强磁场碳钢专用弧焊电源的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种强磁场碳钢专用弧焊电源，包括三相四线制电源和三相空气开关，还包括变频器，所述变频器的输入端与所述三相空气开关的输出端相连接，所述变频器的输出端与交流弧焊机相连接。该强磁场碳钢专用弧焊电源，将变频技术与弧焊变压器有机的结合在一起。电网工频电经过变频器变频后再输入到交流弧焊机的弧焊变压器，使弧焊变压器输出频率在50～400Hz之间可以进行无极调节，输出电流可以在60～350A调节，可满足手工电弧焊的焊接要求，与普通工频弧焊变压器相比，电弧稳定、指向性好、飞溅少、熔深增加，能较好地保证强磁场环境下焊接接头质量，从根本上解决强磁场环境下由于磁偏吹造成的焊接困难的难题。
【专利说明】强磁场碳钢专用弧焊电源
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种铝电解行业的金属焊接技术，尤其涉及一种强磁场碳钢专用弧焊电源。
【背景技术】
[0002]电解铝生产中，电解槽中电流高达200?350KA，如此大的直流电使电解槽及其周围形成强磁场，在这样高的磁场下对电解槽进行焊接维修时，强磁场对带电导体及焊接电弧、金属熔滴和焊接熔池产生较大的电磁力，造成焊接过程中飞溅大，熔深浅，难以形成完整的焊接熔池，焊缝不易成形，焊接质量难以保证等焊接缺陷。
[0003]根据文献介绍铝电解槽内磁场强度超过150GS，槽外磁场强度更高。另一方面，电解铝生产受技术条件制约，在检修一台电解槽，使其停止或启动时，必须对同系列的电解槽全部停电，这个短时停电过程不仅造成能耗的大幅增加，而且大负荷的波动对于生产设备和电网带来较严重的危害。因此，不停电检修技术成为困扰世界电解铝工业多年的重大技术难题，美、法、德等国的电解铝生产厂家都长期致力于这方面的研究。
[0004]焊接电弧是在一定的电场作用下，将电弧空间的气体介质电离，使中性分子或原子电离为带正电荷的正离子和带负电荷的电子(或负离子)，这两种带电质点分别向着电场的两极方向运动，使局部气体空间导电，而形成电弧(如图2所示)。
[0005]焊接过程中，在各种电弧力的作用下，焊接电弧呈圆锥状，但是在外界磁场的作用下电弧形态发生了明显变化，即导致了电弧磁偏吹现象(如图3所示)，引起电弧强烈的摆动，使焊接过程变的困难，还会使焊缝产生气孔、未焊透和焊偏等缺陷，影响了焊缝成形和焊接质量。
[0006]主要有以下几个方面:
[0007]1.磁场屏蔽手段:磁场屏蔽总有些漏磁的，为了达到更好的屏蔽效果，可采用多层屏蔽，把漏进空腔里的残余磁通量一次次地屏蔽掉，所以效果良好的磁屏蔽一般都比较笨重，不利于现场实施。
[0008]2.采取分流技术:该方法适合于电流分布较为简单的环境。
[0009]3.适当调节焊接规范:强磁场对带电导体(电弧弧长部分金属)、金属熔滴和焊接熔池产生巨大的电磁力，造成焊接过程中飞溅大，熔深浅，难以形成完整的焊接熔池，焊缝不易成形，焊接质量难以保证等焊接缺陷。在磁场强度不大的情况下，适当调节焊机的焊接规范，使焊接质量可以提高，或采用工频交流焊接代替直流焊接，可控制了磁偏吹，但在磁场强度大于20GS以上时该方法几乎不起作用了。
[0010]近几年，在该领域国内主要有以下几项研究成果:2006年由河南中孚实业股份有限公司和华中科技大学、郑州中孚塞尔科技有限公司等单位共同合作，采用分流技术对320KVA铝电解槽大修不停电检修项目取得重大突破；该方法可以完成碳钢的焊接，但工艺复杂，要对电解槽母线的电流方向和周围环境的磁场强度及方向有一定的了解情况下才能进行。2007年美国艾力高公司(ERICO)及北京菱泰机电技术有限公司技术专家中铝青海分公司，就强磁场下放热焊接钢棒技术进行交流，在ISOkA电解槽上进行的强磁场下放热焊接试验取得成功；该方法也可以完成碳钢的焊接，但工装较复杂，对一些空间位置受限制的环境较难实施焊接。
