专利名称：电焊机引弧装置及引弧方法
技术领域：
本发明涉及一种电焊机弓I弧装置及引弧方法，尤其涉及一种电焊机高频弓I弧装置 及引弧方法。
背景技术：
传统高频高压引弧装置及引弧方法，其引弧电路会对焊机产生非常严重的干扰， 分析如下在弧焊电源中有两种起弧方式一种是接触起弧，一种是非接触起弧。前者的 起弧电流比后者大得多，起弧时对焊机的干扰较小；但是在某些场合，只能要求用非接触 起弧。如坦克上的反射透镜，火箭发动机等精密器件的焊接，由于工件很薄，通常厚度为 0. 1 0. 5mm，若让钨极与工件接触，会引起薄工件的烧伤，钨极烧损以及焊缝夹钨等缺陷。所述非接触起弧又分为目前现有的高频高压起弧和高压脉冲起弧两种方式，传统 的引弧装置为高频高压引弧，利用工频变压器将电网电压升压来获得高压，起弧时干扰特 别大，经常损坏逆变功率器件或控制板上的CMOS电路，使系统工作极不稳定。例如，逆变直流氩弧焊机是高频开关焊接电源，从开关电源原理可知在开关变压 器的初、次级是一周期方波，例如，以快速可控硅为逆变功率器件，采用PFM调制，开关频率 可达4-5Hz，以MOS场效应管或IGBT为逆变功率器件，采用PWM调制，开关频可达20_50kHz， 根据周期信号的傅立叶级数理论，此方波包含了频率分量nW，这就决定了它含有大量高频 谐波，如果不对这些谐波加以抑制，它们就会以传导的方式进入电网或以辐射的形式发射 出去，形成干扰。另外，由于开关管的感性负载，相当于电感与开关管串联，在开关管快速开 关时，电感上产生很高的尖峰电压，这种尖峰电压不仅对开关管起破坏作用，也可形成大量 谐波，同样会形成传导干扰和辐射干扰。由于开关电源初、次级及匝间存在大量分布电容， 系统中器件与机壳之间，以及导线间也存在寄生电容，此电容在开关状态突然充放电，也是 一种干扰源。由此可见，高频开关电源本身就存在着干扰。如图1所示，高频高压引弧电路直接采用电网电压升压，并经耦合而达到引弧的 目的，这种电路会对焊机造成很大的干扰。由于直接从网压升压、耦合来使焊机起弧，一方 面由于能量比较强，焊机很容易起弧，另一方面，起弧时，又会将高压经变压器Bi、B2耦合 回送给电网，使380V的电网电压瞬时可达到420V以上，这样会造成两种后果，其一是加在 逆变功率元件上的直流高压会急剧上升，可能超过功率元件的耐压而损坏功率元件，使逆 变失败，其二是控制电路的工作电压瞬时上升，破坏CMOS集成电路，导致系统工作不稳定。 另外，这种电路起弧时有很多高频成分，可能形成辐射干扰。当然，传导干扰和辐射干扰相 比较，传导干扰要强得多。因此，在抑制干扰时主要考虑传导干扰。下面都是针对传导干扰 进行讨论的。对上述干扰，可以在高频变压器次级加LC滤波器，但效果并不显著。因此，在 高频引弧电路的设计中，既要考虑使焊机容易起弧，又要尽量减少对焊机的干扰，这样整个 系统才能稳定地工作，即一种新型的克服上述缺陷的高频引弧装置的发明势在必行。
发明内容
针对背景技术中所涉及的问题，即在传统高频引弧电路的设计中经常会出现两种 后果，其一是加在逆变功率元件上的直流高压会急剧上升，可能超过功率元件的耐压而损 坏功率元件，使逆变失败，其二是控制电路的工作电压瞬时上升，破坏CMOS集成电路，导致 系统工作不稳定。为克服上述缺陷，本发明采用了一种新的技术方案，一种电焊机引弧装置及引弧 方法，所述引弧装置，其包括钨极、高频变压器、耦合变压器、电源变压器、开关管及火花塞， 所述引弧装置采用非接触型的高压脉冲起弧方式；所述高压脉冲起弧方式由高压脉冲起 弧电路实现，所述高压脉冲起弧电路中的电压经电源变压器的一组次级电压经整流、开关 管变换后输入高频变压器；所述起弧电压的提高通过调整火花塞的气隙来实现；所述待焊 接工件与钨极之间的距离不大于5毫米，且同时保持将钨极磨尖；所述耦合变压器可为HT 箔式耦合隔离变压器；所述开关管采用陶瓷气体放电管；所述高压脉冲起弧电路可设置于 PCB电路板上。所述引弧方法，其步骤如下(1)所述引弧方法采用非接触型的高压脉冲起弧方式起弧；(2)所述高压脉冲起弧方式由高压脉冲起弧电路实现；(3)当有方波信号作为驱动信号加到高压脉冲起弧电路时，电路中的开关作用将 低幅度的直流电压逆变为高幅度的交流方波电压，这个电压向电容充电，当电容上的电压 超过电路中的火花塞的击穿电压时，火花塞就会放电，以形成LC振荡回路，产生的高频振 荡经耦合升压可达到甚高幅度的电压，加到工件与钨极间达到引弧的目的；所述待焊接工 件与焊接机的钨极之间的距离不大于5毫米，且要同时保持将钨极磨尖；所述高压脉冲起 弧电路中的耦合变压器为HT箔式耦合隔离变压器，所述开关管采用陶瓷气体放电管。本发明的有益效果是可以很方便地控制高频强度，减少对焊机的干扰，同时又能 使焊机很轻松地起弧，大大提高了焊机工作的可靠性，而且装置整体结构合理，抗干扰能力 强，安装过程简单方便，减低了成本。
