专利名称：高频信号控制交直流电焊机引弧装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电弧焊接或电弧切割领域。
中华人民共和国标准GB15579-95.IEC974/11989.弧焊设备安全要求第一部分焊接电源第1章.第1节第1小节有触电危险性较大的环境中使用额定电压的规定。中华人民共和国国家标准GB10235-88弧焊变压器防触电装置“主题内容与适用范围”的规定，在触电危险性不大的环境，交流有效值80V，峰值113V，直流峰值113V以上的额定次级空载电压的交直流弧电焊机需装防触电装置。在触电危险性大的环境交流有效值48V峰值68V直流峰值113V以上的额定次级空载电压的交直流焊机，需装防触电装置。
外场作业大量使用二次侧输出交流有效电压80V左右的电焊机，对人员构成了威胁，典型使用的电焊机有南京电焊机厂BX3-500F，浙江临海电焊机厂的BXL3-500F，船舶总公司国营五○三二厂YFBX1-500-1，沪南电焊机厂ZXE1-6-500/400型。其中BX3-500F、XL3-500F、YFBX-500-1型交流弧焊机都装备有防触电装置，由于存在引弧困难，可靠性差的缺点，不能实际工作。例如南京电焊机厂BX3-500F焊机交流防触电装置灵敏度≤3欧姆不能适应外场作业使用，原因是其不能克服平台和工件的接触电阻。浙江临海电焊机厂BXL3-500F焊机装有交流防触电装置，并在其电焊主变压器的二次侧装有交流接触器，使焊钳和二次侧在焊机引弧前处于分离状态，以达到得到高阻灵敏度的目的。操作者明显感觉到引弧或重复引弧慢，给实际使用带来不便。若发生误动作，即在电弧状态关闭二次侧交流接触器将会引起损坏。目前类似沪南电焊机厂ZXE-6-500/400型，交直流两用一体型焊机在社会上广为使用，直流是通过单相全波整流获得，目前没有一种对交直流两用焊机同时进行防触电保护的装置。
本发明的目的在于提供一种对接触电阻要求低，而引弧成功率较高的高频信号控制交直流电焊机引弧装置(以下简称控制装置)，适用于各类交流焊机、直流焊机、交直流两焊机，使操作者摆脱空载输出电压引起的触电危险，确保人身安全，而且减少空耗、节约能源。
本发明包括机壳及工作电路构成图1是控制装置机壳，有6个接线端子供控制装置和电焊机电源连接之用。结构设计具有抗震性，体积小，更换方便，接线端子1#、2#接交流50HZ36V电源，3#、4#接电焊机输出汇流排，5#接K1下桩头(K1上桩头接AC380V电源)、6#接CJ/40A交流接触器线圈。
工作电路由高频信号发生器，识别器，稳压电源构成。图2是控制装置原理方框图，T3提供交流36伏电压，经稳压电源装置输出DC24V、12V电压供高频信号发生器，识别器用。
高频信号发生器的10～20KHZ正弦波输出端和识别器输入端并联后接控制装置接线端3#、4#桩头。再连接到电焊机输出汇流排上。当接通380V动力电源，进入待引弧状态，在焊机输出汇流排上存在一个每秒钟变化20～40万次“峰值”的电压，供识别器识别，操作者有引弧动作，汇流排上高频电压“峰值”消失。识别器只要识别到一次“峰值”的消失，就记忆操作者曾经要求引弧的事实，识别器的执行构驱动CJ10/40A交流接触器，接通电焊机主变压器的一次侧电源，使二次侧输出交流或直流空载电压供引弧之用。引弧成功后识别器将询问有否大于0.8秒～1秒以上的空载电压输出的事实，若存在，识别器的执行机构将关闭主变压器一次侧电源。若小于0.8～1秒恢复焊接工作，识别器将否定过去的计时程序，重新回到“询问”空载电压是否出现0.8秒～1秒以上的状态。
