专利名称：弧压跟踪脉冲埋弧焊控制电路及焊机的制作方法
技术领域：
弧压跟踪脉冲埋弧焊控制电路及焊机技术领域[0001]本实用新型涉及一种弧压跟踪脉冲埋弧焊，属于埋弧焊焊接设备技术领域。
背景技术：
[0002]随着国民经济的发展，埋弧焊在工业加工、船舶制造、冶金化工等领域的应用越来越广，焊接要求也越来越高。但是传统的埋弧焊电源开关损耗较大，动态、静特性较差，容易受到外部环境的电磁干扰，稳定性不好，难以满足焊接行业发展的需求。埋弧焊时往往采用大的焊接工艺参数，使焊接热输入增大，造成焊接接头的金相组织粗大，焊缝金属的冲击韧性欠佳，从而导致焊接接头力学性能下降。因此，质量与效率的矛盾成为急待解决的问题。[0003]脉冲控制技术在TIG焊接和MIG焊接得到广泛的应用，与无脉冲电流的焊接方法相比，在相同焊接热输入条件下，具有脉冲电流的焊接方法对焊缝金属组织有一定的改善， 焊缝金属的力学性能有所提高；脉冲电流的周期性变化，使熔池受到有规律的搅拌和振荡， 从而细化了晶粒，提高了焊缝金属的力学性能；脉冲电弧力对熔池的冲击、振荡、搅拌作用， 可使熔深增加、熔池体积增大、熔合比增大。[0004]现有技术中的缺陷主要有以下方面[0005](一)、焊接生产中主要通过提高焊接速度或者提高熔敷效率来追求高效率。在埋弧焊接工艺中，为满足熔深要求一般在提高焊接速度的同时增大焊接电流，但是电流的增大会引起电弧力的明显增大。这种情况下容易出现的问题主要有⑴咬边；(2)“驼峰”焊道； ⑶焊道不光泽，易形成焊瘤；⑷焊接接头的HAZ晶粒长大，低温韧性难以保证。[0006](二)、现有的技术有使用电磁振荡的方法使晶粒细化，在埋弧焊机的机头部位安装一个电磁振荡器，通过控制电磁振荡器的参数，使焊接接头、熔池受到可控的电磁振荡， 达到细化晶粒、提供焊接接头力学性能的目的。但这种方法缺点是安装空间狭小，工作条件恶劣，操作复杂，不容易掌控，并且成本较高。发明内容[0007]为了解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种弧压跟踪脉冲埋弧焊控制电路。[0008]本实用新型还提供了一种使用弧压跟踪脉冲埋弧焊控制电路的焊机。[0009]本实用新型解决现有技术问题采用的技术方案为，提供了一种弧压跟踪脉冲埋弧焊控制电路，所述控制电路包括电压给定单元、频率调节单元、弧压跟踪单元、峰值基值调节单元和逆变器单元，其中，所述电压给定单元和所述弧压跟踪单元分别与所述频率调节单元连接，所述频率调节单元与所述峰值基值调节单元和所述逆变器单元依次连接。[0010]在本实用新型的优选技术方案中所述电压给定单元为电压给定电路，包括电位器RT1、电容C2和运放U1A，当焊机输出电缆较长，电缆上压降较大时，调节所述电位器 RTl改变基准电压信号，使电流脉冲提前叠加。[0011]在本实用新型的优选技术方案中所述频率调节单元为频率调节电路，包括电阻Rl、R3、电位器RT2、运放U1C、电容C2和二极管Dl。[0012]在本实用新型的优选技术方案中所述弧压跟踪单元为弧压跟踪电路，包括电阻R2、R9、RIO、Rll,电容C4、C5、运放U2、运放U1B、光耦U3、电位器RT5、发光管LED1，所述弧压跟踪电路采样焊接输出的弧压信号，通过所述光耦U3进行信号隔离。[0013]在本实用新型的优选技术方案中所述峰值基值调节单元为峰值基值调节电路， 包括电位器RT3、RT4、电阻R4、R5、R7、R8、R12，二极管D2、D3和运放U1D，调节所述电位器RT3调节脉冲的基值电流，调节所述电位器RT4调节脉冲的峰值电流，所述电位器RT3和 RT4对脉冲信号进行整形，输出一个峰值5V-10V、基值1V-5V，可单独调节的脉冲信号。