通过以下对本发明的实施例结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、 具体结构特征和优点。其中，附图为图1为背景技术中所述的高频高压引弧电路的原理示意图。图2为发明高压脉冲引弧电路的原理示意图。图3为大功率晶体管BUY71(T1)的驱动电路示意图。
具体实施例方式下面参照附图具体介绍本发明的各种实施例，图中相同的结构或功能用相同的数 字标出。应该指出的是，附图的目的只是便于对本发明具体实施例的说明，不是一种多余的 叙述或是对本发明范围的限制，此外，附图没有必要按比例画出。本发明采用了一种新的电焊机引弧装置及引弧方法，其采用非接触起弧中的高压 脉冲起弧方式，克服了或者说是减小了高频高压起弧方式所带来的干扰，具体引弧装置的结构及引弧方法的功能分析如下本发明电焊机引弧装置包括钨极、高频变压器、耦合变压器、电源变压器、开关管 及火花塞等许多必不可少的基本器件(未图示)，所述引弧装置采用非接触型的高压脉冲 起弧方式；所述高压脉冲起弧方式由高压脉冲起弧电路实现，如图2所示，其中所述耦合变 压器为HT箔式耦合隔离变压器，其替代了传统的线绕耦合隔离变压器，大大减小了电焊机 的体积，降低了成本，并在高压脉冲起弧电路的基础上进一步增加了抗干扰能力；所述开关 管可以采用陶瓷气体放电管，其利用陶瓷气体放电管本身的开关特性取代了传统的逆变电 路，可以进一步使本发明装置内部控制电路简化，增强整体的抗干扰能力和稳定性，当然也 可以直接使用传统的开关管，或者是逆变电路等；所述高压脉冲起弧电路可设置于PCB电 路板上，整个装置如此改进，安装过程进一步变的简单方便，整体结构更加合理。下面将具 体介绍本发明的最重要的发明点一脉冲起弧电路如图2所示，本发明电焊机引弧装置的 高频变压器Bl的初级电压并不直接来自网压，而是将电源变压器的一组次级电压经整流、 开关管变换再作为Bl的输入，这样就起了隔离作用，起弧时，高压就不会直接耦合到电网， 对功率元件和控制板上的CMOS集成电路的干扰就很小。当然，由于高频变压器Bl的初级 电压不直接来自网压，起弧能量要弱得多，这可以通过调整火花塞的气隙来提高起弧电压， 达到起弧目的。对比；图1是传统的高频高压引弧电路，图2是新型高压脉冲引弧电路。两者原理 相似，都是利用高压击穿火花气隙，使之产生LC振荡，然后将高频振荡电压经耦合，升压加 到电极与工件之间，达到引弧的目的。但是当图2中的输入电压为交流40伏，来自控制变 压器的一组次级电压经整流，控制变压器的初级为交流380伏。输入电压经全桥整流，滤波 后，Cl上的电压约为56伏，为直流电压。Bl为升压变压器，C2为振荡电容，HF为火花塞， B2为耦合变压器，Tl (即BUY71)为大功率晶体管GTR。S卩，当某一频率的方波信号(本发明实施例的频率为50千赫)作为驱动信号加到 Tl的基极和射极时，Tl的开关作用将56伏的直流电压逆变为2 000多伏的交流方波电压。 这个电压向C2充电，当C2上电压超过火花塞的击穿电压时，火花塞就会放电，使C2和B2 的初级构成LC振荡回路，产生的高频振荡经B2耦合升压可达到七千多伏，加到工件与钨极 间达到引弧的目的。如图3所示为图2中所述的大功率晶体管Tl的驱动电路，当给其加上15伏电源 电压，15伏电压经R7，D3，C5形成充电回路，对C5充电，充电时间tc = R7. C5，此时NE555 的3脚为高电平。当充电到一定程度，NE 555的2、6脚为高电平时，其3脚变成低电平，C5 经R6放电，放电时间td = R6. C5，当C5放电到NE555的2、6脚为低电平时，NE555的3脚 再次变高，如此循环，形成振荡，再经T2、T3的放大，最后输出脉冲信号。