源、焊接夾具、控制箱，所述控制箱中設置有鋼筋電渣壓力焊控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng):
[0017]虛擬電壓模塊，所述虛擬電壓模塊控制連接焊機輸出端，在焊機輸出端一直輸出一個虛擬電壓，并且在焊機輸出回路短路時，將虛擬電壓降低到O伏；
[0018]短路檢測模塊，所述短路檢測模塊與焊機輸出端相接，實時檢測焊機輸出的電壓和電流，并以此判斷焊機輸出回路是否短路；
[0019]功率控制模塊，所述功率控制模塊控制連接鋼筋電渣壓力焊機中的焊接電源，為鋼筋焊接時的電弧提供能量；
[0020]控制模塊，所述控制模塊控制連接虛擬電壓模塊、短路檢測模塊、功率控制模塊，并協(xié)調它們之間相互配合工作，實現(xiàn)無接觸火花的鋼筋電渣壓力焊過程。
[0021 ] 在具體實施方案中，所述控制模塊在開通焊機電源后，控制虛擬電壓模塊在焊機輸出端一直輸出一個虛擬電壓；同時控制短路檢測模塊實時檢測焊機輸出的電壓和電流，并根據(jù)短路檢測模塊檢測的電壓和電流判斷焊機的輸出回路是否短路；所述控制模塊根據(jù)短路檢測模塊檢測的電壓和電流判斷焊機的輸出回路短路后，控制虛擬電壓模塊將虛擬電壓降低到O伏(虛擬電壓輸出的電流較小(小于1A)，因此接通電源過程不產(chǎn)生電弧)，并在延時一段時間后，控制功率控制模塊控制焊接電源輸出一小起弧電流；
[0022]所述控制模塊根據(jù)短路檢測模塊檢測的電壓和電流判斷焊機的輸出回路非短路后，則判斷鋼筋電渣壓力焊起弧完成，控制功率控制模塊調整焊接電源輸出焊接電流；
[0023]所述控制模塊根據(jù)短路檢測模塊檢測的電壓和電流再次判斷焊機的輸出回路短路后，則判斷焊接完成，控制功率控制模塊調整焊接電源輸出的電流降為O (此過程因焊機輸出關閉，只有虛擬電壓存在，虛擬電壓輸出的電流較小，小于1A，因此該過程不產(chǎn)生電弧)。
[0024]進一步的，所述功率控制模塊包括輸入整流模塊和逆變模塊，所述輸入整流模塊的輸入端與焊接電源的輸出端相接，輸入整流模塊的輸出端與逆變模塊的輸入端相接，逆變模塊的輸出端與焊機的輸出端相接，同時逆變模塊的控制端與控制模塊相接。
[0025]本發(fā)明提供的方案結構簡單，易于實現(xiàn)，本方案在具體實施時，通過在焊機輸出端始終輸出一個虛擬電壓，由于虛擬電壓的輸出能力很小(小于1A)，這樣焊接時在接通電源的過程中將不會出現(xiàn)電弧火花；同樣的，在焊接完成時，由于輸出回路電流為0，斷開時只有虛擬電壓起作用，虛擬電壓輸出能力很小(小于1A)，在斷開電源的過程中也不會出現(xiàn)電弧火花。由此通過該虛擬電壓，使得整個焊接過程無弧光產(chǎn)生，不僅提高了安全性，改善了勞動環(huán)境，而且避免電弧對夾具燒灼，提高了夾具的使用壽命。
[0026]另外，本方案中的虛擬電壓其輸出電壓低于安全電壓，進一步提高了整個焊接過程的安全性。
[0027]再者，本方案中在起弧前，由焊機輸出一小起弧電流(如30A)，并非焊接電流，使短路的兩根鋼筋間的能量較小，這樣在起弧時，由于鋼筋間熔化點極小，拉開兩根鋼筋需要的力也比較小，降低了勞動強度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]以下結合附圖和【具體實施方式】來進一步說明本發(fā)明。
[0029]圖1為本發(fā)明中鋼筋電渣壓力焊機的控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；
[0030]圖2為本發(fā)明進行無接觸火花的鋼筋電渣壓力焊的流程圖。