[0011]该技术以焊接电弧机理为基础，通过改变电弧频率使焊接电弧摆动频率增加、摆幅降低，从而使焊接电弧指向性好，挺度增强，使电弧更加稳定，增加熔深，能较好地保证焊接质量。强磁场碳钢专用弧焊电源研制，为强磁场环境下的焊接问题提供新的思路及方法，从根本上解决强磁场环境下焊接困难的技术难题。
实用新型内容
[0012]本实用新型的目的在于提供一种可以在强磁场环境下进行焊接的强磁场碳钢专用弧焊电源。
[0013]为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是:
[0014]一种强磁场碳钢专用弧焊电源，包括三相四线制电源和三相空气开关，还包括变频器，所述变频器的输入端与所述三相空气开关的输出端相连接，所述变频器的输出端与交流弧焊机相连接。
[0015]所述变频器的变频器第一直流电压输出端与可调节电阻器的一端相连接，变频器第二直流电压输出端和变频器第二模拟信号输入端分别与所述可调节电阻器的另一端相连接；变频器第一模拟信号输入端与所述可调节电阻的滑动端相连接；变频器数字输入端与继电器第二常开开关的一端相连接，继电器第二常开开关的另一端与变频器隔离输出端相连接；变频器第一模拟信号输出端、变频器第二模拟信号输出端分别与频率表的信号输入端相连接。
[0016]所述三相四线制电源包括第一火线、第二火线、第三火线和中性线，所述第一火线与第二火线之间连接有电压表，所述第三火线上连接有电流表。
[0017]还包括单相空气开关，单相空气开关的输入端与所述三相四线制电源的第三火线相连接，单相空气开关的输出端与所述频率表的一端相连接，频率表的另一端与中性线相连接。
[0018]所述单相空气开关与所述三相四线制电源的中性线之间设有串联的启动开关、停止开关和继电器。
[0019]所述单相空气开关与所述三相四线制电源的中性线之间设有串联的继电器第一常开开关和启动指示灯。
[0020]所述单相空气开关与所述三相四线制电源的中性线之间设有串联的继电器常闭开关和停止指示灯。
[0021]采用本实用新型提供的强磁场碳钢专用弧焊电源，将变频技术与弧焊变压器有机的结合在一起。电网工频电经过变频器变频后再输入到交流弧焊机的弧焊变压器，使弧焊变压器输出频率在50?400HZ之间可以进行无极调节，输出电流可以在60?350A调节，可满足手工电弧焊的焊接要求，与普通工频弧焊变压器相比，随着焊接电流频率的增加，摆幅呈平方倍下降，当频率达到150HZ时，电弧摆幅只有工频弧焊电源的1/9，电弧稳定、指向性好、飞溅少、熔深增加，能较好地保证强磁场环境下焊接接头质量，从根本上解决强磁场环境下由于磁偏吹造成的焊接困难的难题。【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型的结构示意图。
[0023]图2是带电体在磁场中的运动图。
[0024]图3是电弧磁偏吹起因不意。
[0025]图中，1-变频器第一直流电压输出端，2-变频器第二直流电压输出端，3-变频器第一模拟信号输入端，4-变频器第二模拟信号输入端，5-变频器数字输入端，9-变频器隔离输出端，12-变频器第一模拟信号输出端，13-变频器第二模拟信号输出端,21-电压表，22-电流表，23-频率表，24-交流弧焊机，25-变频器，QFl-三相空气开关，QF2-单相空气开关，DWJ-可调节电阻器，SBQ-启动开关，SBT-停止开关，KA-继电器，KA-1-继电器常闭开关，KA-2-继电器第一常开开关，KA-3-继电器第二常开开关，HLG-启动指示灯，HLR-停止指示灯。
【具体实施方式】
