專利名稱：微束等離子弧特種焊機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子弧焊機，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。
70年代開始，國內(nèi)外對脈沖電弧特性進行了廣泛研究，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。但所用頻率皆小于20KHZ，對于更高頻率的電弧沒有涉及。
哈工大焊接教研室1986年對較高頻率的電弧進行了研究(100KHZ)。指出100KHZ的電弧仍具有上述特點。但所用設(shè)備的空載電壓較高(95V)，且信號原輸出的脈沖之占空比，頻率不能單獨調(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，又能通過低頻調(diào)制控制電弧對焊縫的熱輸入，且?guī)в幸‰娏鬟f增，熄弧電流遞減裝置，適于薄件，微細件或某些特種焊的焊機。
本發(fā)明設(shè)計的焊機由主弧電源、維弧電源、低頻信號源FD、高頻信號源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)明的要點在于采用高頻和低頻兩種信號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件的焊接。
本發(fā)明焊機電路組成如附圖1所示主弧電源為晶體管模擬式脈沖弧焊電源本焊機的特點是1.主弧電源空載電壓低，設(shè)計為45V，(一般等離子弧焊機空載電壓為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。但試驗中發(fā)現(xiàn)微束等離子弧工作在18V～32V之間，此時對應(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源獲得，脈沖信號源由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，F(xiàn)D用以產(chǎn)生0.5～250HZ的低頻脈沖方波信號。二信號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，主弧電流即線性上升至額定值，結(jié)束時，主弧電流即線性下降，直至熄弧。遞增、遞減時間可在0～20S范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。本焊機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，這一點對薄件焊接尤其重要，而對于環(huán)縫焊接更為有利。
ZJK電路如圖6所示，其中VK是由脈沖信號源輸出并經(jīng)比較放大之后的控制信號(如圖7a所示)。VSC是用以驅(qū)動晶體管組的信號(如圖7b所示)。起弧時將開關(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ZJK的特點是線路簡單，功能可靠〔圖5〕且兩種功能由同一套裝置來實現(xiàn)。
本發(fā)明焊機的主要技術(shù)參數(shù)初級電壓 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額定負載持續(xù)率 ＞60%輸出脈沖頻率 1. 0.5～250HZ2. 5K～100KHZ3. 100KHZ/0.5～250HZ焊機最大溫升 ＜50℃輸出外特性 陡降本發(fā)明焊機電路簡單，工作穩(wěn)定，性能可靠且成本低，耗電少。該機加上高頻引弧裝置還可作為TIG焊機使用，適于0.1～1mm厚的薄件或細微件的焊接。
由于本焊機空載電壓低，只有45V這就使得焊接變壓器省銅、省鐵。每臺焊機大致可省銅1/6。空載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，本焊機輸出額定平均電流為30A(當(dāng)脈寬比為1∶1時，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每臺焊機無功損耗為82.5×20＝1650W。而本焊機空載電壓為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每臺焊機每小時功耗大約為69×10＝690W。由此可見，空載電壓降至45V可使每臺焊機節(jié)省10只2N6547管(該管現(xiàn)價45元一只)，成本降低1/5左右;可節(jié)省電能每小時1650-690＝960W?？蛰d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，而本焊機由于上述特點，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，這就使得本焊機較一般等離子弧焊機所產(chǎn)生的電弧具有電弧載面小，能量密度大，電弧指向性強等特點，當(dāng)輸出電流為100KHZ/0.5～250HZ的波形時，既發(fā)揮了高頻脈沖電弧的上述特點，又可通過(0.5～250HZ)的低頻調(diào)制控制電弧對焊縫的熱輸入，有利于焊縫成型，因此LHT-30型焊機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)明焊機適用于多種材料的薄件焊接，對高溫難熔金屬(如Mo)的焊接尤為有利。可用于民用工業(yè)、電子工業(yè)、儀表工業(yè)、及航空宇航工業(yè)等薄件或微細件的焊接。


圖1為本發(fā)明焊機原理圖。
圖2為焊機外特性曲線。
圖3為脈沖信號源電原理圖。
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為本焊機焊接的試件焊縫照片，圖中，a遞增遞減功能驗證實物照片，b高熔點金屬(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、b為輸出信號。
權(quán)利要求
1.一種微束等離子弧焊機，包括主弧電源和維弧電源，其特征在于該焊機的脈沖信號源是由一高頻信號源FG和一低頻信號源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。該焊機的主弧電源空載電壓設(shè)計為45V。
全文摘要
本發(fā)明焊機是一種新型多功能微束等離子弧特種焊機。適于0.1～1mm厚的薄件及微細件的焊接。
文檔編號B23K9/09GK1049122SQ89106259
公開日1991年2月13日 申請日期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 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)