專利名稱：一種用以焊接的中、小功率的mig/mag氣體保護(hù)焊機(jī)短弧控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體保護(hù)焊機(jī)的短弧控制系統(tǒng)，尤指 一種用以 焊接的中、小功率的MIG / M A G氣體保護(hù)焊機(jī)短弧控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的可控硅整流焊機(jī)是80年代至90年代氣體保護(hù)焊機(jī)的主 流設(shè)備，因其飛濺大、電弧不穩(wěn)、焊接質(zhì)量差，很難滿足焊接要求 較高的場合。隨著電子、計算機(jī)和自動控制技術(shù)的發(fā)展，以IGBT為 開關(guān)器件的逆變氣體保護(hù)焊機(jī)正逐步取代可控硅整流焊機(jī)，它具有 體積小、重量輕、節(jié)省原材料、功率因數(shù)高、高效節(jié)能、焊接特性 較優(yōu)良等特點。但以IGBT為開關(guān)器件的逆變氣體保護(hù)焊機(jī)的焊接過 程較為復(fù)雜，它是利用 一個平特性電源和 一個專用的送絲系統(tǒng)組合 而成，當(dāng)吸合啟動開關(guān)時，電源和送絲系統(tǒng)工作，通過送絲系統(tǒng)不 停的送焊絲到焊接電源的正負(fù)兩極來熔化填充或焊接工件。焊接時， 特別是在中、小功率的小電流焊接時電弧是一個短路過渡，焊絲與 工件處在不斷的短路過渡中，電弧的穩(wěn)定很難形成，易產(chǎn)生很大的 飛濺，造成焊縫不美觀，需要釆用DSP或用單片機(jī)來克服電弧穩(wěn)定 性和降低飛濺，這樣不僅提高了焊機(jī)的整體復(fù)雜度，而且成本高、 可靠性也難得到保證。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述缺陷，本發(fā)明提供了一種用以焊接逆變氣體的中、小
功率的MIG/MAG氣體保護(hù)焊機(jī)短弧控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)釆用短路弧壓 控制閉環(huán)電路，保證電弧電壓短路時、電壓恒定在一定值。
細(xì)絲小電流氣體保護(hù)焊機(jī)在焊接過程中是一個短路過渡，其電 流變化率di/dt決定了電弧的穩(wěn)定性及飛濺的大小，焊接工藝表明 在細(xì)絲小電流焊接時短弧要比長弧穩(wěn)定得多，焊接工藝性能也很好， 在焊接短路過渡中可以始終將電弧穩(wěn)定在一個低壓上，則整個焊接 過程會十分穩(wěn)定，飛濺也細(xì)小。依據(jù)這個理論基礎(chǔ)，本系統(tǒng)設(shè)計了 一個負(fù)載電壓恒定電路，當(dāng)焊絲與工件短路時，電壓始終被限制在 較低的電壓范圍內(nèi)，當(dāng)送絲速度恒定時，相對就提高了焊接過程的 短路頻率，這樣形成的電弧長度較短且穩(wěn)定。
為解決上述問題，本發(fā)明是按如下方式來實現(xiàn)的 一種用以焊 接逆變氣體的中、小功率的MIG/MAG氣體保護(hù)焊機(jī)短弧控制系統(tǒng)， 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括控制電源電路；程序控制電路；空載、負(fù)載檢測電 路；電子電流低通濾波器電路；負(fù)載電壓恒定電路；電流檢測電路; P觀電路；驅(qū)動功率放大和反壓電路；
其中控制電源電路釆用開關(guān)電源模式，保證整個系統(tǒng)的供電 穩(wěn)定。程序控制電路使整個機(jī)器按照設(shè)計的時序工作?？蛰d、負(fù)載 檢測電路是當(dāng)焊機(jī)啟動后，區(qū)分焊機(jī)在工作還是休息。電子電流低 通濾波器電路用來控制焊機(jī)輸出電流的變化率。負(fù)載電壓恒定電路是當(dāng)焊接在短路過渡時保持焊機(jī)的輸出電壓恒定；當(dāng)送絲速度恒定
時，提高了焊絲的短路頻率，達(dá)到細(xì)化飛濺的目的。電流檢測電路 是當(dāng)電流過大時對機(jī)器起保護(hù)同時用來抑制電流上升速度。p麗電路
