專(zhuān)利名稱(chēng):恒功率微束等離子弧焊機(jī)的制作方法
本發(fā)明是一種電弧焊機(jī)。這種焊機(jī)適用于微束等離子弧焊領(lǐng)域。因此，本發(fā)明屬于焊接設(shè)備技術(shù)范圍。
國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的微束等離子電弧焊機(jī)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(jī)(Piasmafix-40)國(guó)產(chǎn)的WLH-10型微束等離子焊機(jī)即屬于陡降外特性。以WLH-10型焊機(jī)為例，它的電路設(shè)計(jì)思想在于一個(gè)焊接電流反饋控制系統(tǒng)，這個(gè)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(hào)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(jī)，作為電源都不是恒功率源。
由于微束等離子弧對(duì)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(jī)用于微束等離子弧焊時(shí)，如果電弧長(zhǎng)度發(fā)生波動(dòng)，則電弧的功率將產(chǎn)生波動(dòng)，于是施加于焊縫的功率也將產(chǎn)生波動(dòng)，焊縫的成形質(zhì)量將受到破壞。如果采用恒功率源焊機(jī)，這個(gè)問(wèn)題將被克服，亦即當(dāng)弧長(zhǎng)發(fā)生波動(dòng)時(shí)，焊縫成形質(zhì)量將不變。
本發(fā)明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(jī)，并且要求它還能實(shí)施脈沖恒功率焊接。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，本發(fā)明的原理在于在現(xiàn)有同類(lèi)焊機(jī)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(gè)焊接電壓反饋控制迥路。這個(gè)迥路中，有一個(gè)倒數(shù)運(yùn)算電路和一個(gè)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(guò)求倒數(shù)的運(yùn)算、放大，再被用作前述焊接電流反饋控制系統(tǒng)的給定值?；谶@一特殊串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的焊機(jī)就是恒功率源焊機(jī)。如果在上述焊接電壓反饋控制迥路中設(shè)置一個(gè)電子開(kāi)關(guān)電路，使得這一迥路周期性地通斷，就可以使焊機(jī)實(shí)施脈沖恒功率焊接。如果將焊接電流取樣信號(hào)和焊接電壓取樣信號(hào)同時(shí)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(gè)電子功率表。
圖1是本發(fā)明焊機(jī)的示意圖。
圖2是這種焊機(jī)的原理分析框圖。
圖3是圖2中的放大器與信號(hào)綜合點(diǎn)、校正網(wǎng)絡(luò)、隔離器的一個(gè)實(shí)施例。
圖4是圖2中的電子開(kāi)關(guān)和校正網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)實(shí)施例。
現(xiàn)在分別參照?qǐng)D1、圖2、圖3、圖4對(duì)本發(fā)明加以詳細(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?。BG1是大功率晶體管，BG2與BG3組成BG1的推動(dòng)級(jí)，因此，可以將BG1、BG2、BG3看成是一個(gè)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(guò)R1后轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。1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(shí)，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?。R2是降壓電阻。在鎢絲和壓縮噴嘴之間存在有一個(gè)小電流的電弧。這個(gè)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(jī)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(jī)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(kāi)關(guān)和校正網(wǎng)絡(luò)電路，電子功率表電路，方波信號(hào)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(duì)BG3的基極輸出控制信號(hào)。
使焊機(jī)產(chǎn)生恒功率效果的原理，在于采用了一個(gè)特殊的串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這個(gè)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(hào)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(dòng)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(guò)圖2中的校正網(wǎng)絡(luò)的校正。所以圖2中的信號(hào)IW可以近似地認(rèn)為跟蹤副迥路的輸入信號(hào)Ir。實(shí)際上，如果使副迥路輸入與主迥路脫離，亦即使副迥路獨(dú)立作為一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)工作，那么副迥路就成為一個(gè)焊接電流反饋控制系統(tǒng)。這樣的焊機(jī)的外特性即為陡降或垂降外特性。