本发明能有效区分待引弧状态、电弧状态、空载输出状态，并对高频正弦波电压，工频正弦波电压，直流极性可任意置换的电压，进行识别，并能有效地控制焊机输出电压，使其在引弧的同时接通电焊机主变压器一次侧电源、操作者在停止焊接工作后0.8～1秒时间后，关闭电焊机主变压器一次侧电源，这样不仅使电焊机在不工作状态下关闭焊机变压器电源，使操作者摆脱空载输出电压引起的触电危险，确保人身安全，而且减少空耗、节约能源。
本发明克服了低阻灵敏度交流防触电装置在外场使用产生的引弧困难的缺点，克服了为得到高阻而在焊机主变压器二次侧加装磁力开关而带来的引弧和重复引弧控制慢的缺点，提供一种具有高阻灵敏度、高频正弦波快速识别，适用于各类交直流焊机且在对焊机直流输出状态下焊钳正负极性任意选择确保人身安全的高频正弦波控制交直流电焊机引弧的装置。
由于本发明运行可靠，成本低廉，可广泛用于交流变压器焊机，可控硅直流焊机，硅整流焊机，交直流两用焊机及碳刨机。
图1为控制装置的机壳图；图2为控制装置原理方框图；图3为控制装置总电路图；图4为控制装置HM1电路图；图5为控制装置HM2电路图；下面结合图3、图4、图5说明本发明实施例控制装置总电路图由图3所示，T1是电焊机主变压器，L1、L2是线电压标记号，连接至380V动力配电箱，K1是焊机工作/关闭控制开关。CJ10/40A交流接触器是焊机主变压器一次侧电力开关，ZL是单相整流器，LB—平波电抗器，DK是交直流输出选择开关，3#、4#接线点是控制装置接线端子，连接到焊机输出线汇流排上。
T3是辅助变压器，单相380V/36V，50VA是控制装置的交流电源、F是控制装置的熔断保险丝，作为控制装置功率部件“短路”保护之用、C6、C7、C8、C9、C10、NF组成杂波滤波器、DL1是整流器、脉动直流经稳压电路输出24V、12V二组电压。
高频信号发生器为高频正弦波发生器，由HM1、C4、VR1、LED1、DZ1、C5、R3、Q4、Q3、R2、R1、C2·T2、C1组成。HM1厚膜电路中的正弦波发生电路(图4中1区)由电容C1、C2、C3、C4，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，集成电路IC1组成，电容C1、电阻R2、R5的一端接12V正极，电容C1、电阻R1的另一端接集成电路IC1的3脚，电阻R1、R2电容C2、C3的一端连在一起，电容C4、C2的一端接集成电路IC1的1、2、5脚，电容C3和电阻R3串联接集成电路IC1的7脚，电阻R4并接在集成电路IC1和6、7脚上，电阻R5的另一端接集成电路IC1的6脚，电容C4和电阻R6串联，由R6的另一端输出正弦波电压。集成电路IC1的4脚接地，8脚接DC24V正极。
HM1厚膜电路中的高频正弦波驱动电路(图4中2区)由电阻R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19，电容C5、C6，二极管D1、D2、D3、D4，发光二极管LED，集成电路IC2，晶体管Q1组成。
电阻R7连接至正12V和集成电路IC2的3脚，电阻R8并联在集成电路IC2的1脚和2脚，电阻R11一端接集成电路IC2的1脚，另一端接晶体管Q1基极，电阻R12一端接正24V、另一端接晶体管Q1集电极，晶体管Q1发射极接地，通过电阻R13至D点输出10～20KHZ高频正弦波驱动电压，通过二极管D1、D2电阻R15接地，并在二极管D2的阴极接R14至E点，输出10～20KHZ高频正弦波驱动电压，集成电路IC2的2脚通过R10接G点，H点接正12V，I点接电阻R9，R9的另一端接地。电阻R16一端接F点，另一端接电解电容器C5的正极，电解电容器C5的负极接二极管D3阴极、D4阳极，二极管D3阳极接地，D4阴极接电阻R17、R18连接点，电阻R17接地、R18接电阻R19和电解电容器C6的正极的连接点，电阻R19接J点电。解电容C6的负极接地。A点—正24V直流电源，B点正12V直流电源，C点—接地点。