用來輸出脈沖調(diào)節(jié)。驅(qū)動功率放大和反壓電路用來確保IGBT功率管 開通和關(guān)斷。
所述控制電源電路釆用工頻變壓器及模塊LM217穩(wěn)壓技術(shù)；
所述程序控制電路釆用焊槍開關(guān)啟動輸入技術(shù)；
所述空載、負(fù)載檢測電路中R8與R9并聯(lián)后與電流型脈寬調(diào)制 解調(diào)器芯片Dl的2腳串接；
所述電子電流低通濾波器電路釆用電子電流低通濾波器控制技 術(shù)，其中R57、 R56并聯(lián)后與電容C56、 C29、 C28、 C19并聯(lián)后串接 接到電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片D1的2腳。
所述負(fù)載電壓恒定電路中V32的集電極與電容C13、 C14及電阻 R17并聯(lián)后與電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的2腳串接；
所述電流檢測電路中二極管V6與V7并聯(lián)后兩個二極管的陽極 均與電阻R4串接后與電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的2腳串聯(lián)； 電阻R6、 R7并聯(lián)后與Dl的3腳串接；
所述P畫電路的三極管V22的發(fā)射極電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯 片Dl的l腳串接；
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其積極效果在于對焊接短路電流加以 控制，控制短路電流大小也就控制了電流變化率di/dt。保證焊接穩(wěn) 定并能防制飛濺過大，且成本低、體積小、并釆用電子電流低通濾波器電路，反應(yīng)速度快，能有效控制電流的變化率。


圖l是本發(fā)明原理圖
圖中l(wèi)控制電源電路；2程序控制電路；3空載、負(fù)載檢測電 路；4電子電流低通濾波器電路；5負(fù)載電壓恒定電路；6電流檢測 電路；7P麗電路；8驅(qū)動功率放大和反壓電路；
具體實施例方式
本發(fā)明具體實施方式
如下控制電源電路釆用開關(guān)電源模式， 保證整個系統(tǒng)的供電穩(wěn)定。程序控制電路使整個機(jī)器按照設(shè)計的時 序工作?？蛰d、負(fù)載檢測電路是當(dāng)焊機(jī)啟動后，區(qū)分焊機(jī)在工作還 是休息。電子電流低通濾波器電路用來控制焊機(jī)輸出電流的變化率。 負(fù)載電壓恒定電路是當(dāng)焊接在短路過渡時保持焊機(jī)的輸出電壓恒 定。當(dāng)送絲速度恒定時，提高了焊絲的短路頻率，達(dá)到細(xì)化飛濺的 目的。電流檢測電路是當(dāng)電流過大時對機(jī)器起保護(hù)同時用來抑制電 流上升速度。P麗電路用來輸出脈沖調(diào)節(jié)。驅(qū)動功率放大和反壓電路 用來確保IGBT功率管開通和關(guān)斷。由工頻變壓器降壓至AC20V交流 電壓，經(jīng)整流濾波后通過LM217穩(wěn)壓，輸出直流24V和15V,給整個 系統(tǒng)和控制部分提供電源。從焊槍開關(guān)啟動輸入來控制焊機(jī)工作和 停止，啟動焊機(jī)在工作時各子程序工作，如主電路啟動、電磁氣閥 啟動、送絲系統(tǒng)啟動、反燒時間、延遲送氣時間等。電路中Dl( UC2845 )為電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片，其中l(wèi)腳為內(nèi)部誤差放大器輸出，2 腳為誤差放大器反向輸入，3腳為電流檢測輸入端，4腳為頻率振蕩 設(shè)置端，5腳為地，6腳為脈寬調(diào)制輸出端，7腳為電源電壓輸入端, 8腳為基準(zhǔn)電壓5V輸出端。整個短弧系統(tǒng)分為空載、靜態(tài)和動態(tài)三
