專利名稱：電焊機(jī)引弧裝置及引弧方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電焊機(jī)弓I弧裝置及引弧方法，尤其涉及一種電焊機(jī)高頻弓I弧裝置 及引弧方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)高頻高壓引弧裝置及引弧方法，其引弧電路會(huì)對(duì)焊機(jī)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的干擾， 分析如下在弧焊電源中有兩種起弧方式一種是接觸起弧，一種是非接觸起弧。前者的 起弧電流比后者大得多，起弧時(shí)對(duì)焊機(jī)的干擾較小；但是在某些場(chǎng)合，只能要求用非接觸 起弧。如坦克上的反射透鏡，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等精密器件的焊接，由于工件很薄，通常厚度為 0. 1 0. 5mm，若讓鎢極與工件接觸，會(huì)引起薄工件的燒傷，鎢極燒損以及焊縫夾鎢等缺陷。所述非接觸起弧又分為目前現(xiàn)有的高頻高壓起弧和高壓脈沖起弧兩種方式，傳統(tǒng) 的引弧裝置為高頻高壓引弧，利用工頻變壓器將電網(wǎng)電壓升壓來獲得高壓，起弧時(shí)干擾特 別大，經(jīng)常損壞逆變功率器件或控制板上的CMOS電路，使系統(tǒng)工作極不穩(wěn)定。例如，逆變直流氬弧焊機(jī)是高頻開關(guān)焊接電源，從開關(guān)電源原理可知在開關(guān)變壓 器的初、次級(jí)是一周期方波，例如，以快速可控硅為逆變功率器件，采用PFM調(diào)制，開關(guān)頻率 可達(dá)4-5Hz，以MOS場(chǎng)效應(yīng)管或IGBT為逆變功率器件，采用PWM調(diào)制，開關(guān)頻可達(dá)20_50kHz， 根據(jù)周期信號(hào)的傅立葉級(jí)數(shù)理論，此方波包含了頻率分量nW，這就決定了它含有大量高頻 諧波，如果不對(duì)這些諧波加以抑制，它們就會(huì)以傳導(dǎo)的方式進(jìn)入電網(wǎng)或以輻射的形式發(fā)射 出去，形成干擾。另外，由于開關(guān)管的感性負(fù)載，相當(dāng)于電感與開關(guān)管串聯(lián)，在開關(guān)管快速開 關(guān)時(shí)，電感上產(chǎn)生很高的尖峰電壓，這種尖峰電壓不僅對(duì)開關(guān)管起破壞作用，也可形成大量 諧波，同樣會(huì)形成傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。由于開關(guān)電源初、次級(jí)及匝間存在大量分布電容， 系統(tǒng)中器件與機(jī)殼之間，以及導(dǎo)線間也存在寄生電容，此電容在開關(guān)狀態(tài)突然充放電，也是 一種干擾源。由此可見，高頻開關(guān)電源本身就存在著干擾。如圖1所示，高頻高壓引弧電路直接采用電網(wǎng)電壓升壓，并經(jīng)耦合而達(dá)到引弧的 目的，這種電路會(huì)對(duì)焊機(jī)造成很大的干擾。由于直接從網(wǎng)壓升壓、耦合來使焊機(jī)起弧，一方 面由于能量比較強(qiáng)，焊機(jī)很容易起弧，另一方面，起弧時(shí)，又會(huì)將高壓經(jīng)變壓器Bi、B2耦合 回送給電網(wǎng)，使380V的電網(wǎng)電壓瞬時(shí)可達(dá)到420V以上，這樣會(huì)造成兩種后果，其一是加在 逆變功率元件上的直流高壓會(huì)急劇上升，可能超過功率元件的耐壓而損壞功率元件，使逆 變失敗，其二是控制電路的工作電壓瞬時(shí)上升，破壞CMOS集成電路，導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。 另外，這種電路起弧時(shí)有很多高頻成分，可能形成輻射干擾。當(dāng)然，傳導(dǎo)干擾和輻射干擾相 比較，傳導(dǎo)干擾要強(qiáng)得多。因此，在抑制干擾時(shí)主要考慮傳導(dǎo)干擾。下面都是針對(duì)傳導(dǎo)干擾 進(jìn)行討論的。對(duì)上述干擾，可以在高頻變壓器次級(jí)加LC濾波器，但效果并不顯著。因此，在 高頻引弧電路的設(shè)計(jì)中，既要考慮使焊機(jī)容易起弧，又要盡量減少對(duì)焊機(jī)的干擾，這樣整個(gè) 系統(tǒng)才能穩(wěn)定地工作，即一種新型的克服上述缺陷的高頻引弧裝置的發(fā)明勢(shì)在必行。