其次分析主迥路。對(duì)于圖2中所示的倒數(shù)器，如果不計(jì)動(dòng)態(tài)過(guò)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(yùn)算放大器組成的對(duì)數(shù)除法器電路。由于焊接電壓取樣信號(hào)為負(fù)電位，所以須通過(guò)反相器將信號(hào)反相后信號(hào)方可進(jìn)入倒數(shù)器。為了使焊機(jī)能夠具有實(shí)施脈沖焊接的功能，設(shè)置了圖2中所示的電子開(kāi)關(guān)和校正網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)。
設(shè)反相器，電子開(kāi)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(hào)為UW，電子開(kāi)關(guān)和校正網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)為- (K)/(Uw) 。進(jìn)而考慮到電子開(kāi)關(guān)和校正網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)即為副迥路的輸入信號(hào)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(gè)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(jì)成反饋系統(tǒng)，所以系統(tǒng)具有抗干擾功能。
在實(shí)際焊接過(guò)程中，當(dāng)電弧長(zhǎng)度發(fā)生波動(dòng)時(shí)，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(shí)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(wèn)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(kāi)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(shí)施例。
在圖3中，A點(diǎn)接焊接電流取樣信號(hào);B點(diǎn)接副迥路輸入信號(hào);C點(diǎn)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(hào)綜合點(diǎn)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(gè)無(wú)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(hào)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(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)與JC2后面的電路之間只存在信號(hào)的傳遞關(guān)系。
C2、W1、C3、R5、C4組成的無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)具有三個(gè)極點(diǎn)三個(gè)零點(diǎn)的無(wú)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(gè)具有兩個(gè)極點(diǎn)兩個(gè)零點(diǎn)的無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)。W1、C3、R5、C4對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定是必不可少的;C2對(duì)于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的改善是有益的。圖3中C6、W2對(duì)于系統(tǒng)性能指標(biāo)的改善也是有益的。
在圖4中，A點(diǎn)為信號(hào)輸入端。D點(diǎn)為信號(hào)輸出端。B點(diǎn)接一固定負(fù)電位。C點(diǎn)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(hào)，這個(gè)方波信號(hào)的低電位為-12V，高電位為+12V?？梢酝ㄟ^(guò)一個(gè)手動(dòng)開(kāi)關(guān)改變C點(diǎn)的接法。這個(gè)電路相當(dāng)于圖2中的電子開(kāi)關(guān)和校正網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)。A點(diǎn)輸入的信號(hào)來(lái)自于放大倍數(shù)可調(diào)放大器的輸出。D點(diǎn)的輸出信號(hào)即作為圖2中的副迥路的輸入信號(hào)。
在圖4中，JC2是反相器。BG1和BG2被設(shè)計(jì)成總是工作于截止或者飽和狀態(tài)。JC1及R1、R2、R5、R6、C1、C2組成了有源校正網(wǎng)絡(luò)，這里可以選擇R5＝10KΩ，C2＝510PF、C1不大于30PF、R1、R2均為4.7KΩ。
圖4電路的功能在于在主迥路中設(shè)置了一個(gè)有源校正網(wǎng)絡(luò)，這對(duì)于系統(tǒng)獲得合適的性能指標(biāo)是必需的。此外，它使得本發(fā)明的焊機(jī)除了可以實(shí)施恒功率焊接外，還能實(shí)施脈沖恒功率焊接。
