熔化极初期高压脉冲接触引弧控制法及其控制电路制造技术

一种熔化极初期高压脉冲接触引弧控制法，自焊条或焊丝经与工件短路后回抽脱离开工件瞬间起，迅速提高焊机输出至其可能的最大值，待电弧引燃后或该引弧高压脉冲持续一段时间后即切断此高压引弧脉冲，焊机输出转由设定的规范控制，其控制电路由引弧状态实时检测电路、给定引弧脉冲发生电路、给定引弧脉冲切断电路及切换电路组成。该引弧控制方法既能均一地提高引弧时的场强，又具有不增加短路电流、能耗低、飞溅小等优点。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种提高弧焊电源引弧可靠性的方法及其控制电路，特别涉及一种熔化极初期高压脉冲接触引弧控制法及其控制电路。熔化级电弧焊均采用接触引弧的方法，现行的改进熔化极接触引弧的方法有如下两种，它们均已在电焊机生产中获得了广泛的应用。1 并联高压引弧法该方法主要是在主电路采取措施，通过提高空载电压来改善引弧性能的。其主要缺点有因主变压器多用一套三相整流绕组及一套三相桥式不可控整流电路而导致成本高；正常施焊过程中前述辅助电路经一电阻亦参与了对电弧的供电，该电阻必将耗能。2 热启动引弧法该方法主要是在控制电路采取措施，增加瞬态短路电流来改善引弧性能的。即在接触引弧时，自焊条与工件短路瞬间起，利用一微分控制电路，短时间内增大焊机输出电流来改善热发射和热电离的条件，从而改善引弧性能的。其主要缺点有因焊条与工件间接触电阻有一定随机性，使得瞬间短路电流值相差较大，影响了该方法效果的均一性；采用增大瞬间短路电流的方法，增大了产生飞溅的倾向性，薄件施焊时有烧穿工件的危险，同时，焊机一次侧供电电流增加，耗电能随之增加，半导体整流器件有因过流而烧坏的危险。本专利技术的目的在于克服上述现有引弧方法的缺点，提出了一种“熔化极初期高压脉冲接触引弧控制法”，并设计了相应的控制电路，改善了小规范时弧焊电源的引弧性能。本专利技术提出的引弧控制方法是在熔化极接触引弧时，仅仅自焊条或焊丝经与工件短路后回抽脱离开工件瞬间起，通过控制电路迅速提高焊机输出，在其输出端获得幅值为其可能的最大值的高压引弧脉冲，经检测电弧电流或该引弧高压脉冲的持续时间，待电弧引燃后或该引弧高压脉冲持续某一较短时间后立即切断此高压引弧脉冲，焊机输出转由操作者设定的规范控制。其最优越之处在于(1)选取了合理的时刻即仅仅自焊条或焊丝经与工件短路后回抽脱离开工件的瞬间起，施加高压引弧脉冲，该脉冲的幅值为焊机可能输出电压的最大值，故将大于设定规范下的空载电压值，从而加强了引弧时的电场强度，提高了引弧可靠性，充分发挥了焊机的潜能；(2)在正常施焊时对操作者设定的焊接规范无任何影响；(3)与现有的“并联高压脉冲引弧法”相比，它是在控制电路采取措施，主电路无须做任何改动，故具有制作简单、成本低、无附加能耗的优点；与现有的“热启动引弧法”相比具有因不增加短路电流而带来的能耗低、飞溅倾向减小、无烧穿薄件危险、受焊接区接触电阻的影响小而提高场强的效果均一等优点；(4)由于因熔滴短路过渡引起的电弧再引燃过程与接触引弧过程相似，都经历了先短路、后建立电弧的过程，故同样具有提高由于熔滴短路过渡引起的电弧再引燃可靠性的优点。当焊接规范设定为小规范时，或因空载电压较低(例如ZX5)，或因稳态短路电流低，或因两者都低导致引弧困难。采用本专利技术可使引弧瞬间的空载电压即焊条经与工件短路回抽脱离开工件瞬间所加的高压脉冲的幅值，将远大于设定规范下的空载电压值，可提高引弧瞬间的电场强度，用较强的场发射来弥补热发射的不足，故能显著改善小规范时的引弧性能。同理，本专利技术同样也有利于提高大规范时的引弧性能。附图说明图1为本专利技术的控制电路框图一熔化极初期高压脉冲接触引弧控制电路框图，它是依据前述该专利技术的技术路线设计的。该框图共由六部分组成1为原焊机焊接规范控制系统输出电路，其输出电压的大小对应于一定的相位(当主电路采用可控硅时)或频率(当主电路采用MOS、IGBT等可关断器件时)的大小；2为在焊条回抽开始建立电弧瞬间(或熔滴短路过渡结束要再引燃电弧瞬间)使焊机输出电压达最大值的给定引弧脉冲发生电路；3为在上述1与2间进行选择切换的电路；4为原焊机系统的触发或驱动电路；5为引弧状态(或再引燃状态)的实时检测电路；6为前述给定引弧脉冲的切断电路。其中，1、4部分为原焊机已有电路；2、3、5、6部分是在本专利技术中需另行设计的电路。由引弧状态实时检测电路5输出的信号送至给定引弧脉冲发生电路2，给定引弧脉冲发生电路2的输出和原焊接规范控制系统电路1的输出经选择切换电路3输出至触发或驱动电路4，给定引弧脉冲切断电路6的输出信号输出至给定引弧脉冲发生电路2。依此框图，根据具体焊机的不同情况，可具体设计出很多种控制电路，难以穷尽，在此有代表性地举两例，分别见图2与图3所示。其中图2为ZX5弧焊电源用熔化极初期高压脉冲接触引弧控制电路，其适应面窄，但元件少，电路简单；图3为通用熔化极初期高压脉冲接触引弧控制电路，其适应面宽，可根据具体弧焊电源的需要灵活调整接线或电源极性，但元件数目较多，略显复杂，成本亦较高。图2中，点划线上部为ZX5弧焊电源原有触发脉冲产生电路，点划线下部为本专利技术所设计的熔化极初期高压脉冲接触引弧控制电路。参照框图1作如下简要说明其选择切换电路由位于图2右下角处的二极管VD4和二极管VD5构成的共阳极电路组成，该共阳极M端经一电阻接至原焊机的145号端；引弧状态实时检测电路由电弧电压阀值鉴别稳压管VW1、光耦IC1、三极管反相器VT1及由耦合电容C3、二极管VD2、电阻R7构成的微分电路这四部分和辅助的保护二极管VD1、滤波电容C2、抗干扰稳压管VW2组成，其输出由VT1的集电极经耦合电容C3接至集成电路555的6脚。由于末级采用了微分式输出电路，使得该引弧状态检测电路仅在焊条经与工件短路后，回抽脱离开工件瞬间(或短路过渡结束后电弧再引燃瞬间)，输出一正向窄脉冲(由-15V上跳至接近0V)，在持续的短路状态、持续的燃弧状态、持续的空载状态均输出(-15V)。IC1、C1、C2、VW2均为提高电路的抗干扰能力而设置，瞬间短路时C1尚可经R1和焊接区的等效电阻快速放电，使检测电路响应的实时性得以提高；引弧给定脉冲发生电路由具有比较记忆功能的555集成电路构成，在焊条回抽瞬间(或电弧再引燃瞬间)由555的3脚输出(-15V)的脉冲信号；脉冲切断电路由运放F构成，其输出通过二极管VD3加至555的2脚，A端接原焊机控制电路板上运放F1的输出(此部分电路因原焊机控制电路不同而异，以能保证555所需匹配的电压极性和幅值为原则)；B、C端接原焊机主电路输出端；D端接原焊机控制电路输出端，对于ZX5而言其值始终为一绝对值小于15V的负电平。图2所示ZX5弧焊电源用熔化极初期高压脉冲接触引弧控制电路的工作原理简介如下在此，555受原焊机控制系统电路的限制，采用了0～-15V供电。在电路刚合闸瞬间，555的2脚因电容C4的电压不能突变而为(-15V)，必使3脚输出为高电平，即为0V。其后，由555的3脚经R12对C4充电。引弧时在焊条或焊丝与工件短路期间，焊机输出电压一般低于15V，稳压管VW1将截止，光耦器件IC1也将截至，三极管VT1导通，C3经VT1和VD2快速放电，555的6脚将为(-15V)，555的3脚保持0V不变，焊机输出短路电流由操作者设定的规范控制，高压脉冲引弧控制电路对此间的短路电流无影响。当焊条或焊丝回抽脱离开工件瞬间，光耦器件IC1导通，三极管VT1截至，经电容C3耦合输出一峰值大于(-5V)的正向脉冲，加至555的6脚，则3脚输出翻转为(-15V)，移相电压将自动由操作者设定的规范切换至(-15V)，焊机输出将增至其最大值，即将高压脉冲施加于电弧空间。其后，0～-15V电源经R6、C3、R7对C3充本文档来自技高网...

【技术保护点】
熔化极初期高压脉冲接触引弧控制法，其特征在于：在熔化极接触引弧时，仅仅自焊条或焊丝经与工件短路后回抽脱离开工件瞬间起，通过控制电路迅速提高焊机输出，在其输出端获得幅值为其可能的最大值的高压引弧脉冲，经检测电弧电流或该引弧高压脉冲的持续时间，待电弧引燃后或该引弧高压脉冲持续某一较短时间后立即切断此高压引弧脉冲，焊机输出转由操作者设定的规范控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：张贵峰，王士元，肖克民，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]