專利名稱：焊接電源的起弧裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接以及焊接電源，更具體地說是一種焊接時(shí)的起弧方法和裝置。
電弧焊接是一種眾所周知的工藝，在焊接過程中，焊條與焊件之間產(chǎn)生電弧，借助電弧的能量來完成焊接過程。電焊工藝包括許多類型，如SMAW(焊條保護(hù)型弧焊)和GTAW(氣保護(hù)鎢極電弧焊)，GTAW也稱(TIG，鎢極惰性氣體)焊接。而且，所知焊接電源有多種供電方式，如DC供電方式、AC供電方式和AC/DC供電方式。電弧焊接工藝可以使用消耗型電極(SMAW)或非消耗型電極(GTAW)。
一種熟悉的DC焊接電源接受AC線電壓，且為焊接提供一個(gè)合適的DC電流。這種電源裝置可包括接收AC電壓的整流器和把經(jīng)整流后的電壓轉(zhuǎn)變?yōu)镈C電流的轉(zhuǎn)換器，有的電源裝置也包括變壓器和整流器。一般說來，DC電源裝置的輸出電路包括一個(gè)感應(yīng)線圈，無論電弧位于何種狀態(tài)，它將有助于維持一個(gè)持續(xù)的電流。不管負(fù)載有何變化(例如電弧長度的改變)，感應(yīng)線圈都能產(chǎn)生足夠的感應(yīng)以維持電焊電流。
相似地，以轉(zhuǎn)換器為基礎(chǔ)的AC電源供給裝置包括一個(gè)整流器、一個(gè)變壓器、一個(gè)轉(zhuǎn)換器和一個(gè)輸出感應(yīng)線圈(安裝在變壓器中)。
眾所周知，在焊接中維持一個(gè)電弧比產(chǎn)生一個(gè)電弧容易，這從部分原因上講是因?yàn)槠鸹≈?，電?包含有電離氣體)與非電離氣體相比有較小的電阻，與維持一個(gè)電弧相比，產(chǎn)生一個(gè)電弧需要較高的電壓。
眾所周知的辦法是提供一個(gè)高頻覆蓋以幫助起弧，這樣的覆蓋由施加的一個(gè)高頻電壓以及穿過電弧低電流信號(hào)組成。這個(gè)高頻信號(hào)可以施加在一個(gè)與電弧電焊電源相連的高頻耦合線圈上。這個(gè)高頻耦合線圈可以是電焊電源式用于電焊電源的輸出的外部線圈的一部分。這個(gè)高頻覆蓋可以只施加在起動(dòng)時(shí)，維持運(yùn)行時(shí)，或其它類似需要的地方。特別地，當(dāng)這個(gè)高頻施加后產(chǎn)生一個(gè)高頻輝光放電，以幫助起弧。當(dāng)通過輸出感應(yīng)線圈給焊機(jī)的輸出施加一個(gè)較小的電壓(比如小于100伏)時(shí)，輝光放電便轉(zhuǎn)化為電弧。
在直到高頻施加在前面所說的起弧裝置上的感應(yīng)線圈中，才有電流流動(dòng)，然而輸出感應(yīng)線圈中產(chǎn)生一個(gè)電流需要較長的時(shí)間，這常常(與感應(yīng)的大小有關(guān))比輝光放電高頻的有效時(shí)間還要長，因此起動(dòng)裝置不是很可靠的，因?yàn)楹附与娏鬟€沒有到達(dá)足夠大的值以維持到高頻和輝光放電就已經(jīng)停止了。
起弧裝置經(jīng)常作為附加裝置進(jìn)行銷售，焊接起弧裝置和電焊電源輸出螺栓相聯(lián)接，且焊接起弧裝置依次提供輸出螺栓和焊接電纜相連接。
在對(duì)現(xiàn)在的電焊電源件改進(jìn)方面，這樣的附件是有益的，并且不需要購買起弧裝置，除非確實(shí)需要。與之等效，起弧裝置做在電源內(nèi)部是理想的，這樣最大限度地降低復(fù)雜性和麻煩。由此高頻起動(dòng)裝置在高頻電流或輝光放電結(jié)束之前提供合適的電流，這樣對(duì)產(chǎn)生電弧是理想的。另外，這樣一套系統(tǒng)的制造相對(duì)地簡單且廉價(jià)，此外這套系統(tǒng)如果能夠裝入電源電部成為電源的一部分，或者作為外部件附在電焊輸出螺栓上，將是理想的。