[0014]本实用新型还提供了一种焊机，所述焊机包括弧压跟踪脉冲埋弧焊控制电路，所述弧压跟踪脉冲埋弧焊控制电路进一步包括电压给定单元、频率调节单元、弧压跟踪单元、峰值基值调节单元和逆变器单元，其中，所述电压给定单元和所述弧压跟踪单元分别与所述频率调节单元连接，所述频率调节单元与所述峰值基值调节单元和所述逆变器单元依次连接。[0015]本实用新型优点在于一、采用本实用新型技术方案后，可以有效控制热输入量， 在总的平均焊接电流在较低的水平情况下提高熔深，可有效的消除第一道焊缝焊接时根部溶合不良等常见缺陷，提闻焊缝质量和焊接效率。[0016]二、本实用新型使用较小的焊接坡口或不开破口，减少了结构所需的熔敷量的同时很好的改善了焊接温度场和电弧力的分布，大幅提高了焊接速度，明显改善了焊缝成形 .有效地提高了电弧的热效率，在相同熔敷速度的前提下有效减小了热输入，可以在满足焊接质量要求的前提下提高焊接速度。[0017]三、本实用新型埋弧焊电源输出电流呈脉冲式输出，实现脉冲埋弧焊。其特征在于脉冲电流参数(峰值电流、基值电流、脉冲频率、占空比)可分别调节，可以得到所需要的波形并有效的控制了输入热量，改善了焊缝及热影响区的受热情况。由于脉冲焊接电流能直接产生电磁振荡，增强了对熔池的搅拌作用，取得了细化晶粒的效果，使得焊接接头的综合力学性能(特别是冲击韧性)得以提高。[0018]四、本实用新型控制电路简单，实施成本较低，制造工艺简单，性能可靠，不妨碍常规焊接操作，符合低成本、自动化的原则。[0019]五、本实用新型经试焊，验证了该系统具有良好的外特性输出和美观的焊缝成型， 调试改变输出脉冲电流的频率、占空比以及调整直流的峰值和基值，可以在相当大的范围内控制熔敷速度和熔透深度，提高了焊接速度和焊接效率，细化晶粒，改善焊缝质量。本实用新型在工作时，输出焊接电流是一个脉冲电流，起到增大熔深的总用，特别适合要求熔深大，实际电流较小的场合。
[0020]图I.本实用新型弧压跟踪脉冲埋弧焊控制电路模块结构图。[0021]图2.本实用新型中的电压给定电路部分原理图。[0022]图3.本实用新型中的频率调节电路部分原理图。[0023]图4.本实用新型中的弧压跟踪电路部分原理图。[0024]图5.本实用新型中的峰值基值调节电路部分原理图。
具体实施方式
[0025]
以下结合附图对本实用新型技术方案进行详细说明[0026]首先确定本实用新型涉及一种弧压跟踪脉冲埋弧焊，属于埋弧焊焊接设备技术领域。[0027]本实用新型提供了一种弧压跟踪脉冲埋弧焊控制方法，所述弧压跟踪脉冲埋弧焊控制方法采用弧压跟踪方式采样输出电压，根据弧压的变化实现对脉冲电流的控制。[0028]在本实用新型的技术方案中所述弧压跟踪脉冲埋弧焊控制方法包括步骤A: 对输出脉冲电流叠加的基准电压信号与输出的弧压信号进行比较，根据比较结果输出一个高低变化的第一脉冲信号对所述第一脉冲信号进行整形，输出一个可以单独调节的第二脉冲信号；C:使第二脉冲信号进入逆变器并与逆变器的焊接电流控制部分连接，实现焊接电流的脉冲式输出，使脉冲电流的频率，峰值、基值可以单独调节，脉冲电流的占空比通过调节送丝速度进行调节。[0029]在本实用新型的技术方案中，所述弧压跟踪脉冲埋弧焊控制方法具体包括步骤[0030]All:通过电压给定单元101输出脉冲电流叠加的基准电压信号进入频率调节单元 102 ；[0031]A12 :通过弧压跟踪单元103采样焊机输出的弧压信号也进入频率调节单元102， 基准电压信号和弧压信号经过频率调节单元102进行比较；[0032]A13:当焊机输出的弧压低于基准电压时，频率调节单元102输出高电平；当焊机输出的弧压高于基准电压时，频率调节单元102输出低电平，当焊机输出的弧压在高低变化时，频率调节单元102输出一个高低变化的第一脉冲信号，第一脉冲信号的频率可以通过频率调节单元102进行调节；[0033]B2:频率调节单元102输出的第一脉冲信号进入峰值基值调节单元104，通过峰值基值调节单元104中峰值电流调节电位器和基值电流调节电位器对脉冲信号进行整形， 输出一个峰值5V-10V、基值1V-5V可以单独调节的第二脉冲信号；[0034]Cl :峰值基值调节单元104输出的第二脉冲信号进入逆变器单元105，与逆变器的焊接电流控制部分连接，实现焊接电流的脉冲式输出，脉冲电流的频率，峰值、基值单独调节，脉冲电流的占空比通过调节埋弧焊小车的送丝速度进行调节。[0035]以下请参阅图I本实用新型弧压跟踪脉冲埋弧焊控制电路模块结构图。如图中所示，电压给定单元101输出脉冲电流叠加的基准电压信号进入频率调节单元102，弧压跟踪单元103采样焊机输出的弧压信号也进入频率调节单元102，基准电压信号和弧压信号经过频率调节单元102进行比较，当焊机输出的弧压低于基准电压时，频率调节单元102输出高电平；当焊机输出的弧压高于基准电压时，频率调节单元102输出低电平；这样，当焊机输出的弧压在高低变化时，频率调节单元102就可以输出一个高低变化的脉冲信号，脉冲信号的频率可以通过频率调节单元102进行调节；[0036]频率调节单元102输出的脉冲信号进入峰值基值调节单元104，通过峰值基值调节单元104中峰值电流调节电位器和基值电流调节电位器对脉冲信号进行整形，输出一个峰值5V-10V、基值1V-5V可以单独调节的脉冲信号；5[0037]峰值基值调节单元104输出的脉冲信号进入逆变器单元105 (逆变器)，与逆变器的焊接电流控制部分连接，实现焊接电流的脉冲式输出，脉冲电流的频率，峰值、基值可以单独调节，脉冲电流的占空比可以通过调节埋弧焊小车的送丝速度进行调节。总之，这种弧压跟踪脉冲埋弧焊可以输出一个频率，峰值、基值和占空比都可以单独调节的脉冲电流。[0038]在本实用新型技术方案中，所述电压给定单元101为电压给定电路、所述频率调节单元102为频率调节电路、所述弧压跟踪单元103为弧压跟踪电路、所述峰值基值调节单元104为峰值基值调节电路。[0039]本实用新型中，所述弧压跟踪脉冲埋弧焊控制电路原理图可以参阅图2至图5，将图2至图5连接起来再加以逆变器即组成本实用新型中所述的弧压跟踪脉冲埋弧焊控制电路原理图。以下结合图2至图5说明本实用新型的工作原理。如图中所示，开机后，电压给定电路输出脉冲电流叠加的基准电压信号进入频率调节电路，电压给定电路包括电位器 RTl、电容C2和运放UlA,电位器RTl由+15V电源供电，电位器RTl、电容Cl和U1A-3三者相连接，运放UlA为单电源供电，U1A-4与+15V电源、电容C2相连接，U1A-2与UlA-1相连接构成电压跟随器；电位器RTl输出一个可调的电压信号，经过电容Cl进入运放U1A-3，运放UlA-I输出电压信号进入频率调节电路；当焊机输出电缆较长，电缆上压降较大时，可以适当调节RTl改变基准电压信号，使得电流脉冲提前叠加，焊接更稳定。[0040]弧压跟踪电路包括电阻R2、R9 Rl I，电容C4、C5、运放U2、运放UlB、光耦U3、电位器RT5、发光管LED1，当焊机工作时，弧压跟踪电路采样焊接输出的弧压信号，通过光耦U3 进行信号隔离后进入频率调节电路；电阻R9、电容C4和运放U2-3相连接，弧压信号经过电阻R9、电容C4进入运放U2-3 ;运放U2-6与电容C5、光耦U3-2相连接，弧压信号进入光耦， 运放U2-4、U2-2、电位器RT5、电阻1 11、光耦仍-3、U3-4相连接构成电压反馈环路，调整弧压信号的精度，弧压信号进入光耦U3进行信号隔离，光耦U3-5输出经过隔离的弧压信号， 该信号经过电阻R2进入电压跟随器U1B，光耦U3-5、电阻R2、运放U1B-5相连接，电压跟随器U1B-7输出经过处理的弧压信号通过电阻R3进入频率调节电路。