種狀態(tài)，靜態(tài)是焊機(jī)負(fù)載是恒定時，動態(tài)是焊機(jī)在焊接過程中。當(dāng) 焊機(jī)啟動時Vll截止，Dl的l腳變?yōu)?. l伏電壓以上，Dl的6腳有 脈沖輸出，通過V17、 V18三極管C7、 Cll、 R15輸出至脈沖變壓器 的原邊，耦合至脈沖變壓器的負(fù)邊驅(qū)動IGBT功率管。Cll， C7不僅 有隔直作用，且還有儲能作用.保證脈沖關(guān)斷期間電容上的電壓經(jīng)脈 沖變壓器放電，使其脈沖關(guān)斷期間一直有負(fù)壓加在IGBT柵極上。二 極管V8加速負(fù)脈沖下降沿，使IGBT關(guān)斷更快速。V5、 R16、 R18、 V9、V10電阻和穩(wěn)壓管起反向嵌壓作用，可抑制驅(qū)動變壓器反向峰值。 當(dāng)驅(qū)動變壓器給IGBT柵極輸出脈沖電壓時，焊機(jī)有空載輸出，空載 限制由V2和V1組成，當(dāng)有電流通過電流互感器時，互感器感應(yīng)電 流接至V6、 V7整流，經(jīng)R20、 R22、 R21轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)R4接 至V2基級。空載時V2截止，VI導(dǎo)通，Dl的2腳電壓經(jīng)R8、 R9、 VI 分壓，Dl的2腳為低時，輸出脈寬變寬，相應(yīng)空載電壓就高。負(fù)載 和動態(tài)時V2導(dǎo)通，Vl截止。轉(zhuǎn)為負(fù)載模式。調(diào)節(jié)電壓經(jīng)R49、 R48、 R98、 R99與反饋電壓R90、 R89和V33、 V32組成恒壓系統(tǒng)。當(dāng)焊機(jī) 輸出有電壓，靜態(tài)測試時，給定和反饋比較后加到Dl的2腳，調(diào)節(jié) 給定大小便可調(diào)節(jié)輸出電壓高低。但輸出電壓通過R96、 V43、 V42 到V33的基級，輸出電壓經(jīng)R95、 R8l分壓后通過V38、 R80控制V"的導(dǎo)通來控制靜態(tài)時的脈寬輸出大小。也就是說在靜態(tài)測試時，焊
機(jī)的負(fù)載輸出電壓由V42、 V43來控制到14V左右。當(dāng)負(fù)載電壓高于 14V時輸出電壓經(jīng)R96擊穿穩(wěn)壓管V42、 43使V33導(dǎo)通，V32截止， Dl的2腳電壓變高，脈寬輸出變小。同理，負(fù)載電壓高于14V時， V32導(dǎo)通脈寬輸出變寬，所以焊機(jī)在靜態(tài)負(fù)載測試時，不管負(fù)載電阻 大小如何變化，始終保持在14V左右。當(dāng)焊機(jī)在短路過渡過程焊接 時，實際上是焊機(jī)輸出兩極通過焊絲不停地在短路，輸出電壓波形 是在OV和空載之間變換；當(dāng)焊絲在短路結(jié)東，輸出電壓上升時，電 壓通過R95、 V38給C53充電至V32導(dǎo)通。因為焊絲短路的頻率很快， 所以C53兩端一直有電壓，通過R80使V32在焊接時一直保持導(dǎo)通 狀態(tài)。使D1的2腳變低，2腳高低由給定電位器調(diào)節(jié)，使焊機(jī)輸出 電壓在焊接時可調(diào)。本系統(tǒng)設(shè)計輸出為恒壓特性。就是焊絲在短路 時，當(dāng)電壓恒定時，那么電流就很大，所以本系統(tǒng)設(shè)計了一個電流 反饋電路。當(dāng)電流反饋經(jīng)V12、 R24、 R23經(jīng)C16、 R32濾波分壓后經(jīng) V21加到Dl的2腳，當(dāng)反饋電流越大反饋到Dl的2腳的電壓就越高， 使輸出脈寬變小，保證焊機(jī)的可靠性。當(dāng)輸出電流瞬間變化太大時， 接在電抗器兩端的Rlll的電阻電壓就會在瞬間變化，在經(jīng)R57、 R56 和電容C56、 C29、 C28、 C19耦合到Dl的2腳來控制焊機(jī)輸出電壓。 送絲技術(shù)釆用了電流型N3 2845集成電路作為控制芯片，通過脈寬 調(diào)節(jié)來控制送絲速度(即P麗調(diào)節(jié)技術(shù))，P麗由于調(diào)節(jié)響應(yīng)速度快， 調(diào)節(jié)精度高，故其送絲速度非常穩(wěn)定，此外本項目產(chǎn)品在正常送絲 速度中調(diào)制了另外一個200Hz的脈動頻率，通過這個頻率使焊絲在焊槍內(nèi)部不停的輕微擺動。增加送絲穩(wěn)定性和保證焊機(jī)功率的有效 傳導(dǎo)，減小焊絲在焊槍里的阻力。