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)背景技術(shù)中所涉及的問題，即在傳統(tǒng)高頻引弧電路的設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)兩種 后果，其一是加在逆變功率元件上的直流高壓會(huì)急劇上升，可能超過功率元件的耐壓而損 壞功率元件，使逆變失敗，其二是控制電路的工作電壓瞬時(shí)上升，破壞CMOS集成電路，導(dǎo)致 系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。為克服上述缺陷，本發(fā)明采用了一種新的技術(shù)方案，一種電焊機(jī)引弧裝置及引弧 方法，所述引弧裝置，其包括鎢極、高頻變壓器、耦合變壓器、電源變壓器、開關(guān)管及火花塞， 所述引弧裝置采用非接觸型的高壓脈沖起弧方式；所述高壓脈沖起弧方式由高壓脈沖起 弧電路實(shí)現(xiàn)，所述高壓脈沖起弧電路中的電壓經(jīng)電源變壓器的一組次級(jí)電壓經(jīng)整流、開關(guān) 管變換后輸入高頻變壓器；所述起弧電壓的提高通過調(diào)整火花塞的氣隙來實(shí)現(xiàn)；所述待焊 接工件與鎢極之間的距離不大于5毫米，且同時(shí)保持將鎢極磨尖；所述耦合變壓器可為HT 箔式耦合隔離變壓器；所述開關(guān)管采用陶瓷氣體放電管；所述高壓脈沖起弧電路可設(shè)置于 PCB電路板上。所述引弧方法，其步驟如下(1)所述引弧方法采用非接觸型的高壓脈沖起弧方式起??；(2)所述高壓脈沖起弧方式由高壓脈沖起弧電路實(shí)現(xiàn)；(3)當(dāng)有方波信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)加到高壓脈沖起弧電路時(shí)，電路中的開關(guān)作用將 低幅度的直流電壓逆變?yōu)楦叻鹊慕涣鞣讲妷海@個(gè)電壓向電容充電，當(dāng)電容上的電壓 超過電路中的火花塞的擊穿電壓時(shí)，火花塞就會(huì)放電，以形成LC振蕩回路，產(chǎn)生的高頻振 蕩經(jīng)耦合升壓可達(dá)到甚高幅度的電壓，加到工件與鎢極間達(dá)到引弧的目的；所述待焊接工 件與焊接機(jī)的鎢極之間的距離不大于5毫米，且要同時(shí)保持將鎢極磨尖；所述高壓脈沖起 弧電路中的耦合變壓器為HT箔式耦合隔離變壓器，所述開關(guān)管采用陶瓷氣體放電管。本發(fā)明的有益效果是可以很方便地控制高頻強(qiáng)度，減少對(duì)焊機(jī)的干擾，同時(shí)又能 使焊機(jī)很輕松地起弧，大大提高了焊機(jī)工作的可靠性，而且裝置整體結(jié)構(gòu)合理，抗干擾能力 強(qiáng)，安裝過程簡(jiǎn)單方便，減低了成本。


通過以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解其發(fā)明的目的、 具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。其中，附圖為圖1為背景技術(shù)中所述的高頻高壓引弧電路的原理示意圖。圖2為發(fā)明高壓脈沖引弧電路的原理示意圖。圖3為大功率晶體管BUY71(T1)的驅(qū)動(dòng)電路示意圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖具體介紹本發(fā)明的各種實(shí)施例，圖中相同的結(jié)構(gòu)或功能用相同的數(shù) 字標(biāo)出。應(yīng)該指出的是，附圖的目的只是便于對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例的說明，不是一種多余的 敘述或是對(duì)本發(fā)明范圍的限制，此外，附圖沒有必要按比例畫出。本發(fā)明采用了一種新的電焊機(jī)引弧裝置及引弧方法，其采用非接觸起弧中的高壓 脈沖起弧方式，克服了或者說是減小了高頻高壓起弧方式所帶來的干擾，具體引弧裝置的結(jié)構(gòu)及引弧方法的功能分析如下本發(fā)明電焊機(jī)引弧裝置包括鎢極、高頻變壓器、耦合變壓器、電源變壓器、開關(guān)管 及火花塞等許多必不可少的基本器件(未圖示)，所述引弧裝置采用非接觸型的高壓脈沖 起弧方式；所述高壓脈沖起弧方式由高壓脈沖起弧電路實(shí)現(xiàn)，如圖2所示，其中所述耦合變 壓器為HT箔式耦合隔離變壓器，其替代了傳統(tǒng)的線繞耦合隔離變壓器，大大減小了電焊機(jī) 的體積，降低了成本，并在高壓脈沖起弧電路的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增加了抗干擾能力；所述開關(guān) 管可以采用陶瓷氣體放電管，其利用陶瓷氣體放電管本身的開關(guān)特性取代了傳統(tǒng)的逆變電 路，可以進(jìn)一步使本發(fā)明裝置內(nèi)部控制電路簡(jiǎn)化，增強(qiáng)整體的抗干擾能力和穩(wěn)定性，當(dāng)然也 可以直接使用傳統(tǒng)的開關(guān)管，或者是逆變電路等；所述高壓脈沖起弧電路可設(shè)置于PCB電 路板上，整個(gè)裝置如此改進(jìn)，安裝過程進(jìn)一步變的簡(jiǎn)單方便，整體結(jié)構(gòu)更加合理。下面將具 體介紹本發(fā)明的最重要的發(fā)明點(diǎn)一脈沖起弧電路如圖2所示，本發(fā)明電焊機(jī)引弧裝置的 高頻變壓器Bl的初級(jí)電壓并不直接來自網(wǎng)壓，而是將電源變壓器的一組次級(jí)電壓經(jīng)整流、 開關(guān)管變換再作為Bl的輸入，這樣就起了隔離作用，起弧時(shí)，高壓就不會(huì)直接耦合到電網(wǎng)， 對(duì)功率元件和控制板上的CMOS集成電路的干擾就很小。當(dāng)然，由于高頻變壓器Bl的初級(jí) 電壓不直接來自網(wǎng)壓，起弧能量要弱得多，這可以通過調(diào)整火花塞的氣隙來提高起弧電壓， 達(dá)到起弧目的。對(duì)比；圖1是傳統(tǒng)的高頻高壓引弧電路，圖2是新型高壓脈沖引弧電路。兩者原理 相似，都是利用高壓擊穿火花氣隙，使之產(chǎn)生LC振蕩，然后將高頻振蕩電壓經(jīng)耦合，升壓加 到電極與工件之間，達(dá)到引弧的目的。但是當(dāng)圖2中的輸入電壓為交流40伏，來自控制變 壓器的一組次級(jí)電壓經(jīng)整流，控制變壓器的初級(jí)為交流380伏。輸入電壓經(jīng)全橋整流，濾波 后，Cl上的電壓約為56伏，為直流電壓。Bl為升壓變壓器，C2為振蕩電容，HF為火花塞， B2為耦合變壓器，Tl (即BUY71)為大功率晶體管GTR。S卩，當(dāng)某一頻率的方波信號(hào)(本發(fā)明實(shí)施例的頻率為50千赫)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)加到 Tl的基極和射極時(shí)，Tl的開關(guān)作用將56伏的直流電壓逆變?yōu)? 000多伏的交流方波電壓。 這個(gè)電壓向C2充電，當(dāng)C2上電壓超過火花塞的擊穿電壓時(shí)，火花塞就會(huì)放電，使C2和B2 的初級(jí)構(gòu)成LC振蕩回路，產(chǎn)生的高頻振蕩經(jīng)B2耦合升壓可達(dá)到七千多伏，加到工件與鎢極 間達(dá)到引弧的目的。如圖3所示為圖2中所述的大功率晶體管Tl的驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)給其加上15伏電源 電壓，15伏電壓經(jīng)R7，D3，C5形成充電回路，對(duì)C5充電，充電時(shí)間tc = R7. C5，此時(shí)NE555 的3腳為高電平。當(dāng)充電到一定程度，NE 555的2、6腳為高電平時(shí)，其3腳變成低電平，C5 經(jīng)R6放電，放電時(shí)間td = R6. C5，當(dāng)C5放電到NE555的2、6腳為低電平時(shí)，NE555的3腳 再次變高，如此循環(huán)，形成振蕩，再經(jīng)T2、T3的放大，最后輸出脈沖信號(hào)。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，本發(fā)明人同時(shí)作了傳統(tǒng)的高頻高壓引弧電路和新型高壓脈沖引弧電路 的引弧實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)將高頻引弧器的輸出和焊機(jī)的輸出相串聯(lián)，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的高頻高壓引弧 器由于其引弧高壓來自380伏的網(wǎng)壓經(jīng)耦合升壓而得，能量很大，起弧很容易。但是高頻高 壓對(duì)焊機(jī)的主電路和控制電路干擾極大，通過示波器觀察，發(fā)現(xiàn)起弧瞬間，工頻變壓器的輸 入由于高頻耦合，由380伏升至420伏，甚至更高，加到CMOS電路上的電源電壓也由15伏 升至17伏以上，導(dǎo)致功率元件和控制板上的集成電路等敏感元件受到嚴(yán)重的破壞。而用本 發(fā)明電焊機(jī)高頻引弧器引弧時(shí)，能量較前者弱得多，起弧也較前者困難，但是只要保持工件與鎢極之間的距離不太遠(yuǎn)(約3-5毫米)，且同時(shí)保持將鎢極磨尖，還是可輕松地起弧的，且 成功率在95 %以上。