焊机控制装置和焊机的制作方法

本公开涉及电焊机技术领域，尤其涉及一种能够避免断弧的焊机控制装置和应用该焊机控制装置的焊机。

背景技术：

交流钨极氩弧焊(交流tig焊接，tungsteninertgaswelding)在焊接时会产生焊接电流周期性变化，在焊接电流正半波时，钨极冷却并发射电子，可以维持电弧稳定，在焊接电流负半波时，能够去除氧化膜从而获得良好的焊缝，因此广泛应用在铝及铝合金等焊接领域。

由于电流极性的变化，交流tig焊接技术在过零点(焊接电流极性变化时)时常常会产生焊接电流为零时间过长的现象，造成电弧先熄灭然后重新燃起，即断弧现象。因此，解决交流tig焊接技术中过零点处的断弧问题，成为本领域的重要课题。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本公开实施例提出一种焊机控制装置和应用该焊机控制装置的焊机，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的交流tig焊接技术在电焊时容易发生断弧、焊接质量不稳定等问题。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的第一方面，提供一种焊机控制装置，包括：

人机交互模块，包括过零点电流控制单元，所述过零点电流控制单元用于接收用户输入的过零点电流设置指令；

电流控制模块，包括：

过零点电流调整单元，电连接于所述过零点电流控制单元，用于根据所述过零点电流设置指令确定焊接电流在电流极性由正转负之前预设时间内的电流幅值，并输出电流控制信号；

电流输出单元，电连接于所述过零点电流调整单元，用于根据所述电流控制信号生成并输出焊接电流。

在本公开的一种示例性实施例中，所述过零点电流控制单元包括安装于焊机外壳的第一拨动开关，所述第一拨动开关用于将所述过零点电流设置指令设置为过零点电流等级设置指令、过零点电流自动监控指令或过零点电流等级设置与自动监控并行指令中的任意一种。

在本公开的一种示例性实施例中，所述过零点电流控制单元包括安装于焊接外壳的第二拨动开关，所述第二拨动开关用于设置过零点电流等级，所述过零点电流调整单元根据所述过零点电流等级确定焊接电流在电流极性由正转负之前预设时间内的电流幅值，根据所述电流幅值调整所述电流控制信号的占空比。

在本公开的一种示例性实施例中，所述过零点电流调整单元包括：

断弧检测单元，电连接于所述电流输出单元，用于检测所述电流输出单元的输出电流以判断是否发生断弧，以及检测所述电流输出单元中的预设元件电压是否超过预设值，并在发生断弧时输出第一控制信号，在所述预设元件电压超过预设值时输出第二控制信号；

自动调整单元，电连接于所述断弧检测单元，用于根据所述第一控制信号将所述过零点电流的电流幅值调高第一预设值，根据所述第二控制信号将所述过零点电流的电流幅值调低第二预设值。

在本公开的一种示例性实施例中，所述过零点电流调整单元包括控制器，所述电流输出单元包括：

交流输入端，外接三相交流电；

初级整流单元，通过第一节点和第二节点并联于所述交流输入端；

初级逆变单元，通过所述第一节点和所述第二节点并联于所述初级整流单元，控制端连接于所述控制器；

变压器电路，连接所述初级逆变单元、次级整流单元和焊机负极输出端；

次级整流单元，连接在第三节点和第四节点之间；

第一电抗器，连接在所述第三节点和第五节点之间；

第二电抗器，连接在所述第四节点和第六节点之间；

次级逆变单元，连接在所述第五节点和所述第六节点之间，且电连接焊机正极输出端。

在本公开的一种示例性实施例中，所述控制器电连接于所述次级逆变单元，用于检测所述次级逆变单元的电压；所述电流输出单元还包括：

霍尔元件，连接焊机正极输出端与控制器，用于检测所述焊机正极输出端的电流信号并输入所述控制器。

在本公开的一种示例性实施例中，所述初级逆变单元包括：

第一逆变桥臂，包括串联的第一开关元件和第二开关元件；

第二逆变桥臂，包括串联的第三开关元件和第四开关元件；

第一电容，第一端连接于所述第一节点，第二端连接于所述第二节点；

第二电容，第一端连接于所述第三节点，第二端连接于所述第四节点；其中，所述第一开关元件、所述第二开关元件、所述第三开关元件、所述第四开关元件的控制端均电连接于所述控制器。

在本公开的一种示例性实施例中，所述次级逆变单元包括串联的第五开关元件和第六开关元件，所述第五开关元件和所述第六开关元件的控制端均电连接于所述控制器。

在本公开的一种示例性实施例中，所述开关元件为igbt元件。

根据本公开的一个方面，提供一种焊机，包括：

如上述任一项所述的焊机控制装置；

焊接部，电连接于所述焊机控制装置，用于连接工件，接收所述焊机控制装置输出的焊接电流在所述工件上产生热量以使所述工件局部融化。

本公开实施例通过在焊机控制装置中设置过零点控制功能模块，使得用户可以通过安装于焊机外壳的拨动开关实现对焊接电流中过零点电流幅值的控制，从而避免交流tig焊接在焊接电流极性转换时发生断弧，实现稳定焊接，提高焊接质量。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

图1是本公开实施例提供的焊机控制装置100的方框图；

图2是本公开一个实施例中焊机控制装置的功能方框图；

图3是本公开另一个实施例中焊机控制装置的功能方框图；

图4a是图2所示实施例中焊机控制装置的电路连接示意图；

图4b是图3所示实施例中焊机控制装置的电路连接示意图；

图5是图4a和图4b的具体电路图；

图6是焊接时出现断弧时的焊接电流波形图；

图7a和图7b是本公开实施例的焊机控制装置实现过零点电流控制后的焊接电流波形图；

图8是本公开实施例中焊机控制装置实现过零点电流控制的流程图；

图9是本公开实施例中焊机900的方框图。

具体实施方式

下面将参考若干示例性实施方式来描述本实用新型的原理。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本实用新型，而并非以任何方式限制本实用新型的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

体现本公开特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本公开。

图1为本公开实施例提供的焊机控制装置的方框图。

参考图1，焊机控制装置100可以包括：

人机交互模块1，包括过零点电流控制单元11，过零点电流控制单元11用于接收用户输入的过零点电流设置指令；

电流控制模块2，包括：

过零点电流调整单元21，电连接于过零点电流控制单元11，用于根据过零点电流设置指令确定焊接电流在电流极性由正转负之前预设时间内的电流幅值，并输出电流控制信号；

电流输出单元22，电连接于过零点电流调整单元21，用于根据电流控制信号生成并输出焊接电流。

本公开实施例的焊机控制装置100，通过在人机交互模块中增设用于接收过零点电流设置指令的过零点电流控制单元11，在电流控制模块2中增设用于根据过零点电流设置指令确定过零点电流幅值的过零点电流调整单元21，能够为用户提供过零点电流幅值控制功能，有效避免断弧。

图2是本公开一个实施例中焊机控制装置的功能方框图。

参考图2，在一个实施例中，过零点电流控制单元11可以包括安装于焊机外壳的第一拨动开关111，该第一拨动开关111用于将过零点电流设置指令设置为过零点电流等级设置指令、零点电流自动监控指令或过零点电流等级设置与自动监控并行指令中的任意一种。第一拨动开关111例如可以设置为三挡，分别对应过零点电流等级设置模式、过零点电流自动监控模式和过零点电流等级设置与自动监控并行模式。在其他实施例中，第一拨动开关111也可以设置为两挡，分别对应过零点电流等级设置模式和零点电流自动监控模式。在另一些实施例中，也可以不设置第一波动开关111，默认执行过零点电流等级设置与自动监控并行模式等。本领域技术人员可以根据实际需求自行修改该第一拨动开关111的功能设置。

此外，过零点电流控制单元11还可以包括同样安装于焊机外壳的第二拨动开关112，以接收用户对过零点电流等级的设置。

具体地，过零点电流等级可以对应过零点电流(在焊接电流极性由正转负之前预设时间内的焊接电流)与正常焊接电流幅值的不同比例关系或具体的电流值。例如，可以将过零点电流等级设为五级，每级分别对应0.5倍正常焊接电流、0.8倍正常焊接电流、1倍正常焊接电流、1.2倍正常焊接电流、1.5倍正常焊接电流，或者，分别对应100a-200a之间的五个具体电流值。过零点电流等级可依据用户实际需求进行定义设置和选择。过零点电流幅值越高，防止断弧的能力越大，过零点电流幅值越低，越能够降低焊接噪声。

图2所示的功能方框图是用户通过第一拨动开关111发出过零点电流等级设置指令时焊机控制装置200的功能方框图。

当用户通过拨动第一拨动开关111选择过零点电流等级设置模式，并通过拨动第二拨动开关112选择好过零点电流等级时，过零点电流调整单元21依据过零点电流控制单元11输出的控制信号对焊接电流按照选择该过零点电流等级对应的电流幅值调整调整焊接电流在极性由正转负之前预设时间内的电流幅值。在本公开实施例中，该预设时间可以由本领域技术人员根据焊接电流的周期自行设置，本公开不以此为限。

图3是本公开另一个实施例中焊机控制装置的功能方框图。

图3所示的功能方框图是用户通过第一拨动开关111发出过零点电流自动监控指令时焊机控制装置的功能方框图。

参考图3，当用户通过拨动第一拨动开关111选择过零点电流自动监控模式时，过零点电流调整单元21中的断弧检测单元211和自动调整单元212依指令启动。

断弧检测单元211电连接于电流输出单元22，用于检测电流输出单元22的输出电流以判断是否发生断弧，以及检测电流输出单元22中的预设元件电压是否超过预设值，并在发生断弧时输出第一控制信号，在预设元件电压超过预设值时输出第二控制信号。

自动调整单元212电连接于断弧检测单元211，用于根据第一控制信号将过零点电流的电流幅值调高第一预设值，根据第二控制信号将过零点电流的电流幅值调低第二预设值。

当用户选择过零点电流自动监控模式时，过零点电流调整单元21通过断弧检测单元211启动对输出电流断弧及电流输出单元中预设元件反压的检测，依据检测结果调高或调低过零点电流幅值以达到自动监控过零点电流的目的。

在一些实施例中，当用户通过拨动第一拨动开关111选择零点电流自动监控模式和过零点电流等级设置与自动监控并行模式时，断弧检测单元211和自动调整单元212也同时启动，在用户通过第二拨动开关212设置的过零点电流幅值过高或过低时自动调整过零点电流幅值。

图4a是图2所示实施例中焊机控制装置的电路连接示意图。

参考图4a，当焊机控制装置工作在过零点电流等级设置模式时，过零点电流调整单元21的功能可以通过控制器41实现，电流输出单元22包括顺次连接的交流输入端42、初级整流单元43、初级逆变单元44、变压器电路45、次级整流单元46、次级逆变单元47和焊机正极输出端481、焊机负极输出端482。此时，初级逆变单元44的控制端连接于控制器41。

图4b是图3所示实施例中焊机控制装置的电路连接示意图。

参考图4b，当焊机控制装置工作在过零点电流自动监控模式或过零点电流等级设置与自动监控并行模式时，过零点电流调整单元21(包括断弧检测单元211和自动调整单元212)的功能可以通过控制器41实现。此时，焊机正极输出端481与控制器41之间连接有用于检测焊接电流的霍尔元件49，控制器41电连接于初级逆变单元44和次级逆变单元47，以对初级逆变单元44输出控制信号，同时检测次级逆变单元47的电压，在判断次级逆变单元47的电压超过第二预设值时发送第二控制信号，通过霍尔元件49检测焊接电流幅值的绝对值小于预定幅值的时间是否超过预设时间(即焊接电流约等于零的时间过长，发生断弧)，并在发生断弧时发送第一控制信号。

图5是图4a和图4b所示实施例的电路图。

参考图5，交流输入端41外接三相交流电。

初级整流单元43通过第一节点n1和第二节点n2并联于交流输入端41，其中初级整流单元43例如可以包括整流元件d1。

初级逆变单元44通过第一节点n1和第二节点n2并联于初级整流单元42，其中初级逆变单元44包括第一逆变桥臂441和第二逆变桥臂442。其中，第一逆变桥臂441包括串联的第一开关元件q1和第二开关元件q2，第二逆变桥臂442包括串联的第三开关元件q3和第四开关元件q4。控制器41连接到q1、q2、q3、q4的控制端，通过控制q1、q2、q3、q4的导通角(即开关信号占空比)来控制初级逆变单元44产生的焊接电流的幅值。

此外，初级逆变单元44还可以包括位于第一逆变桥臂441之后的第一电容c1和位于第二逆变桥臂442之后的第二电容c2，第一电容c1和第二电容c2均连接在第一节点n1和第二节点n2之间。

变压器电路45主要包括变压器mtr，变压器电路45连接初级逆变单元44、次级整流单元46和焊机负极输出端482。其中，变压器mtr的原边一端通过电容连接到第一逆变桥臂441的中点，另一端连接到第二逆变桥臂442的中点；变压器mtr的副边一端连接到次级整流单元46中第一整流桥臂461的中点，另一端连接到次级整流单元46中第二整流桥臂462的中点，输出端连接到焊机负极输出端482。

次级整流单元46连接在第三节点n3和第四节点n4之间，包括并联的第一整流桥臂461和第二整流桥臂462，其中第一整流桥臂461包括串联的第二二极管d2和第四二极管d4，第二整流桥臂462包括串联的第三二极管d3和第五二极管d5。

在次级整流单元46和次级逆变单元47之间还可以设置第一电抗器l1和第二电抗器l2，其中第一电抗器l1连接在第三节点n3和第五节点n5之间，第二电抗器l2连接在第四节点n4和第六节点n6之间。

次级逆变单元47连接在第五节点n5和第六节点n6之间，包括串联的第五开关元件q5和第六开关元件q6。第五开关元件q5和第六开关元件q6的控制端均连接于控制器41，此外，控制器41实时监控第五开关元件q5和第六开关元件q6上的电压是否过高(超过预设值)如果过高则说明当前焊接电流幅值(有可能仅仅是过零点电流幅值)过高，容易损坏元器件，需要发出第二控制信号降低过零点电流的幅值，在一些情况下，还可以降低正常焊接电流的幅值以保持第五开关元件q5和第六开关元件q6上的电压不至于损坏器件。

焊机正极输出端481连接在第五开关元件q5和第六开关元件q6构成的桥臂的中点，霍尔元件ct1耦接于焊机正极输出端481，用于检测焊接电流并将焊接电流的检测结果返回给控制器41。

在图5所示实施例中，开关元件q1～q6均为igbt，在其他实施例中，也可以使用其他种类的开关元件，本公开不以此为限。

图6是焊接发生断弧时的焊接电流波形图。

参考图6，电流极性为正时，焊炬钨极(焊机负极输出端)向母材(铝及铝合金等，连接到焊机正极输出端)发射电子形成电流；电流极性为负时，母材向焊炬钨极发射电子形成电流；电流极性由负转正时，由于钨极熔点高、发射电子能力强，不易发生断弧；电流极性由正转负时，由于母材(铝及铝合金等)熔点低、发射电子能力弱，容易出现焊接电流幅值在一定时间内接近于零，即断弧现象。

图6焊接电流波形中a部分表示在电流极性由正转负时焊接电流发生断弧。

图7a和图7b是本公开实施例的焊机控制装置实现过零点电流控制后的焊接电流波形图。

图7a是过零点电流过小时通过本公开实施例的焊机控制装置将过零点电流幅值调高的电流变化波形图。图7a焊接电流波形中b部分表示的是提高过零点之前预设时间内的电流幅值，从而防止断弧，但会增加噪音。

图7b为过零点电流过大时通过本公开实施例的焊机控制装置将过零点电流幅值调低的电流变化波形图，图7b焊接电流波形中c部分表示的是通过降低过零点之前预设时间内的电流幅值，在不发生断弧的前提下降低噪音，能够实现舒适焊接，同时防止过零点电流过大导致次级逆变单元47中的开关元件反压过大发生过压损坏。

图8是本公开实施例中焊机控制装置实现过零点电流控制的流程图。

参考图8，本公开的焊机控制装置实现过零点电流控制流程如下：

步骤s81，启动焊机控制装置；

步骤s82，拨动焊机外壳的第一拨动开关选择模式一：过零点电流等级控制模式，或模式二：过零点电流自动监控模式，或模式三：过零点电流等级控制与自动监控并行模式；

选择模式一进入步骤s86、s87、s88；选择模式二进入步骤s83、s84、s85，选择模式三时步骤s83和步骤s87及后续步骤同时进行；

当用户选择模式一时步骤转至s87至s89；

步骤s87，拨动焊机外壳的第二拨动开关设置过零点电流等级；

步骤s88，启动过零点电流调整单元，根据用户设置的电流等级确定焊接电流在电流极性由正转负之前预设时间内的电流幅值；

步骤s89，稳定焊接电流输出；

当用户选择模式二时步骤转至s83至s86；

步骤s83，启动断弧检测单元和自动调整单元；

步骤s84，断弧检测单元检测是否发生断弧和检测预设元件的反压是否超过预设阈值；

步骤s85，当检测发现断弧时，自动调整单元调高过零点电流幅值；

步骤s86，当检测发现元件反压超阈值时，自动调整单元调低过零点电流幅值；

步骤s89，稳定焊接电流输出。

图9是本公开实施例中焊机的方框图。

参考图9，焊机900包括可以焊机控制装置100和焊接部92，焊接部92电连接于焊机控制装置100，用于连接工件，并接收焊机控制装置100输出的焊接电流，以在工件上产生热量使工件局部融化。

其中，焊机控制装置100包括人机交互模块1和电流控制模块2，人机交互模块1包括过零点电流控制单元11，电流控制模块2包括过零点电流调整单元21和电流输出单元22，过零点电流调整单元21接收过零点电流控制单元11发出的过零点电流设置指令后确定焊接电流在电流极性由正转负之前预设时间内的电流幅值，并输出电流控制信号至电流输出单元22，电流输出单元22输出焊接电流至焊接部92产生热量。

焊机控制装置100的详细功能已在上述示例中记载，本公开于此不再赘述。

本公开实施例提供的焊机900通过焊机控制装置100为用户提供过零点电流控制功能，使用户能够自行调整焊接电流中的过零点电流，防止断弧，提高焊接质量。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。作为模块或单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现木公开方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，上文描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围由权利要求指出。

虽然已参照几个典型实施例描述了本公开，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本公开能够以多种形式具体实施而不脱离申请的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。