识别器HM2厚膜电路C3、J1、D3、J2、D2、DL2、Q1、J3、D1组成。HM2厚膜电路中的识别电路、待引弧电路、引弧电路(图5中1区)由稳压管DZ1、DZ2，光电耦合器PC1，电阻R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、晶体管Q1，可控硅SCR1、SCR2，二极管D1，D2组成。
稳压管DZ1阴极接A点，阳极接电阻R0，R0的另一端接光电耦合器PC1的1脚，PC1的2脚接B点，5脚接正12V，4脚接电阻R1、R2、R6的连接点，R2另一端接地，R1另一端接晶体管Q1基极，R6另一端接电阻R7、二极管D2的阳极，R7另一端接地，D2的阴极接可控硅SCR2的控制极，SCR2的阴极接地，阳极接E点。晶体管Q1集电极接电阻R3、R4的连接点，R3的另一端接12V，R4的另一端接电阻R5和稳压管DZ2阴极的连接点，R5的另一端接地，DZ2的阳极接可控硅SCR1的控制极，SCR1的阴极接地，SCR1的阴极接D点。
HM2厚膜电路中的交直流识别转换、直流极性识别、空载电压识别，定时器输出电路(图5中2区)由整流桥D1、稳压管DZ3、DZ4，光电耦合器PC2，集成电路IC1，二极管D3、D4，晶体管Q2，电阻R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17组成。
整流桥D1交流输入端分别接B点、C点，正极输出和稳压管DZ3、DZ4、电阻R8相串联接光电耦合器PC2的1脚，负极输出接PC2的2脚，PC2的4脚接地，5脚接电阻R9和集成电路IC1的3脚，电阻R9的另一端接12V，集成电路IC1的2脚接电阻R10、R11，IC1的4脚接地，8脚接正24V，1脚接电阻R12及二极管D3阳极，R10另一端接12V，R11另一端接地，R12另一端接正24V，D3阴极接晶体Q2的基极，Q2发射极接地，Q2集电极接电阻R13、R14，R13另一端接正24V，R14另一端接集成电路IC1的5脚及J点。IC1的6脚接电阻R15、R16，7脚接电阻R17、二极管D4阳极，R15另一端接正12V，R16另一端接地，R17另一端接正24V，D4阴极接H点并执行输出命令。G点-+24V电源，F点-+12V电源，I点—接地。
控制装置中的识别器、高频正弦波发生器、稳压电源之间的连接和原理如图3所示，它是这样连接的。
HM1厚膜电路的A点接24V，B点接地，C点接12V，D点接晶体管Q3基极，E点接晶体管Q4基极，F点接Q3发射极和Q4集电极的连接点，H点接VR1可变电阻的一端，G点接VR1的中心点，I点接VR1的另一端，J点接LED的阳极，LED的阴极接地。电阻R2一端接24V，另一端接晶体管Q3的集电极。电阻R3一端接晶体管Q4的发射极，另一端接地。电阻R1一端接Q3发射极和Q4集电极的连接点，另一端接电解电容器C2的正极，C2的负极接高频变压器T2的一次侧的一端，T2的一次侧另一端接地，T2的二次侧一端连接电容器C1和高频整流二极管DL2阳极的连接点，T2的二次侧中一端接控制装置接线端子4#桩头，C1的另一端接控制装置接线端子3#桩头。
HM2厚膜电路的A点接高频整流二极管DL2“共阴”端，DL2阳极之一接电容C1和高频变压器二次侧的连接点，DL2阳极之二接HM2的B点及高频变压器二次侧的另一点通过接线端子4#和电焊机输出回流排相连，HM2的C点接电容C1通过接线端子3#桩头和电焊机输出回流排相连，HM2的D点接继电器J2线圈和二极管D2的阳极、D2的阴极接J2线圈的另一点，并和继电器J1的常开触头串联接24V。HM2的E点接继电器J1线圈和二极管D3的阳极，D3的阴极接J1线圈的另一点并且串联继电器J3常闭触点接24V。HM2的F点接12V，G点接24V，H点接晶体管Q1的基极，I点接地，Q1的发射极接地，集电极接继电器J3的线圈及二极管的阳极，D1的阴极接J3的线圈另一端并接24V电源。