所述控制電源電路釆用工頻變壓器及模塊LM217穩(wěn)壓技術(shù)； 所述程序控制電路釆用焊槍開關(guān)啟動輸入技術(shù)； 所述空載、負(fù)載檢測電路中R8與R9并聯(lián)后與電流型脈寬調(diào)制 解調(diào)器芯片D1的2腳串接；
所述電子電流低通濾波器電路釆用電子電流低通濾波器控制技 術(shù)，其中R57、 R56并聯(lián)后與電容C56、 C29、 C28、 C19并聯(lián)后串接 接到電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片D1的2腳。
所述負(fù)載電壓恒定電路中V32的集電極與電容C13、C14電阻R17 并聯(lián)后與電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的2腳串接；
所述電流檢測電路中二極管V6與V7并聯(lián)后兩個二極管的陽極 均與電阻R4串接后與電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的2腳串聯(lián)； 電阻R6、 R7并聯(lián)后與Dl的3腳串接；
所述P麗電路的三極管V22的發(fā)射極電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯 片D1的l腳串接。
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權(quán)利要求
1、一種用以焊接逆變氣體的中、小功率的MIG/MAG氣體保護(hù)焊機(jī)短弧控制系統(tǒng)，其特征在于其包括控制電源電路(1)、程序控制電路(2)、空載、負(fù)載檢測電路(3)、電子電流低通濾波器電路(4)、負(fù)載電壓恒定電路(5)、電流檢測電路(6)、PWM電路(7)、驅(qū)動功率放大和反壓電路(8)，二極管V13、V14串接并與二極管V16、V15串接后并聯(lián)，再與模塊LM217的1端串接，電阻R13與模塊LM217的2端串接，電阻R12、R11并聯(lián)后與模塊LM217的3端串接，電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片D1的6腳與三極管V17、V18并聯(lián)后串接，二極管V8與電容C3并聯(lián)，二極管V5、V9、V10與電阻R16、R18串聯(lián)后接地，二極管V6、V7并聯(lián)并與電阻R20、R22、R21并聯(lián)后串接后接地，電阻R4與三極管V2的基級串接，電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片D1的2腳與電阻R8、R9并聯(lián)后串聯(lián)，并與三極管V1的集電極串接，電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片D1的4腳與電阻R40、R39并聯(lián)后串聯(lián)并與電容C9串聯(lián)后接地，電阻R49、R48并聯(lián)并與電阻R98、R99并聯(lián)后并聯(lián)，再與電阻R90、R89并聯(lián)后串聯(lián)，三極管V33發(fā)射極接地、三極管V32集電極與電阻R69串聯(lián)后接地，電阻R96與電容C45串聯(lián)后接地，二極管V43、V42串聯(lián)并與二極管V39并聯(lián)后再與三極管V33的基級串接，電阻R95、R81串聯(lián)后接地，電容C51、C42、C43、C44并聯(lián)后接地，電容C56接地。