在实验时，本发明人同时作了传统的高频高压引弧电路和新型高压脉冲引弧电路 的引弧实验，实验时将高频引弧器的输出和焊机的输出相串联，发现传统的高频高压引弧 器由于其引弧高压来自380伏的网压经耦合升压而得，能量很大，起弧很容易。但是高频高 压对焊机的主电路和控制电路干扰极大，通过示波器观察，发现起弧瞬间，工频变压器的输 入由于高频耦合，由380伏升至420伏，甚至更高，加到CMOS电路上的电源电压也由15伏 升至17伏以上，导致功率元件和控制板上的集成电路等敏感元件受到严重的破坏。而用本 发明电焊机高频引弧器引弧时，能量较前者弱得多，起弧也较前者困难，但是只要保持工件与钨极之间的距离不太远(约3-5毫米)，且同时保持将钨极磨尖，还是可轻松地起弧的，且 成功率在95 %以上。仍然通过示波器观察，高频起弧时对主电路和控制电路的干扰极小，因 此焊机工作时非常稳定，大大降低了故障率，更重要的是保护了待焊接的工件，使很多原本 由于干扰不可以焊接的工件可以采用新的方式进行加工。综上所述，本发明提出的新型电焊机引弧装置所采用的高压脉冲引弧电路和传统 的高频高压引弧电路相比，对焊机干扰极小，用于直流氩弧焊机的高频起弧，效果极佳，系 统工作很稳定，不失为一种好的起弧装置。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任 何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的方法内 容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求书保护的范围。
权利要求
一种电焊机引弧装置，其包括钨极、高频变压器、耦合变压器、电源变压器、开关管及火花塞，其特征在于所述引弧装置采用非接触型的高压脉冲起弧方式起弧。
2.如权利要求1所述的电焊机引弧装置，其特征在于所述高压脉冲起弧方式由高压 脉冲起弧电路实现，所述高压脉冲起弧电路中的电压经电源变压器的一组次级电压整流、 开关管变换后输入高频变压器。
3.如权利要求1-2之一所述的电焊机引弧装置，其特征在于所述起弧电压的高低调 整通过调整火花塞的气隙大小来实现。
4.如权利要求1-2之一所述的电焊机引弧装置，其特征在于所述待焊接工件与钨极 之间的距离不大于5毫米，且同时保持将钨极磨尖。
5.如权利要求1所述的电焊机引弧装置，其特征在于所述耦合变压器为HT箔式耦合 隔离变压器。
6.如权利要求1-2之一所述的电焊机引弧装置，其特征在于所述开关管采用陶瓷气 体放电管。
7.如权利要求2所述的电焊机引弧装置，其特征在于所述高压脉冲起弧电路可设置 于PCB电路板上。
8.一种电焊机引弧方法，其特征在于(1)所述引弧方法采用非接触型的高压脉冲起弧方式起弧；(2)所述高压脉冲起弧方式由高压脉冲起弧电路实现；(3)当有方波信号作为驱动信号加到高压脉冲起弧电路时，电路中的开关作用将低幅 度的直流电压逆变为高幅度的交流方波电压，这个电压向电路中的电容充电，当电容上的 电压超过电路中的火花塞的击穿电压时，火花塞就会放电，以形成LC振荡回路，产生的高 频振荡经耦合升压可达到甚高幅度的电压，加到工件与钨极间达到引弧的目的。
9.如权利要求8所述的电焊机引弧方法，其特征在于所述待焊接工件与电焊机的钨 极之间的距离不大于5毫米，且要同时保持将钨极磨尖。
10.如权利要求8所述的电焊机引弧方法，其特征在于所述高压脉冲起弧电路中的耦 合变压器为HT箔式耦合隔离变压器，所述开关管采用陶瓷气体放电管。全文摘要
本发明公开了一种电焊机引弧装置及引弧方法，所述引弧装置包括钨极、高频变压器、耦合变压器、电源变压器、开关管及火花塞，所述引弧装置采用非接触型的高压脉冲起弧方式；所述高压脉冲起弧方式由高压脉冲起弧电路实现，所述高压脉冲起弧电路中的电压经电源变压器的一组次级电压经整流、开关管变换后输入高频变压器，其有益效果是可以很方便地控制高频强度，减少对焊机的干扰，同时又能使焊机很轻松地起弧，大大提高了焊机工作的可靠性，而且装置整体结构合理。
文档编号B23K9/067GK101879647SQ20091005076
公开日2010年11月10日 申请日期2009年5月7日 优先权日2009年5月7日
发明者徐欢 申请人:上海沪工电焊机制造有限公司