本發(fā)明是一種電焊電源，這種電焊電源提供一個(gè)電焊電流給焊條和焊件，它還有一個(gè)起弧電路，這個(gè)電源還包括了有一個(gè)感應(yīng)線圈的電焊電流源，這種感應(yīng)線圈和電流源連接在一對(duì)諸如輸出螺栓之類的輸出端上；電焊電流回路的組成中包括一個(gè)電流源、一對(duì)輸出感應(yīng)線圈、輸出端以及焊條和焊件。一個(gè)啟動(dòng)電壓源(諸如一個(gè)高頻耦合線圈)也包含在內(nèi)。起弧電路為感應(yīng)范圍中的電流提供一個(gè)可控制的電流回路，這里這個(gè)可控制的電流回路不是電焊電流回路。
按照另一種替代方案，起弧電路與一個(gè)直流源、一個(gè)感應(yīng)線圈和一個(gè)開關(guān)相連，一個(gè)在焊接電流加入前控制開關(guān)閉合的控制器也被包含在內(nèi)。這個(gè)開關(guān)可能是一個(gè)三極管或者其它種類的開關(guān)。按照另一種方案，起弧裝置還包括一個(gè)限流元件，例如是一個(gè)電阻。
依據(jù)另一個(gè)裝置，起弧電路包括一個(gè)分擔(dān)輸出感應(yīng)線圈的磁心的起弧感應(yīng)線圈，按照一種方案，起弧感應(yīng)線圈和輸出感應(yīng)線圈是由單股感應(yīng)線圈的并連分接頭組成的。
在一種結(jié)構(gòu)構(gòu)成中，起弧電路向外與電源和輸出螺栓相連，其中包括它自己的一對(duì)輸出螺栓，這個(gè)起弧裝置的螺栓可以和焊件以及焊條相連接。在另一種替換實(shí)施例中，起弧裝置配置在電焊電源的內(nèi)部而且和輸出螺栓相連接。在其它的可選擇裝置中，電源可以是AC、DC或AC/DC的任意一種。
本發(fā)明所涉及到的另一個(gè)方面是一種電弧電焊的方法，包括通過焊條與焊件的感應(yīng)產(chǎn)生電流以致形成焊接電流回路的步驟。當(dāng)需要產(chǎn)生電弧時(shí)，將啟動(dòng)電壓加上電焊電流回路，并且在啟動(dòng)電流出現(xiàn)前提供一個(gè)包括電感的啟動(dòng)電流回路。
本發(fā)明涉及到的第三個(gè)方面是與焊接電源配合使用的焊接起弧裝置，該電源含有一個(gè)輸出感應(yīng)線圈和一個(gè)焊接電流電路，這個(gè)起弧裝置包括一個(gè)在焊接電流回路中的高頻電壓源和一個(gè)起弧回路，起弧電路是連接在輸出電感線圈，它提供一個(gè)不同于焊接電流電路的控制感應(yīng)線圈中的電流的控制電路。
本發(fā)明所涉及到的第四個(gè)方面是一種啟動(dòng)焊接電弧的方法，它包括當(dāng)要求產(chǎn)生電弧時(shí)將一個(gè)高頻電壓提供給一個(gè)焊接電流回路，并且在加入高頻電壓之前提供一個(gè)包含電感的起弧電流電路的步驟。


圖1是一個(gè)直流焊接電源的示意圖，該電源包含一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)外置起弧裝置。
圖2是一個(gè)直流焊接電源的示意圖，該電源包含一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例而內(nèi)設(shè)的(或整體化的)一個(gè)起弧裝置。
圖3是關(guān)于交流焊接電源的示意圖，該焊接電源含有一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)內(nèi)設(shè)起弧裝置。
在詳細(xì)介紹本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例之前，應(yīng)該了解的是，本發(fā)明并不限于在隨后對(duì)電路的描述或說明中對(duì)元件的設(shè)計(jì)和安排方面的細(xì)節(jié)。本發(fā)明也能夠使其它裝置以不同的方式工作或運(yùn)行。還應(yīng)該了解的是，這里所用到的措詞和術(shù)語只是以更好的描述為目的，而并不應(yīng)被看作是僅有的用法。