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用以焊接逆變氣體的中、小功率的 MIG/MAG氣體保護(hù)焊機(jī)短弧控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制電源電 路采用工頻變壓器及模塊LM217穩(wěn)壓技術(shù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用以焊接逆變氣體的中、小功率的 MIG/MAG氣體保護(hù)焊機(jī)短弧控制系統(tǒng)，其特征在于所述程序控制電路采用焊槍開關(guān)啟動輸入技術(shù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用以焊接逆變氣體的中、小功率的 MIG/MAG氣體保護(hù)焊機(jī)短弧控制系統(tǒng)，其特征在于所述空載、負(fù)載 檢測電路中R8與R9并聯(lián)后與電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的2腳串接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用以焊接逆變氣體的中、小功率的MIG/MAG氣體保護(hù)焊機(jī)短弧控制系統(tǒng)，其特征在于所述電子電流低 通濾波器電路釆用電子電流低通濾波器控制技術(shù)，其中R57、 R56并 聯(lián)后與電容C56、 C29、 C28、 C19并聯(lián)后串接接到電流型脈寬調(diào)制解 調(diào)器芯片D1的2腳。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用以焊接逆變氣體的中、小功率的 MIG/MAG氣體保護(hù)焊機(jī)短弧控制系統(tǒng)，其特征在于所述負(fù)載電壓恒 定電路中V32的集電極與電容C13、 C14電阻R17并聯(lián)后與電流型脈 寬調(diào)制解調(diào)器芯片D1的2腳串接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用以焊接逆變氣體的中、小功率的 MIG/MAG氣體保護(hù)焊機(jī)短弧控制系統(tǒng)，其特征在于所述電流檢測電 路中二極管V6與V7并聯(lián)后兩個二極管的陽極均與電阻R4串接后與 電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的2腳串聯(lián)；電阻R6、 R7并聯(lián)后與 Dl的3腳串接。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用以焊接逆變氣體的中、小功率的 MIG/MAG氣體保護(hù)焊機(jī)短弧控制系統(tǒng)，其特征在于所述P麵電路的 三極管V22的發(fā)射極電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的1腳串接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用以焊接逆變氣體的中、小功率的MIG/MAG氣體保護(hù)焊機(jī)短弧控制系統(tǒng)。采用短路弧壓控制閉環(huán)電路，保證電弧電壓短路時、電壓恒定在一定值，形成穩(wěn)定電弧?？刂齐娫措娐凡捎帽ＷC整個系統(tǒng)的供電穩(wěn)定。程序控制電路使整個機(jī)器按照設(shè)計的時序工作?？蛰d、負(fù)載檢測電路當(dāng)焊機(jī)啟動后，區(qū)分焊機(jī)在工作還是休息。電子電流低通濾波器電路控制焊機(jī)輸出電流的變化率。負(fù)載電壓恒定電路當(dāng)焊接在短路過渡時保持焊機(jī)的輸出電壓恒定。當(dāng)送絲速度恒定時，提高了焊絲的短路頻率，細(xì)化飛濺。電流檢測電路是當(dāng)電流過大時對機(jī)器起保護(hù)同時抑制電流上升速度。PWM電路用來輸出脈沖調(diào)節(jié)。驅(qū)動功率放大和反壓電路確保IGBT功率管開通和關(guān)斷。
文檔編號B23K9/06GK101590559SQ20091013613
公開日2009年12月2日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者曹再華 申請人:浙江巨霸焊接設(shè)備制造有限公司