當(dāng)實(shí)施恒功率焊接時(shí)，C點(diǎn)接-12V的固定電位。這時(shí)BG1截止，BG2飽和。于是只有A點(diǎn)的輸入信號(hào)可以進(jìn)入JC1等元件組成的有源校正網(wǎng)絡(luò)。從而圖2中的主迥路正常工作，焊機(jī)實(shí)施恒功率焊接。
當(dāng)實(shí)施脈沖恒功率焊接時(shí)，C點(diǎn)接前述方波信號(hào)。圖4中的BG1和BG2在這個(gè)方波信號(hào)的控制下交替地處于截止與飽和狀態(tài)。當(dāng)BG1截止，BG2飽和時(shí)，圖2所示主迥路正常工作，焊機(jī)實(shí)施恒功率焊接。當(dāng)BG1飽和、BG2截止時(shí)，A點(diǎn)的輸入信號(hào)不能進(jìn)入JC1等元件組成的有源校正網(wǎng)絡(luò)，于是圖2中的主迥路與副迥路的聯(lián)系被切斷，恒功率焊接過(guò)程停止。但是，此時(shí)B點(diǎn)的固定負(fù)電位信號(hào)通過(guò)R3、R4進(jìn)入JC1后作為圖2中的副迥路的給定值，使焊機(jī)產(chǎn)生一個(gè)恒定的焊接電流。這個(gè)恒定的焊接電流使得焊接電弧的燃燒不至于中斷。當(dāng)BG1與BG2交替地處于截止與飽和狀態(tài)時(shí)，焊接過(guò)程便交替地處于恒功率焊接與恒功率焊接中止?fàn)顟B(tài)。于是就實(shí)現(xiàn)了脈沖恒功率焊接。
由于控制BG1與BG2截止或飽和的方波信號(hào)的頻率和占空比是可以人為調(diào)節(jié)的，所以脈沖恒功率焊接的頻率和占空比是可以被人為地給定的。
為了反映焊接功率的大小，本發(fā)明還設(shè)計(jì)有電子功率表。一般功率表僅適用于測(cè)量小電流高電壓的功率。不能用于測(cè)量焊接功率，因?yàn)楹附与娏鬏^大。本發(fā)明的電子功率表由一個(gè)由運(yùn)算放大器組成的對(duì)數(shù)型乘法器和一只普通的電壓表組合而成。設(shè)乘法器的兩個(gè)輸入信號(hào)為U1與U2，輸出信號(hào)為U0，則有U0＝U1·U2。將焊接電流取樣信號(hào)與焊接電壓取樣信號(hào)分別接入U(xiǎn)1與U2，則乘法器的輸出信號(hào)的值即為焊接功率。用電壓表將此輸出信號(hào)的數(shù)值測(cè)出，并將電壓表的刻度重新標(biāo)定，即可反映出焊接功率的大小。
下面進(jìn)一步公開(kāi)本發(fā)明的實(shí)施例中的幾點(diǎn)內(nèi)容。
由于實(shí)際上沒(méi)有功率大到符合焊機(jī)要求的大功率晶體管，所以圖1中的BG1可以采用多只大功率晶體管并聯(lián)組成。圖2中的放大倍數(shù)可調(diào)放大器和反相器都是由運(yùn)算放大器組成的常用電路。圖2中主迥路中各環(huán)節(jié)所使用的運(yùn)算放大器的型號(hào)可采用F007，副迥路中各環(huán)節(jié)所使用的運(yùn)算放大器的型號(hào)可采用FC92。FC92是高速型運(yùn)算放大器。采用FC92的理由是如果把圖2中的副迥路與主迥路脫離，從而副迥路作為一個(gè)焊接電流反饋控制系統(tǒng)獨(dú)立工作，那么采用FC92可以提高這個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。圖1中的變壓器1和整流器1部份輸出的直流空載電壓是65V。并且在其直流輸出的兩端并接440μF的電容器。這個(gè)電容器的作用并非是濾波而是對(duì)整個(gè)焊機(jī)的調(diào)整十分有利。圖1中的程序控制電路和本說(shuō)明書(shū)中未加說(shuō)明的問(wèn)題均為本專(zhuān)業(yè)的普通人員所熟知。
至此，已經(jīng)說(shuō)明了一種用于微束等離子弧焊技術(shù)的恒功率源焊機(jī)。通過(guò)實(shí)施例的焊機(jī)的試驗(yàn)，表明它的實(shí)際焊接效果完全和本發(fā)明的目的一致。
權(quán)利要求
1.一種用于微束等離子弧焊技術(shù)的電弧焊機(jī)，包括一個(gè)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(yùn)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(kāi)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)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電弧焊機(jī)，其特征在于它具有一個(gè)由乘法器和普通電壓表組合而成的用于測(cè)量焊接功率的電子功率表。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明屬于一種電弧焊機(jī)，用于微束等離子弧焊技術(shù)?，F(xiàn)有的同類(lèi)焊機(jī)從電源的概念分析都不是恒功率源。本發(fā)明采用了帶有倒數(shù)器、放大倍數(shù)可調(diào)放大器的特殊串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，并且對(duì)系統(tǒng)的性能指標(biāo)進(jìn)行了校正，成為恒功率源。本發(fā)明還采用了電子開(kāi)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(cè)量焊接功率的電子功率表。使用這種焊機(jī)可以獲得外觀質(zhì)量更為優(yōu)越的焊縫。
文檔編號(hào)B23K9/00GK86101100SQ86101100
公開(kāi)日1987年9月2日 申請(qǐng)日期1986年2月22日
發(fā)明者方宇棟, 張仁甫, 李唐柏 申請(qǐng)人:南昌航空工業(yè)學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan