GMAW焊引弧装置制造方法及图纸

GMAW焊引弧装置，由引弧辅助电路和保护电路两部分组成。该装置可以实现引弧过程中电流迅速抬升，使得电弧稳定建立，抑制导电嘴处焊丝爆断。其基本工作原理通过状态检测电路对焊接状态进行检测，当导电嘴和母材间电压高于参考电压时，状态切换开关管导通提前对回路中电感充电，当导电嘴和母材间电压低于参考电压时，开关管关断实现能量直接给出。与常规熔化极气体保护焊引弧过程相比，该引弧装置可以实现引弧过程中能量准确给定，以及引弧电流陡升，能有效的提高引弧过程中稳定性。能有效的提高引弧过程中稳定性。能有效的提高引弧过程中稳定性。

【技术实现步骤摘要】
GMAW焊引弧装置


[0001]本专利技术属于一种可以应用于GMAW焊接电源的引弧设备，涉及到电力电子器件及焊接电源


技术介绍

[0002]熔化极气体保护焊(GMAW)是用外加气体作为电弧介质，利用焊丝和焊件之间的电弧熔化连续给送的焊丝和母材，形成熔池和焊缝的焊接方法。GMAW具有高效、优质、低耗等优点，因此被广泛应用于各行各业中。随着现代工业发展，对焊接质量和焊接过程稳定性提出了新的要求。
[0003]目前市面上GMAW焊机在起弧过程中，采用大电流爆断焊丝方式起弧，但由于焊接电源中电感作用使得引弧过程中焊丝端电流上升速度不够，进而造成焊丝短接母材无法稳定建立电弧，焊丝在导电嘴处爆断产生大量飞溅等一系列问题。为了改善电流上升速度问题现有引弧辅助电路通过增加一只开关管，在引弧时将焊接电源主回路电感跨过，来增加引弧电流上升速度，但由于电缆线中存在寄生电感，寄生电感同样会阻碍电感电流上升速度，该电路不能解决回路寄生电感快速充电问题。为了能够解决上述的引弧问题，可以采用在焊接电源正负极间串联一组开关管，在导电嘴和母材间加入一组检测电路，通过检测电路对焊丝状态判断，来控制状态切换开关管导通关断，实现引弧过程中能量的准确快速给定。该电路可以实现焊丝端电流陡增，同时减少引弧过程中焊丝在导电嘴处爆断，使得电弧能够稳定建立。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提出一种具有状态检测的熔化极气体保护焊引弧装置，来保证GMAW焊接中电弧的稳定引燃。具体的实施方法如下：
[0005]本专利技术包括
[0006]状态切换开关管Q1可以使能量在不同支路间传输，来控制焊丝和母材之间是否流过电流；状态检测电路通过检测导电嘴和母材间电压来进行焊接状态判断，进而决定开关管Q1的工作状态。在引弧辅助电路中，Q1集电极与焊接电源电感L1的2端、二极管D1阳极、二极管D3阳极相连，Q1发射极与恒流电源的负极、母材相连。在状态检测电路中，检测电源VDC和二极管D2阳极相连，二极管D3阴极与开关管Q3集电极相连，开关管Q3发射极与电阻R1的1端相连，电阻R1的2端与导电嘴相连。在保护电路中二极管D3阴极与电阻R2的1端和电容C1的1端相连，电阻R2的2端与开关管Q2集电极相连，开关管Q2发射极与电容C1的2端相连，充电整流桥并联在电容C1两端。当开关管Q1导通时，电源输出电流通过电感L1、开关管Q1流回到电源；当开关管Q1关断时，焊接电源输出电流通过电感L1、二极管D1、导电嘴、焊丝、母材流回焊接电源。
[0007]引弧开始，检测电路中开关管Q3导通，检测导电嘴到母材间电压。当该电压高于设定值(90％VDC)此时焊丝距离母材距离较远，引弧辅助电路工作在电感充电状态即开关管
Q1导通；当该电压低于设定值(90％VDC)，焊丝距离母材较近状态切换电路工作在引弧状态，即Q1关断释放能量,同时检测电路中Q2关断完成引弧。当电容C1两端电压超过设定安全阈值，开关管Q2导通通过R2将电容能量泄放。
[0008]本专利技术和现有技术相比具有以下有益效果：
[0009]通过检测电路对焊接状态进行检测，根据焊接状态控制状态切换电路开关管Q1的导通和关断，实现了引弧过程中电流陡增以及焊丝端能量的精确给定。相较于现有的GMAW引弧方式，本专利技术可以根据实际焊接状态，预先对电感和电容进行储能，进而在焊丝短路前一时刻将能量迅速给出，抑制引弧过程中导电嘴处焊丝爆断问题，实现电弧的稳定建立。同时电容两端充电电压钳位到高电压，当进入引弧状态时可以给回路中杂散电感L2充电。
附图说明
[0010]图1为主电路原理图
[0011]图2为系统总体框图
[0012]图3为电感储能状态
[0013]图4为焊丝端电流给定状态
[0014]图5为保护电路电容充电
[0015]图6为保护电路电容放电
[0016]图7为引弧电路工作波形示意图
[0017]图8为保护电路工作波形示意图
[0018]图1中Q1、Q2、Q3为开关管，L1为焊接电源内部电感，L2为回路中寄生电感，虚线内为引弧辅助电路示意图
[0019]图2中(1)引弧辅助电路，(2)电压采样电路，(3)电压采样电路，(4)比较器，(5)放电开关管驱动电路，(6)电流采样及滤波，(7)切换开关管驱动电路，(8)检测开关管驱动电路，(9)数字信号处理控制系统，(10)比较器，(11)人机交互界面。
具体实施方式
[0020]本电路的具体实施方式如下：
[0021]本设备通过状态检测电路检测焊接状态，根据焊接状态切换电流路径，进而实现引弧时电流陡增以及抑制焊丝在导电嘴处爆断问题。该设备与其他引弧设备相比，可以做到能量给定时基精确控制，以及回路中杂散电感充能问题，使得引弧过程更加稳定。
[0022]参照图1、图2所示，当电弧未引燃时，通过检测电路检测焊接状态，根据焊接状态切换电路中开关管Q1交替导通关断就可以控制能量传输回路的切换。引弧开始，焊丝送进切换电路中开关管Q3导通，电压采样电路采样导电嘴到母材间电压，当采集到电压高于设定值(90％VDC)，此时焊丝距离母材距离较远，状态切换电路中开关管Q1导通，电流由焊接电源正极流出，经过焊接电源电感L1、开关管Q1流回到焊接电源负极，此时焊丝和母材间无大电流流过。当焊丝即将与母材发生短路时，检测电路中采样电路采集到电压低于设定值，切换电路中开关管Q1关断，检测电路中开关管Q3关断，引弧大电流通过电感L1、二极管D1、焊丝、母材流回焊接电源负极，此时通过引弧电流将电弧引燃。上电时整流桥给电容充电，将电容两端电压冲致设定值Vlow，该电压值可根据电流上升速度来设定，同时开关管Q1导
通关断尖峰能量通过电容C1吸收，当C1两端电压高于安全阈值Vhigh时，开关管Q2导通通过电阻R2泄放掉电容中能量。
[0023]图3为导电嘴到母材间电压高于设定值时，电路工作在电感储能状态的过程，开关管Q1、Q3导通，焊接电源输出电流流过自身电感L1、开关管Q1最终流回到焊接电源的负极，此时导电嘴和焊丝间无电流流过，电感L1储能。
[0024]图4为导电嘴到母材间电压低于设定值时，电路工作在焊丝端电流给定状态，开关管Q1和Q2关断，电流输出到焊丝端头引燃电弧过程。
[0025]图5为引弧初期，电容C1的充电过程，此时开关管Q2关断，为了使得引弧过程回路寄生电感L2迅速充电提高引弧过程中电流上升速度，因此预先通过整流电路对电容充电，将二极管D1阳极处电位钳位到设定值Vhigh以上。
[0026]图6为开关管Q2导通时，电容C1的放电过程，此时电容C1上的电压超过预先设定的安全电压值Vhigh，若电压继续升高，引弧时电感电流上升速度会变快，过快会造成电路元器件的击穿，故通过电阻R1、开关管Q2释放电容上的能量。
[0027]图7为引弧电路工作波形示意图，从图中可以看出，在上电初期焊丝距离母材较远，开关管Q1，Q3导通，开关管Q2关断本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.GMAW焊引弧装置，其特征在于，包含一套引弧及电流切换电路；该引弧及电流切换电路包括：开关管Q1、开关管Q3、二极管D1、二极管D2、电阻R1和引弧辅助电源VDC；Q1集电极与焊接电源电感L1的2端、二极管阳极D1阳极相连，Q1发射极与恒流电源的负极、母材和参考地相连，Q3的集电极与二极管D2阴极相连，Q3的发射极与电阻R1的1端相连，引弧辅助电源VDC与二极管D2阳极相连；电阻R1的2端与二极管D1的阴极、导电嘴相连；回路寄生电感L2的1端与二极管阴极D1，电阻R1的2端相连，L2的二端与导电嘴相连。2.根据权利要求1所述的GMAW焊引弧装置，其特征在于还包含一套有源保护电路；该有源保护电路包括：开关管Q2、二极管D3、电容C1、电阻R2和充电整流桥；二极管D3阴极与电阻R2的1端和电容C1的1端相连，电阻R2的2端与开关管Q2集电极相连，开关管Q2发射极与电容C1的2端相连，充电整流桥并联到电容C1两端。3.根据权利要求1所述的GMAW焊引弧装置，其特征在于：当状态切换开关管Q1导通时，焊接电源输出的电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鹏飞，唐松然，李喜良，曹元城，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：