專利名稱：微束等離子弧特種焊機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子弧焊機(jī)，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。
70年代開始，國內(nèi)外對(duì)脈沖電弧特性進(jìn)行了廣泛研究，指出脈沖電弧具有能量密度大，電弧挺度大，工藝特性好等特點(diǎn)。但所用頻率皆小于20KHZ，對(duì)于更高頻率的電弧沒有涉及。
哈工大焊接教研室1986年對(duì)較高頻率的電弧進(jìn)行了研究(100KHZ)。指出100KHZ的電弧仍具有上述特點(diǎn)。但所用設(shè)備的空載電壓較高(95V)，且信號(hào)原輸出的脈沖之占空比，頻率不能單獨(dú)調(diào)節(jié)。
目前關(guān)于脈沖等離子弧焊接設(shè)備的空載電壓皆高于75V，輸出電流都是單一頻率且頻率較低，一般都沒有電流遞增裝置，或只有電流遞減裝置。而且電路都比較復(fù)雜。
本發(fā)明的目的和任務(wù)是研制一種能輸出多種波形電流，既能利用高頻脈沖電弧的特點(diǎn)，又能通過低頻調(diào)制控制電弧對(duì)焊縫的熱輸入，且?guī)в幸‰娏鬟f增，熄弧電流遞減裝置，適于薄件，微細(xì)件或某些特種焊的焊機(jī)。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的焊機(jī)由主弧電源、維弧電源、低頻信號(hào)源FD、高頻信號(hào)源FG、波形控制電路BK、電流遞增遞減裝置ZJK等部分組成。本發(fā)明的要點(diǎn)在于采用高頻和低頻兩種信號(hào)源以及波形控制器和電流遞增遞減控制器來靈活的控制焊機(jī)的輸出波形和輸出電流幅度。使之適合于各種尺寸工件包括超薄件和微細(xì)件的焊接。
本發(fā)明焊機(jī)電路組成如附圖1所示主弧電源為晶體管模擬式脈沖弧焊電源本焊機(jī)的特點(diǎn)是1.主弧電源空載電壓低，設(shè)計(jì)為45V，(一般等離子弧焊機(jī)空載電壓為75～140V)。輸出為陡降外特性(附圖2)，由圖2可見45～35V區(qū)間為緩降，35V以下為陡降。但試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)微束等離子弧工作在18V～32V之間，此時(shí)對(duì)應(yīng)電弧長度為2mm～10mm，完全符合微束等離子弧焊接需要，本電源空載電壓雖然低但引弧容易，引弧高度大于5mm，在弧長為10mm時(shí)仍能穩(wěn)定燃燒。
2.可輸出三種不同波形的電流。不同波形的電流可由脈沖信號(hào)源獲得，脈沖信號(hào)源由FDFG及BK組成(附圖3)。FG用以產(chǎn)生5K～100KHZ的高頻方波脈沖信號(hào)，F(xiàn)D用以產(chǎn)生0.5～250HZ的低頻脈沖方波信號(hào)。二信號(hào)的脈寬以及頻率可分別調(diào)節(jié)。BK由D13D14，R20、R21、R22組成，其功能是進(jìn)行波形控制。通過BK可分別調(diào)節(jié)FD、FG及FG/FD之幅值，使主回路輸出不同波形的電流，即0.5～250HZ的低頻脈沖，5K～100KHZ的高頻脈沖及經(jīng)0.5～250HZ調(diào)制的100KHZ的脈沖電流此時(shí)的基值電流仍是100KHZ的高頻電流。輸出電流波形如圖4所示。
3.為適應(yīng)薄件及某些特種焊接的需要，本焊機(jī)還設(shè)有ZJK裝置即電流遞增遞減裝置。該部分的功能是焊接開始時(shí)，主弧電流即線性上升至額定值，結(jié)束時(shí)，主弧電流即線性下降，直至熄弧。遞增、遞減時(shí)間可在0～20S范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。本焊機(jī)的這二種功能可有效地避免引弧及熄弧坑所產(chǎn)生的危害，這一點(diǎn)對(duì)薄件焊接尤其重要，而對(duì)于環(huán)縫焊接更為有利。
ZJK電路如圖6所示，其中VK是由脈沖信號(hào)源輸出并經(jīng)比較放大之后的控制信號(hào)(如圖7a所示)。VSC是用以驅(qū)動(dòng)晶體管組的信號(hào)(如圖7b所示)。起弧時(shí)將開關(guān)K撥向‘Z’位置VSC即由小漸大，焊接電流如圖7b所示方式開始遞增，直至所需值，熄弧時(shí)將開關(guān)K撥向‘J’位置，則VSC漸小，焊接電流開始遞減直至零。