仍然通過示波器觀察，高頻起弧時(shí)對(duì)主電路和控制電路的干擾極小，因 此焊機(jī)工作時(shí)非常穩(wěn)定，大大降低了故障率，更重要的是保護(hù)了待焊接的工件，使很多原本 由于干擾不可以焊接的工件可以采用新的方式進(jìn)行加工。綜上所述，本發(fā)明提出的新型電焊機(jī)引弧裝置所采用的高壓脈沖引弧電路和傳統(tǒng) 的高頻高壓引弧電路相比，對(duì)焊機(jī)干擾極小，用于直流氬弧焊機(jī)的高頻起弧，效果極佳，系 統(tǒng)工作很穩(wěn)定，不失為一種好的起弧裝置。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。任 何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，利用上述揭示的方法內(nèi) 容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，均屬于權(quán)利要求書保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
一種電焊機(jī)引弧裝置，其包括鎢極、高頻變壓器、耦合變壓器、電源變壓器、開關(guān)管及火花塞，其特征在于所述引弧裝置采用非接觸型的高壓脈沖起弧方式起弧。
2.如權(quán)利要求1所述的電焊機(jī)引弧裝置，其特征在于所述高壓脈沖起弧方式由高壓 脈沖起弧電路實(shí)現(xiàn)，所述高壓脈沖起弧電路中的電壓經(jīng)電源變壓器的一組次級(jí)電壓整流、 開關(guān)管變換后輸入高頻變壓器。
3.如權(quán)利要求1-2之一所述的電焊機(jī)引弧裝置，其特征在于所述起弧電壓的高低調(diào) 整通過調(diào)整火花塞的氣隙大小來實(shí)現(xiàn)。
4.如權(quán)利要求1-2之一所述的電焊機(jī)引弧裝置，其特征在于所述待焊接工件與鎢極 之間的距離不大于5毫米，且同時(shí)保持將鎢極磨尖。
5.如權(quán)利要求1所述的電焊機(jī)引弧裝置，其特征在于所述耦合變壓器為HT箔式耦合 隔離變壓器。
6.如權(quán)利要求1-2之一所述的電焊機(jī)引弧裝置，其特征在于所述開關(guān)管采用陶瓷氣 體放電管。
7.如權(quán)利要求2所述的電焊機(jī)引弧裝置，其特征在于所述高壓脈沖起弧電路可設(shè)置 于PCB電路板上。
8.一種電焊機(jī)引弧方法，其特征在于(1)所述引弧方法采用非接觸型的高壓脈沖起弧方式起?。?2)所述高壓脈沖起弧方式由高壓脈沖起弧電路實(shí)現(xiàn)；(3)當(dāng)有方波信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)加到高壓脈沖起弧電路時(shí)，電路中的開關(guān)作用將低幅 度的直流電壓逆變?yōu)楦叻鹊慕涣鞣讲妷?，這個(gè)電壓向電路中的電容充電，當(dāng)電容上的 電壓超過電路中的火花塞的擊穿電壓時(shí)，火花塞就會(huì)放電，以形成LC振蕩回路，產(chǎn)生的高 頻振蕩經(jīng)耦合升壓可達(dá)到甚高幅度的電壓，加到工件與鎢極間達(dá)到引弧的目的。
9.如權(quán)利要求8所述的電焊機(jī)引弧方法，其特征在于所述待焊接工件與電焊機(jī)的鎢 極之間的距離不大于5毫米，且要同時(shí)保持將鎢極磨尖。
10.如權(quán)利要求8所述的電焊機(jī)引弧方法，其特征在于所述高壓脈沖起弧電路中的耦 合變壓器為HT箔式耦合隔離變壓器，所述開關(guān)管采用陶瓷氣體放電管。全文摘要
本發(fā)明公開了一種電焊機(jī)引弧裝置及引弧方法，所述引弧裝置包括鎢極、高頻變壓器、耦合變壓器、電源變壓器、開關(guān)管及火花塞，所述引弧裝置采用非接觸型的高壓脈沖起弧方式；所述高壓脈沖起弧方式由高壓脈沖起弧電路實(shí)現(xiàn)，所述高壓脈沖起弧電路中的電壓經(jīng)電源變壓器的一組次級(jí)電壓經(jīng)整流、開關(guān)管變換后輸入高頻變壓器，其有益效果是可以很方便地控制高頻強(qiáng)度，減少對(duì)焊機(jī)的干擾，同時(shí)又能使焊機(jī)很輕松地起弧，大大提高了焊機(jī)工作的可靠性，而且裝置整體結(jié)構(gòu)合理。
文檔編號(hào)B23K9/067GK101879647SQ20091005076
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2009年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月7日
發(fā)明者徐歡 申請(qǐng)人:上海滬工電焊機(jī)制造有限公司