【具體實施方式】
[0031]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。
[0032]本發(fā)明提供的鋼筋電渣壓力焊機，其主要包括焊接電源、焊接夾具、控制箱。其中這三者之間的連接配合關系與現(xiàn)有技術相同，此處不加以贅述，而焊接電源和焊接夾具可采用現(xiàn)有鋼筋電渣壓力焊機中的焊接電源和焊接夾具，這都是本領域的技術人員熟知技術，此處不加以贅述。
[0033]在此基礎上，本發(fā)明在控制箱中設置有能夠實現(xiàn)無接觸火花的鋼筋電渣壓力焊的鋼筋電渣壓力焊控制系統(tǒng)。
[0034]參見圖1，其所示為本發(fā)明提供的鋼筋電渣壓力焊機的控制系統(tǒng)100的系統(tǒng)框圖。由圖可知，該控制系統(tǒng)100包括:虛擬電壓模塊101、短路檢測模塊102、功率控制模塊103、控制模塊104這四個部分。
[0035]整個控制系統(tǒng)100設置在鋼筋電渣壓力焊機的控制箱中，其中，虛擬電壓模塊101控制連接焊機輸出端，用于在焊機輸出端一直輸出一個虛擬電壓，該虛擬電壓低于安全電壓，且一直存在于焊機的輸出端，同時在焊機輸出回路短路時，將虛擬電壓降低到O伏。
[0036]短路檢測模塊102同樣也與焊機輸出端相接，該模塊在整個焊接過程中實時檢測焊機輸出的電壓和電流，并將檢測的結果實時傳至控制模塊104，并以此判斷焊機輸出回路是否短路。
[0037]功率控制模塊103，其控制連接鋼筋電渣壓力焊機中的焊接電源以及焊機的輸出端，在整個焊接過程中不斷調節(jié)焊接電源的輸出，為鋼筋焊接時的電弧提供相應的能量。
[0038]具體的，該功率控制模塊103由輸入整流模塊103a和逆變模塊103b配合組成，其中輸入整流模塊103a的輸入端與焊接電源的輸出端相接，輸入整流模塊的輸出端與逆變模塊的輸入端相接。通過該模塊對焊接電源的輸出電流進行整流處理，保證后續(xù)工作的穩(wěn)定性。
[0039]逆變模塊103b，其輸出端與焊機的輸出端相接，同時逆變模塊的控制端與控制模塊104相接。該逆變模塊103b在控制模塊104的控制下，對經(jīng)過輸入整流模塊103a整流的電流進行逆變處理，以達到所需的工作電流。
[0040]控制模塊104，其為系統(tǒng)中的整個控制核心，其連接虛擬電壓模塊101、短路檢測模塊102、功率控制模塊103，并協(xié)調它們之間相互配合工作，實現(xiàn)無接觸火花的鋼筋電渣壓力焊過程。具體實現(xiàn)如下:
[0041]控制模塊104在開通焊機電源后，首先控制虛擬電壓模塊101在焊機輸出端一直輸出一個虛擬電壓；同時控制短路檢測模塊102實時檢測焊機輸出的電壓和電流，并接受短路檢測模塊102檢測到的焊機輸出的電壓和電流，且根據(jù)該電壓和電流數(shù)據(jù)實時判斷焊機的輸出回路是否短路。
[0042]控制模塊104根據(jù)短路檢測模塊檢測的電壓和電流第一次判斷焊機的輸出回路短路后，控制虛擬電壓模塊101將虛擬電壓降低到O伏，并在延時一段時間后，控制功率控制模塊103工作，由功率控制模塊103控制焊接電源輸出一小起弧電流。
[0043]控制模塊104根據(jù)短路檢測模塊102檢測的電壓和電流判斷焊機的輸出回路非短路后，則判斷鋼筋電渣壓力焊起弧完成，控制功率控制模塊103調整焊接電源輸出焊接電流；
[0044]控制模塊104根據(jù)短路檢測模塊102檢測的電壓和電流第二次判斷焊機的輸出回路短路后，則判斷焊接完成，控制功率控制模塊103調整焊接電源輸出的電流降為O。
[0045]以下通過一具體的應用實例來進一步說明本方案中鋼筋電渣壓力焊機的運行過程(以下技術內容作為舉例，并不限定本方案只運行如下過程)，整個過程如圖2所示:
[0046]1、開通焊機電源，控制系統(tǒng)100開始工作，控制系統(tǒng)中的控制模塊104在開通焊機電源后，控制虛擬電壓模塊101在焊機輸出端輸出低于安全電壓的虛擬電壓，該虛擬電壓始終存在于焊機的輸出端；于此同時控制短路檢測模塊102實時檢測焊機輸出的電壓和電流，以判斷焊機輸出回路是否短路。
[0047]2、現(xiàn)場準備:將兩待焊接的鋼筋連在一起(形成短路狀態(tài))，調整安裝焊接夾具，并填充焊劑，具體可采用常用方案，此處不加以贅述。
[0048]3、兩根鋼筋接通焊接電源:焊機輸出端連接在鋼筋兩端，此時焊機輸出端電壓為虛擬電壓，故焊機將輸出的虛擬電壓施加到連在一起的兩鋼筋上，形成相應輸出回路；此時由于兩鋼筋連接在一起，短路檢測模塊102將檢測到的焊機輸出的電壓和電流傳至控制模塊104，控制模塊104通過計算確定焊機的輸出回路處于短路狀態(tài)，控制模塊104將控制虛擬電壓模塊101將虛擬電壓降低到O伏。由于虛擬電壓輸出能力很小(小于1A)，在接通電源的過程中不會出現(xiàn)電弧火花(主要是鋼筋與夾具之間不會出現(xiàn)接觸火花)。
[0049]4、在第一次檢測確定焊機的輸出回路處于短路狀態(tài)后，控制模塊104延時一段時間(如0.5S，此時間可調)后，控制模塊104將控制功率控制模塊103工作，由功率控制模塊103控制焊接電源輸出一個小電流(一般為30A)，用于起弧，因為小電流可以使短路的兩根鋼筋間的能量較小，鋼筋間熔化點極小(甚至無熔化點)。
[0050]5、兩根鋼筋拉開產(chǎn)生電弧:通過夾具拉開兩根鋼筋，使兩根鋼筋間產(chǎn)生電弧。由于電機此時輸出的電流為一個小電流(并非焊接電流)(一般為30A)，鋼筋間熔化點極小，拉開兩根鋼筋需要的力也比較小，降低了勞動強度。
[0051]6、在電弧產(chǎn)生過程中，短路檢測模塊102實時檢測焊機輸出的電壓和電流傳至控制模塊104，在電弧產(chǎn)生后，短路檢測模塊102將檢測到的焊機輸出的電壓和電流傳至控制模塊104，控制模塊104通過計算確定焊機的輸出回路處于非短路狀態(tài)，控制模塊104則判斷鋼筋電渣壓力焊起弧完成，控制功率控制模塊103調整焊接電源輸出焊接電流(一般為幾百安培)。
[0052]7、燃弧階段:焊接電流在兩鋼筋間產(chǎn)生的電弧，并引燃電弧，使鋼筋兩端熔化，即通過引燃電弧，使電弧周圍焊劑熔化形成空穴，隨之焊接電弧在兩鋼筋之間燃燒，電弧熱將兩鋼筋端部熔化，熔化的金屬形成熔池，熔融的焊劑形成熔渣(渣池)，覆蓋于熔池之上。
[0053]8、加壓階段:當鋼筋熔化量達到要求后，通過夾具調整鋼筋間距離，使距離減少，直至兩鋼筋連接到一起(即使焊機輸出回路為短路狀態(tài))，并通過夾具對兩根鋼筋加一定壓力。
[0054]9、在步驟(9)中，當兩鋼筋連接到一起時，短路檢測模塊102將檢測到的焊機輸出的電壓和電流傳至控制模塊104，控制模塊104通過計算確定焊機的輸出回路再次處于短路狀態(tài)，控制模塊104則判斷焊接完成，控制功率控制模塊103調整焊接電源輸出的電流降為OA或降為一很小電流；同時將輸出端輸出的虛擬電壓降為O伏。
[0055]10、斷開輸出回路:焊接過程完成，焊機可以斷開輸出回路；此時焊機輸出端仍然輸出虛擬電壓，輸出回路電流為0，在斷開電源時只有虛擬電壓起作用，虛擬電壓輸出能力很小(小于1A)，在斷開電源的過程中不會出現(xiàn)電弧火花。
[0056]11、清理焊渣焊劑。
[0057]由上可知，本方案提供的控制，其通過在焊機的輸出端始終輸出一個虛擬電壓，由于虛擬電壓的輸出能力很小(小于1A)，這樣焊接時在接通電源的過程中將不會出現(xiàn)電弧火花；同樣的，在焊接完成時，由于輸出回路電流為0，斷開時只有虛擬電壓起作用，虛擬電壓輸出能力很小(小于1A)，在斷開電源的過程中也不會出現(xiàn)電弧火花。由此通過該虛擬電壓，使得整個焊接過程無弧光產(chǎn)生，不僅提高了安全性，而且避免電弧對夾具燒灼，提高了夾具的使用壽命。
[0058]另外，本方案中的虛擬電壓其輸出電壓低于安全電壓，進一步提高了整個焊接過程的安全性。
[0059]再者，本方案中在起弧前，由焊機輸出一小起弧電流(如30A)，并非焊接電流，使短路的兩根鋼筋間的能量較小，這樣在起弧時，由于鋼筋間熔化點極小，拉開兩根鋼筋需要的力也比較小，節(jié)省體力，降低了勞動強度。
[0060]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種鋼筋電渣壓力焊機，其包括焊接電源、焊接夾具、控制箱，其特征在于，所述控制箱中設置有鋼筋電渣壓力焊控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng): 虛擬電壓模塊，所述虛擬電壓模塊控制連接焊機輸出端，在焊機輸出端一直輸出一個虛擬電壓，并且在焊機輸出回路短路時，將虛擬電壓降低到O伏； 短路檢測模塊，所述短路檢測模塊與焊機輸出端相接，實時檢測焊機輸出的電壓和電流，并以此判斷焊機輸出回路是否短路； 功率控制模塊，所述功率控制模塊控制連接鋼筋電渣壓力焊機中的焊接電源，為鋼筋焊接時的電弧提供能量； 控制模塊，所述控制模塊控制連接虛擬電壓模塊、短路檢測模塊、功率控制模塊，并協(xié)調它們之間相互配合工作，實現(xiàn)無接觸火花的鋼筋電渣壓力焊過程。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種鋼筋電渣壓力焊機，其特征在于，所述控制模塊在開通焊機電源后，控制虛擬電壓模塊在焊機輸出端一直輸出一個虛擬電壓；同時控制短路檢測模塊實時檢測焊機輸出的電壓和電流，并根據(jù)短路檢測模塊檢測的電壓和電流判斷焊機的輸出回路是否短路；所述控制模塊根據(jù)短路檢測模塊檢測的電壓和電流判斷焊機的輸出回路短路后，控制虛擬電壓模塊將虛擬電壓降低到O伏，并在延時一段時間后，控制功率控制模塊控制焊接電源輸出一小起弧電流； 所述控制模塊根據(jù)短路檢測模塊檢測的電壓和電流判斷焊機的輸出回路非短路后，則判斷鋼筋電渣壓力焊起弧完成，控制功率控制模塊調整焊接電源輸出焊接電流； 所述控制模塊根據(jù)短路檢測模塊檢測的電壓和電流再次判斷焊機的輸出回路短路后，則判斷焊接完成，控制功率控制模塊調整焊接電源輸出的電流降為O。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種鋼筋電渣壓力焊機，其特征在于，所述功率控制模塊包括輸入整流模塊和逆變模塊，所述輸入整流模塊的輸入端與焊接電源的輸出端相接，輸入整流模塊的輸出端與逆變模塊的輸入端相接，逆變模塊的輸出端與焊機的輸出端相接，同時逆變模塊的控制端與控制模塊相接。
【文檔編號】B23K9/095GK104209628SQ201410490244
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權日:2014年9月23日
【發(fā)明者】陳振剛, 陳賽虎, 王進成, 陳良, 王成多, 劉賢芬 申請人:上海通用重工集團有限公司, 上海通用電焊機股份有限公司