[0041]频率调节电路包括电阻Rl、R3、电位器RT2、运放U1C、电容C2和二极管Dl ;电阻 R1、电位器RT2和U1C-10三者相连接，电位器RT2 —端与二极管Dl负端相连接，二极管Dl 正端与U1C-8相连，电阻R3、C2和U1C-9三者相连接；基准电压信号经过电阻Rl进入频率调节电路，弧压信号经过电阻R3进入频率调节电路，基准电压信号和弧压信号经过频率调节电路进行比较，当焊机输出的弧压低于基准电压时，频率调节电路输出高电平；当焊机输出的弧压高于基准电压时，频率调节电路输出低电平；这样，当焊机输出的弧压在高低变化时，频率调节电路就可以输出一个高低变化的脉冲信号，脉冲信号的频率可以通过电位器 RT2进行调节。[0042]频率调节电路输出的脉冲信号通过电阻R4进入峰值基值调节电路，峰值基值调节电路包括电位器RT3、RT4、电阻R4、R5、R7、R8、R12，二极管D2、稳压管D3，运放U1D。电阻R4与电阻R5、电容C3、电位器RT4、U1D-12相连接，电阻R5的另一端和电容C3另一端相连后与电源地相连，电位器RT4另一端与稳压管D3相连接，运放U1D-14输出脉冲信号通过二极管D2和电阻R7进入逆变器，电阻R7和电阻R8相连接，电流反馈信号经过电阻R8进入逆变器；调节电位器RT3可以调节脉冲的基值电流，调节电位器RT4可以调节脉冲的峰值电流，通过电位器RT3和RT4对脉冲信号进行整形，输出一个峰值5V-10V、基值1V-5V可以单独调节的脉冲信号。[0043]峰值基值调节电路输出的脉冲信号和电流反馈信号同时进入逆变器，与逆变器的焊接电流控制部分连接，实现焊接电流的脉冲式输出，脉冲电流的频率，峰值、基值可以单独调节，脉冲电流的占空比可以通过调节埋弧焊小车的送丝速度进行调节。总之，这种弧压跟踪脉冲埋弧焊可以输出一个频率，峰值、基值和占空比都可以单独调节的脉冲电流。[0044]本实用新型技术方案提供了一种全新的脉冲埋弧焊——弧压跟踪脉冲埋弧焊。埋弧焊机在工作时，通过采样输出的弧压控制脉冲电流的输出，实现脉冲电流随弧压变化而变化，达到跟踪弧压的目的，这样可以有效控制热输入量，在总的平均焊接电流在较低的水平情况下提高熔深，可有效的消除第一道焊缝焊接时根部熔合不良等常见缺陷，提高焊缝质量和焊接效率；[0045]本实用新型在使用较小的焊接坡口或不开破口，减少了结构所需的熔敷量的同时很好的改善了焊接温度场和电弧力的分布，大幅提高了焊接速度，明显改善了焊缝成形.有效地提高了电弧的热效率，在相同熔敷速度的前提下有效减小了热输入，可以在满足焊接质量要求的前提下提高焊接速度。[0046]本实用新型埋弧焊电源输出电流呈脉冲式输出，实现脉冲埋弧焊。其特征在于脉冲电流参数(峰值电流、基值电流、脉冲频率、占空比)可分别调节，可以得到所需要的波形并有效的控制了输入热量，改善了焊缝及热影响区的受热情况。由于脉冲焊接电流能直接产生电磁振荡，增强了对熔池的搅拌作用，取得了细化晶粒的效果，使得焊接接头的综合力学性能(特别是冲击韧性)得以提高。[0047]本实用新型控制电路简单，实施成本较低，制造工艺简单，性能可靠，不妨碍常规焊接操作，符合低成本、自动化的原则。[0048]经试焊，验证了本实用新型具有良好的外特性输出和美观的焊缝成型，调试改变输出脉冲电流的频率、占空比以及调整直流的峰值和基值，可以在相当大的范围内控制熔敷速度和熔透深度，提高了焊接速度和焊接效率，细化晶粒，改善焊缝质量。采用本实用新型技术方案后，焊机在工作时，输出焊接电流是一个脉冲电流，起到增大熔深的总用，特别适合要求熔深大，实际电流较小的场合；[0049]在本实用新型技术方案中，设计的弧压跟踪脉冲埋弧焊输出的脉冲电流参数是 基值电流为300A 600A，峰值电流为1000A 1500A，占空比为20% 50%，脉冲频率为15 Hz 200Hz,焊接速度为 500 m/min 1200m/min。[0050]本实用新型设计的弧压跟踪脉冲控制电路可以用于逆变直流埋弧焊焊机，也可以用于逆变直流氩弧焊机、逆变直流C02气体保护焊机、逆变直流空气等离子切割机及其它焊割设备。[0051]以上内容是结合具体的优选技术方案对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。权利要求1.一种弧压跟踪脉冲埋弧焊控制电路，其特征在于所述控制电路包括电压给定单元(101)、频率调节单元(102)、弧压跟踪单元(103)、峰值基值调节单元(104)和逆变器单元(105)，其中，所述电压给定单元(101)和所述弧压跟踪单元(103)分别与所述频率调节单元(102 )连接，所述频率调节单元(102 )与所述峰值基值调节单元(104 )和所述逆变器单元(105)依次连接。
2.根据权利要求I所述控制电路，其特征在于所述电压给定单元(101)为电压给定电路，包括电位器RTl、电容C2和运放U1A，所述电位器RTl由+15V电源供电，电位器RTl、电容Cl和U1A-3三者相连接，运放UlA为单电源供电，U1A-4与+15V电源、电容C2相连接，U1A-2与UlA-I相连接构成电压跟随器。
3.根据权利要求I所述控制电路，其特征在于所述频率调节单元(102)为频率调节电路，包括电阻Rl、R3、电位器RT2、运放U1C、电容C2和二极管Dl。
4.根据权利要求I所述控制电路，其特征在于所述弧压跟踪单元(103)为弧压跟踪电路，包括电阻R2、R9、R10、R11，电容C4、C5、运放U2、运放UlB、光耦U3、电位器RT5、发光管LED1，所述弧压跟踪电路采样焊接输出的弧压信号，通过所述光耦U3进行信号隔离。
5.根据权利要求I所述控制电路，其特征在于所述峰值基值调节单元(104)为峰值基值调节电路，包括电位器RT3、RT4、电阻R4、R5、R7、R8、R12，二极管D2、D3和运放U1D，调节所述电位器RT3调节脉冲的基值电流，调节所述电位器RT4调节脉冲的峰值电流，所述电位器RT3和RT4对脉冲信号进行整形，输出一个峰值5V-10V、基值1V-5V，可单独调节的脉冲信号。
6.一种安装有如权利要求I所述控制电路的焊机，其特征在于所述焊机包括弧压跟踪脉冲埋弧焊控制电路，所述弧压跟踪脉冲埋弧焊控制电路进一步包括电压给定单元(101)、频率调节单元(102)、弧压跟踪单元(103)、峰值基值调节单元(104)和逆变器单元(105)，其中，所述电压给定单元(101)和所述弧压跟踪单元(103)分别与所述频率调节单元(102 )连接，所述频率调节单元(102 )与所述峰值基值调节单元(104 )和所述逆变器单元(105)依次连接。
7.根据权利要求6所述焊机，其特征在于所述焊机中采用的基值电流为300A 600A，峰值电流为1000A 1500A，占空比为20% 50%，脉冲频率为15 Hz 200Hz，焊接速度为 500 m/min 1200m/min。
专利摘要本实用新型涉及弧压跟踪脉冲埋弧焊控制电路及焊机。所述弧压跟踪脉冲埋弧焊控制电路包括电压给定单元、频率调节单元、弧压跟踪单元、峰值基值调节单元和逆变器单元，其中，所述电压给定单元和所述弧压跟踪单元分别与所述频率调节单元连接，所述频率调节单元与所述峰值基值调节单元和所述逆变器单元依次连接。本实用新型可以有效控制热输入量，可有效的消除第一道焊缝焊接时根部熔合不良等常见缺陷，提高焊缝质量和焊接效率，而且，控制电路简单，实施成本较低，制造工艺简单，性能可靠。
文档编号B23K9/09GK202804445SQ20122038383
公开日2013年3月20日 申请日期2012年8月4日 优先权日2012年8月4日
发明者邱光, 王巍, 杨少军, 郭阳 申请人:深圳市瑞凌实业股份有限公司