本發(fā)明主要是針對(duì)在焊接電源的使用中的起弧裝置而作出的。它將在直流焊接電源的使用中詳盡介紹，并且它的替代品將在交流焊接電源的使用中詳盡介紹。但是，顯而易見的，那些展示的替代品并不限定于所展示的結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在讓我們來看電路圖1，一個(gè)標(biāo)號(hào)為100的焊機(jī)向焊條110供應(yīng)焊接電流以焊接焊件111。焊接電源101是個(gè)典型的直流焊接電源，它包括一個(gè)直流電壓源102和一個(gè)輸出感應(yīng)線圈103。輸出感應(yīng)線圈103也可叫做穩(wěn)弧器或控制器，這里用到的輸出感應(yīng)線圈趨向于使焊接電流維持在一個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)的幅度上。直流焊接電源101從輸出螺栓104a和104b向外輸出。傳統(tǒng)的未使用本發(fā)明的直流焊接電源將焊條101與輸出螺栓104a，焊件111與輸出螺栓104b分別直接相連。
然而根據(jù)本發(fā)明，與輸出螺栓104a和104b相連的是起弧裝置105，它包括輸出螺栓109a和109b，焊條110與109a相連，焊件111與109b相連。起弧裝置105包括一個(gè)典型的高頻耦合線圈106、一個(gè)三極管108和一個(gè)電阻107。早期的直流焊接電源包括一個(gè)起弧裝置，該裝置包括串聯(lián)在一個(gè)諸如電感103的輸出感應(yīng)線圈與焊條之間的一個(gè)象線圈106的高頻耦合線圈。
這里披露的具有創(chuàng)造性的起弧裝置所產(chǎn)生的電流，在高頻耦合線圈106所產(chǎn)生的高頻電壓加入之前，將流過感應(yīng)線圈103。特別是，在高頻電壓加入之前，三極管108將被控制電路導(dǎo)通。這種控制電路的特別設(shè)計(jì)并不重要，它即可以是一個(gè)獨(dú)立的控制電路，也可以是高頻控制電路的一部分，或者是焊接電源101控制板的一部分。三極管108可能是某個(gè)開關(guān)，例如一個(gè)SCR，或是IGB三極管，或是一個(gè)繼電器。當(dāng)開關(guān)108閉合，電流便從直流電壓源102流過感應(yīng)線圈103和限流電阻107。這樣便允許感應(yīng)線圈103中的電流恢復(fù)(或可能使感線圈103的內(nèi)部飽和)。然而，當(dāng)高頻電壓作用于耦合線圈106時(shí)，便形成光亮的放電現(xiàn)象，感應(yīng)線圈103中的電流便很大，并且大到足夠啟動(dòng)和維持電弧的電流會(huì)很快形成。
電阻107是用來在使感應(yīng)線圈103的內(nèi)部飽和的過程中起限流作用的。當(dāng)電流通過電弧形成以后，三極管108將截止。另一種情況下，當(dāng)輝光放電現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，三極管108也將截止。因此，如果電弧尚未形成，感應(yīng)線圈103將導(dǎo)致一個(gè)高電壓的形成，以補(bǔ)充由高頻耦合線圈106所形成的高壓，也將有助于啟動(dòng)電弧。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，感應(yīng)線圈103產(chǎn)生的高電壓本身就足以產(chǎn)生電弧。
因此，可以看到，那個(gè)包含一個(gè)在限流裝置中的開關(guān)的簡單卻精致的電路將使電流以一種穩(wěn)定并且持續(xù)的方式啟動(dòng)。幾種安排的方案具有選擇性，比如對(duì)三極管108選擇使用不同類型的開關(guān)，或者針對(duì)電阻107使用不同類型的限流裝置，或者整個(gè)忽略掉電阻107。另一種可選擇的方式是通過控制電源來限流。還有一種選擇是把起弧電路105放置在跨接在感應(yīng)線圈103而不是電壓源102的位置上。此時(shí)電流源被作為起弧電路105的一部分，以便使感應(yīng)線圈103達(dá)到飽和。一個(gè)不同于高頻耦合線圈106的高壓源也可以使用。此外，耦合線圈106也可以與感應(yīng)線圈103組合(磁性地或電氣地)在一起。