原理是这样的合上供电焊机用的动力配电箱开关，L1、L2有单相380V电压，控制装置交流电源接通，变压器一次侧由于CJ10/40A线圈没有380V交流电压，处于不通电状态、二次侧没有空载电压输出。
T3输出的AC36V50Hz电压经噪声滤波电路，滤去电网杂波污染，通过DL1得到脉动直流经稳压电路，得到24VDC电压，经Q6集成电路输出，得到12VDC电压。DC24V、12V电压经滤波电路后输出供正弦波发生器和识别器用。当HM1的A、C点和HM2的G、F点有24VDC电压和12VDC电压。高频正弦波发生器和识别器开始工作高频正弦波发生器用厚膜电路见图4。IC1的1脚经C4、R6输出高频正弦波电压信号，进入2#区域的IC2的3脚进行电压放大，在IC2的1脚得到15VP-P值高频正弦波电压经Q1进行电流放大，输出至D、E二点去驱动图3中Q3、Q4电流放大的大功率晶体管，并且在Q3的发射极和Q4的集电极输出高频正弦波电压。通过R1、C2激励高频变压器T2，T2二次侧输出10～20KHZ12～26V高频正弦波电压，通过C1连接到识器输入端C和B二点，并通过接线端子3#、4#连接电焊机输出汇流排上供识别器所用，如图3所示。图5中1区域的A点是高频正弦波识别电压的输入点，汇流排上的高频正弦波电压经过C1和高频整流后将DZ1击穿，A、B两点有电流流过，PC1输高电平，SCR2被触发，进入了待引弧状态，同时Q1饱和，SCR1处于非触发状态，J2处于非激励状态，为操作者引弧建立了条件。在待引弧状态，图5中2#区域B、C二端存在12～28V高频正弦波电压，不能使DZ3、DZ4击穿，DZ3、DZ4处于截止状态，PC2输出高电平使得IC1的1脚输出高电平，Q2进入饱和状态，J点电压为零，IC1的7输出低电平，H点输出低电平，图3中的Q1处于截止状态，J3处于非激励状态。图4中2#区域R16、C5、D3、D4、R17、R18、C6、R19组成高频正弦波输出指示电路。
焊机无论处于直流或交流输出状态，当操作者有引弧的动作，在焊条接触被焊工件的瞬间，汇流排上每秒钟20～40万次的“峰值”变化消失，高频整流二极管提供的整流电压快速消失，使得图5中1区域DZ1稳压管脱离“击穿”区域进入截止区域，使得流过A、B二点的电流为零，PC1进入截止状态，使Q1进入截止状态，SCR1被触发，记忆了操作者曾经要求引弧的事实。D点变为低电平，J2被激励，控制装置输出端子5#、6#接通，CJ10/40A交流接触器闭合。电焊机主变压器一次侧通电，二次侧输出空载引弧电压，进行引弧操作。引弧后，电焊机进入电弧或空载状态，识别器保证在各种电弧状态下的焊接工作。引弧后当出现大于0.8～1秒空载电压时图5中2区域稳压管DZ3、DZ4被击穿，PC2输出低电平，IC1的1脚输出低电平，Q2退出饱和进入截止，使+24V电压通过R13、R14对C1充电，当充电电压 时，IC1的7脚输出高电平，H点输出高电平，图3中的Q1饱和，J3被激励，使J1、J2失电，关闭CJ10/40A交流接触器，切断电焊机主变压器一次侧供电，停止二次侧输出，保证人身安全。
当出现小于0.8～1秒的空载电压时，操作者又恢复电焊操作，图5中2区域稳压管DZ3、DZ4退出击穿区域进入截止区域，PC2输出高电平，IC1的3脚电压大于2脚电压，IC1的1脚输出高电平使Q2进入饱和状态，J点电压通过R14放电、取消过去的计时程序，保持IC1的5脚低电平、7脚低电平。H点低电平。待空载电压出现之后重新计时识别。识别器中D1对焊机输出交直流电压转换。若焊钳上的极性人为变正或负的情况下D1也能完成对它的转换。