本焊機(jī)ZJK的特點(diǎn)是線路簡單，功能可靠〔圖5〕且兩種功能由同一套裝置來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明焊機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)初級(jí)電壓 單相220V維弧空載電壓 150V維弧電流 3A主弧空載電壓 45V電流調(diào)節(jié)范圍 0.5～30A額定負(fù)載持續(xù)率 ＞60%輸出脈沖頻率 1. 0.5～250HZ2. 5K～100KHZ3. 100KHZ/0.5～250HZ焊機(jī)最大溫升 ＜50℃輸出外特性 陡降本發(fā)明焊機(jī)電路簡單，工作穩(wěn)定，性能可靠且成本低，耗電少。該機(jī)加上高頻引弧裝置還可作為TIG焊機(jī)使用，適于0.1～1mm厚的薄件或細(xì)微件的焊接。
由于本焊機(jī)空載電壓低，只有45V這就使得焊接變壓器省銅、省鐵。每臺(tái)焊機(jī)大致可省銅1/6?？蛰d電壓低帶來的最大好處是節(jié)省大功率晶體管的數(shù)量和每只晶體管上的無功損耗，本焊機(jī)輸出額定平均電流為30A(當(dāng)脈寬比為1∶1時(shí)，峰值電流為60A)以2N6547為例，該管Icm＝15A，Pcm＝175W，如果空載電壓為75V，則至少要20支2N6547管，每只管子平均電流為1.5A，平均功耗Pc＝1.5×(75-Vn-VR)其中Vn為電弧電壓，大約為18-32V，VR為均流電阻及線路壓降，大約為2V，這樣每只管子的功耗大約為Pc＝1.5×(75-18-2)＝82.5w每臺(tái)焊機(jī)無功損耗為82.5×20＝1650W。而本焊機(jī)空載電壓為45V，僅用10只2N6547即可，平均每管上工作電流為3A VR大約為4V，這樣每只管子功耗大約為3×(45-18-4)＝69W每臺(tái)焊機(jī)每小時(shí)功耗大約為69×10＝690W。由此可見，空載電壓降至45V可使每臺(tái)焊機(jī)節(jié)省10只2N6547管(該管現(xiàn)價(jià)45元一只)，成本降低1/5左右;可節(jié)省電能每小時(shí)1650-690＝960W。空載電壓低的另一好處是晶體管安全可靠。焊接中大功率晶體管因過壓，過熱而損壞是難以避免的，而本焊機(jī)由于上述特點(diǎn)，在使用過程中從未發(fā)生過晶體管因過壓，過熱而損壞之現(xiàn)象。
薄件焊接最為頭痛的問題是起弧及收弧處的弧坑引起的焊接缺陷。本焊機(jī)帶有起弧電流遞增，收弧電流遞減裝置，可有效地避免起弧及收弧弧坑所造成的危害，更適于環(huán)縫焊接。
另外本焊機(jī)輸出為脈沖電流，脈沖電流具有使電弧收縮的作用，這就使得本焊機(jī)較一般等離子弧焊機(jī)所產(chǎn)生的電弧具有電弧載面小，能量密度大，電弧指向性強(qiáng)等特點(diǎn)，當(dāng)輸出電流為100KHZ/0.5～250HZ的波形時(shí)，既發(fā)揮了高頻脈沖電弧的上述特點(diǎn)，又可通過(0.5～250HZ)的低頻調(diào)制控制電弧對(duì)焊縫的熱輸入，有利于焊縫成型，因此LHT-30型焊機(jī)所焊試件焊縫熱影響區(qū)小，焊縫成形好，產(chǎn)品合格率高。
本發(fā)明焊機(jī)適用于多種材料的薄件焊接，對(duì)高溫難熔金屬(如Mo)的焊接尤為有利?？捎糜诿裼霉I(yè)、電子工業(yè)、儀表工業(yè)、及航空宇航工業(yè)等薄件或微細(xì)件的焊接。
圖1為本發(fā)明焊機(jī)原理圖。
圖2為焊機(jī)外特性曲線。
圖3為脈沖信號(hào)源電原理圖。
圖4為電弧電流波形照片，其中af＝12HZ I＝15A，bf＝100KHZ I＝5A cf＝100KHZ/3HZ Imax＝5A Imin＝2A d照片c的峰值波形，e照片c之基值波形。
圖5為本焊機(jī)焊接的試件焊縫照片，圖中，a遞增遞減功能驗(yàn)證實(shí)物照片，b高熔點(diǎn)金屬(M0)端焊照片δ＝0.3mm，Ih＝20A，cM0網(wǎng)微束等離子弧釬焊試件照片δ＝0.3mm，Ih＝3A，箭頭指處為網(wǎng)的焊縫。
圖6為ZJK電路圖。
圖7為ZJK波形圖，其中a為控制信號(hào)、b為輸出信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種微束等離子弧焊機(jī)，包括主弧電源和維弧電源，其特征在于該焊機(jī)的脈沖信號(hào)源是由一高頻信號(hào)源FG和一低頻信號(hào)源FD以及波形控制器BK組成，并設(shè)有電流遞增遞減控制電路ZJK。該焊機(jī)的主弧電源空載電壓設(shè)計(jì)為45V。
全文摘要
本發(fā)明焊機(jī)是一種新型多功能微束等離子弧特種焊機(jī)。適于0.1～1mm厚的薄件及微細(xì)件的焊接。
文檔編號(hào)B23K9/09GK1049122SQ89106259
公開日1991年2月13日 申請(qǐng)日期1989年7月29日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月29日
發(fā)明者楊士勤, 周玉生, 蔡士雄 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)