圖1中所示的實(shí)施例與電焊機(jī)輸出端相連，因此是一個(gè)外部的啟動(dòng)裝置。這樣的一個(gè)起弧裝置可以從焊接電源101中分離(或作為其中一部分)出售。由于起弧裝置105與電源101的輸出端相連，所以它可以很容易地拆卸以從電源中獨(dú)立出來。
圖2展示了可選擇的具有創(chuàng)造性的起弧裝置，該裝置也用在直流電源上。電弧焊機(jī)200包括電源201，它的兩個(gè)輸出螺栓104a和104b分別與電焊條和焊件相連。電弧焊機(jī)200包括一個(gè)直流電壓源102和一個(gè)輸出感應(yīng)線圈203，三極管108則通過限流電阻107或感應(yīng)線圈203相連。感應(yīng)線圈203與感應(yīng)線圈103(圖1中)不同，它包含有并聯(lián)的分接頭。第一個(gè)分接頭用于焊接電流的輸出，第二個(gè)分接頭用于起弧裝置，該裝置包括電阻107和開關(guān)108。對(duì)應(yīng)于焊接電流的分接頭包含典型數(shù)量的線圈匝數(shù)，而對(duì)應(yīng)于起弧裝置的分接頭卻含有較多匝數(shù)的線圈，然而，感應(yīng)線圈203的磁芯將被一個(gè)較小的流經(jīng)電阻107和三極管108的電流所飽和。
圖2所示的起弧裝置的操作與電路圖1中的相似。首先，在高頻電壓加入之前三極管108導(dǎo)通，則電流流過感應(yīng)203、電阻107和開關(guān)108。但是當(dāng)高頻電壓加入并且輝光放電現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，將要流經(jīng)焊條110和焊件111的電流就準(zhǔn)備好了。因此，起弧以一種穩(wěn)定的方式連貫地完成。圖2所表現(xiàn)一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是只需較小的電流便可啟動(dòng)電弧，迄今為止，這種方式是所有方式中最有效。限流電阻107在這種方式中也將不再重要。
圖2所示是一個(gè)內(nèi)置的起弧裝置，即起弧裝置在焊接機(jī)器的內(nèi)部。因此，電阻107的控制部件仍舊以傳統(tǒng)的方式設(shè)置于焊機(jī)200的控制面板上。
另一個(gè)替代性的實(shí)施例是借助本發(fā)明中的起弧裝置，它帶有以一個(gè)交流轉(zhuǎn)換器為基礎(chǔ)的焊接電源，如電路圖3所示。圖3中所示的交流焊接電源包括一個(gè)直流電壓源102、感應(yīng)線圈103和轉(zhuǎn)換器301。轉(zhuǎn)換器301是由開關(guān)302、303、304和305組成的H形電橋。該H形電橋在輸出螺栓104a和104b輸出。焊條110通過一個(gè)高頻線圈106與輸出螺栓104a相連，焊件111則與輸出螺栓104b相連。圖3中還示出了一個(gè)電流變換器，它將用于監(jiān)控輸出電流。
總的來講，直流電壓源102和感應(yīng)線圈103是用來提供一個(gè)直流。轉(zhuǎn)換器301則切換這個(gè)直流流過機(jī)器的輸出端，這樣便可輸出一個(gè)交流電流輸出。依照本發(fā)明，起弧裝置包括三極管108和電阻107，這些部件設(shè)置在直流電壓源102和感應(yīng)線圈103之間。這樣一來，在通過高頻線圈106加入高頻電壓以前，三極管108便已導(dǎo)通。如上所述，電流將流過感應(yīng)線圈103，而當(dāng)高頻電壓加入時(shí)，電流將準(zhǔn)備提供給電弧。