在待引弧状态，操作者在狭小作业场所偶然与焊钳接触，人体电阻大于300欧姆，焊机主变压器一次侧将不会通电，二次侧没有空载电压输出，保证人身安全。
在从电弧状态过渡到空载电压的瞬间，发生焊钳坠落到操作者身上的情况，识别器将在小于0.8～1秒之内，关闭焊机一次侧主变压器的电源使二次侧停止输出空载电压、保证人身安全。
本发明中的高频信号发生器也可采用其它高频线性、交变信号，例如三角波。
权利要求
1.一种高频信号控制交直流电焊机引弧装置，其构成含有执行机构、稳压电源，其特征在于它由稳压电源、高频信号发生器、识别器组成；其中高频信号发生器的高频信号输出端3#、4#与识别电路的输入端共同并联在电焊机输出汇流排上。
2.根据权利要求1所述的一种高频信号控制交直流电焊机引弧装置，其特征在于所说的高频信号发生器是由HM1厚膜电路的A点接24V，B点接地，C点接12V，D点接晶体管Q3基极，E点接晶体管Q4基极，F点接Q3发射极和Q4集电极的连接点，H点接VR1可变电阻的一端，G点接VR1的中心点，I点接VR1的另一端，J点接LED的阳极，LED的阴极接地。电阻R2一端接24V，另一端接晶体管Q3的集电极。电阻R3一端接晶体管Q4的发射极，另一端接地。电阻R1一端接Q3发射极和Q4集电极的连接点，另一端接电解电容器C2的正极，C2的负极接高频变压器T2的一次侧的一端，T2的一次侧另一端接地，T2的二次侧一端连接电容器C1和高频整流二极管DL2阳极的连接点，T2的二次侧中一端接控制装置接线端子4#桩头，C1的另一端接控制装置接线端子3#桩头。
3.根据权利要求1所述的一种高频信号控制交直流电焊机引弧装置，其特征在于所说的识别器，是由HM2厚膜电路的A点接高频整流二极管DL2“共阴”端，DL2阳极之一接电容C1和高频变压器二次侧的连接点，DL2阳极之二接HM2的B点及高频变压器二次侧的另一点通过接线端子4#和电焊机输出回流排相连，HM2的C点接电容C1通过接线端子3#桩头和电焊机输出回流排相连，HM2的D点接继电器J2线圈和二极管D2的阳极、D2的阴极接J2线圈的另一点，并和继电器J1的常开触头串联接24V。HM2的E点接继电器J1线圈和二极管D3的阳极，D3的阴极接J1线圈的另一点并且串联继电器J3常闭触点接24V。HM2的F点接12V，G点接24V，H点接晶体管Q1的基极，I点接地，Q1的发射极接地，集电极接继电器J3的线圈及二极管的阳极，D1的阴极接J3的线圈另一端并接24V电源。
4.根据权利要求1所述的一种高频信号控制交直流电焊机引弧装置，其特征在于高频信号发生器产生的高频信号为10KHZ～20KHZ的高频正弦波。
全文摘要
本发明提供了一种对被焊工件接触电阻要求低，而控制引弧灵敏度高的高频正弦波控制交、直流电焊机引弧装置，它由稳压电源电路，高频正弦波发生电路，识别电路构成。在控制引弧装置，它由稳压电源、高频正弦波发生电路、识别电路构成。在控制引弧同时控制接通电焊机主电源、操作者在停止焊接工作0.8～1秒时间后，立即自动关闭主电源，不仅减少电焊机的空耗，而且使操作者在条件恶劣场所如船的双层底中、高空作业中摆脱空载电压引起的人身触电危险，本发明适用于各类交流变压器焊机、可控硅控制直流焊机、硅整流焊机、交直流二用焊机、碳刨机、电弧切割机等。
文档编号B23K9/06GK1146942SQ9610504
公开日1997年4月9日 申请日期1996年5月22日 优先权日1996年5月22日
发明者高建文 申请人:沪东造船厂