此外，在該實(shí)施例中，電流變換器305是用來取得焊接電流的指示信號(hào)的。因?yàn)樵陔娏髁鹘?jīng)電弧之前，如果突然使三極管108截止，將可能在焊條與焊件之間產(chǎn)生一個(gè)與各部件的尺寸等因素有關(guān)的不安全電壓，變流器305則用來檢測何時(shí)加入了焊接電流。具體說來，一個(gè)超過臨界值的信號(hào)將被作為焊接電流已加入的標(biāo)志，與此相對(duì)，一個(gè)低于臨界值的信號(hào)將表明焊接電流尚未加入。在焊接電流尚未超過臨界值時(shí)，三極管108的控制電路將使其維持在導(dǎo)通的狀態(tài)。
對(duì)于這里所討論的元件設(shè)計(jì)和設(shè)置，可以在不背離后附的權(quán)利要求的前提下作出不少修改。
權(quán)利要求
1.一種用于向電焊條和焊件提供焊接電流的焊接電源，包括一個(gè)焊接電流源，其包括一個(gè)輸出感應(yīng)線圈；一對(duì)輸出端，其與所述焊接電流電源連接，輸出端還可以與電焊條和焊件連接，從而構(gòu)成一個(gè)包括電流源、輸出感應(yīng)線圈、輸出端、電焊條和焊件在內(nèi)的焊接電流通路；一個(gè)起弧電路，其與輸出感應(yīng)線圈相連，該起弧電路為感應(yīng)線圈中流動(dòng)的電流提供一個(gè)有別于焊接電流通路的可控電流通路。
2.如權(quán)利要求1所述的焊接電源，其中所述起弧電路與輸出感應(yīng)線圈及一直流電源相連，并包括一個(gè)開關(guān)；所述焊接電源進(jìn)一步包括一個(gè)位于所述焊接電流電路內(nèi)的起動(dòng)電壓電源和一個(gè)控制器；在起動(dòng)電壓形成之前上述開關(guān)被接通。
3.如權(quán)利要求2所述焊接電源，其中所述開關(guān)為一個(gè)三極管。
4.如權(quán)利要求2所述的焊接電源，其中所述起弧電路包括一個(gè)限流元件。
5.如權(quán)利要求4所述的焊接電源，其中所述限流元件為一個(gè)電阻器。
6.如權(quán)利要求2所述的焊接電源，其中所述輸出感應(yīng)線圈包括一個(gè)磁芯；所述起弧電路包括一個(gè)起弧感應(yīng)線圈，該起弧感應(yīng)線圈與所述輸出感應(yīng)線圈共享一個(gè)磁芯。
7.如權(quán)利要求6所述的焊接電源，其中所述起弧感應(yīng)線圈和所述輸出感應(yīng)線圈均為一個(gè)多抽頭感應(yīng)線圈的一部分。
8.如權(quán)利要求2所述的焊接電源，其中所述輸出端為輸出螺栓，所述起動(dòng)電壓源為一高頻耦合線圈，所述起弧電路與上述的輸出螺栓相連，該電路進(jìn)一步包括第二對(duì)螺栓，該第二對(duì)螺栓可以與電焊條和焊件相連接。
9.如權(quán)利要求2所述的螺接電源，其中所述輸出端為輸出螺栓；所述起弧電路設(shè)于焊接電源內(nèi)，與輸出螺栓連接。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種用于電弧焊接特別是起弧的方法和裝置,其中向電焊條和焊件提供焊接電流的焊接電源包括一個(gè)含有一個(gè)感應(yīng)線圈的焊接電流電源。該感應(yīng)線圈和電流電源與一對(duì)輸出端連接,從而形成一個(gè)包括電流源、輸出感應(yīng)線、輸出端、電焊條以及焊件在內(nèi)的焊接電流路徑。該路徑還包括一個(gè)高頻電壓電源。一個(gè)起弧電路在施加高頻電壓之前為感應(yīng)線圈中的電流提供可控的電流通道,該起弧電流路徑有別于焊接電流路徑。
文檔編號(hào)B23K9/067GK1175490SQ9711018
公開日1998年3月11日 申請(qǐng)日期1997年7月15日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月16日
發(fā)明者亞莫斯·F·烏里奇, 米切爾·D·邁德森, 斯蒂芬·J·蓋德森, 托德·G·巴茨勒 申請(qǐng)人:伊利諾斯工具制造公司