[0026]下面结合具体实施例及其附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0027]如图1所示，本实用新型提供的强磁场碳钢专用弧焊电源，包括三相四线制电源和三相空气开关QF1，还包括变频器25，变频器25的输入端与三相空气开关QFl的输出端相连接，变频器25的输出端与交流弧焊机24相连接。
[0028]变频器25可以设定输出频率，变频器第一直流电压输出端I和变频器第二直流电压输出端2可以输出十IOV的直流电压，变频器第一直流电压输出端I与可调节电阻器DWJ的一端相连接，变频器第二直流电压输出端2和变频器第二模拟信号输入端4与可调节电阻器DWJ的另一端相连接。变频器第一模拟信号输入端3与可调节电阻DWJ的滑动端相连接，通过调节滑动端的位置，改变可调节电阻器DWJ的电阻大小，从而使变频器第一模拟信号输入端3、变频器第二模拟信号输入端4的输出电压在O?IOV变化，实现调节输出频率。变频器数字输入端5与继电器第二常开开关KA1-3的一端相连接，继电器第二常开开关KA1-3的另一端与变频器隔离输出端9相连接，变频器隔离输出端9可以输出+ 24V的电压，当继电器第二常开开关KA1-3接通时，变频器25开始工作。变频器第一模拟信号输出端12、变频器第二模拟信号输出端13分别与频率表23的信号输入端相连接，用来检测变频器23的输出频率。
[0029]三相四线制电源包括第一火线L1、第二火线L2、第三火线L3和中性线N，第一火线L1、第二火线L2、第三火线L3分别与三相空气开关QFl的输入端相连接，三相空气开关QFl的输出端分别与变频器25的输入端R、S、T相连接，变频器25的输出端U、V、W中的任意两端与交流弧焊机24的输入电源(380V)两端相连接。第一火线LI与第二火线L2之间连接有电压表21，用来检测电网电压。在第三火线L3上连接有电流表22，用来检测在焊接过程中输入端的电流。
[0030]电气控制系统包括单相空气开关QF2，单相空气开关QF2的输入端与三相四线制电源的第三火线L3相连接，单相空气开关QF2的输出端与频率表23的AC220V—端相连接，频率表23的AC220V另一端与中性线N相连接。单相空气开关QF2与三相四线制电源的中性线N之间设有串联的启动开关SBQ、停止开关SBT和继电器KA，串联的继电器第一常开开关KA-2和启动指示灯HLG，串联的继电器常闭开关(KA-1)和停止指示灯(HLR)。单相空气开关QF2给频率表23、启动开关SBQ、停止开关SBT、继电器KAl、启动指示灯HLG和停止指示灯HLR供电。当启动开关SBQ闭合时，继电器KAl吸合，常闭开关KAl-1打开，停止指示灯HLR熄灭；继电器第一常开开关KA1-2吸合，启动指示灯HLG亮起；继电器第二常开开关KA1-3吸合，变频器数字输入端5与变频器隔离输入端9接通，变频器25启动。
[0031]焊接单元电焊机包括弧焊变压器、焊接电压表、焊接电流表以及输入输出端子。电焊机是通用的交流弧焊机，通过弧焊变压器可调节焊接电流的大小，以及用来检测焊接电流及电压的指示表和接线端子。
[0032]本实用新型提供的强磁场碳钢专用弧焊电源，变频器2 5选择西门子MICR0MASTER440,功率为45kw，频率在50?400HZ无极调节。该强磁场碳钢专用弧焊电源将变频技术与交流弧焊机有机的结合在一起，输出的焊接电弧频率在50?400HZ范围内可调，输出电流在60?350A范围内可调，实现了交流弧焊机的输出频率和焊接电流都可以调节的功能。交流弧焊机选用普通交流焊机，型号是BX1-500，该部分电路无任何变动。只是将变频后的380V电源接到交流焊机的输入端，通过变频器25调节焊接电流的大小。电流表21、电压表22和频率表23可以实现电流、电压和频率的显示，变频器25可以实现输出频率在50-400HZ范围内无级调速。在不停电情况下，对100台200KA电解槽进行维修，在每台电解槽外壁上焊接72块散热钢板，散热板焊接接头质量满足技术要求。
[0033]以上所述的仅是本实用新型的较佳实施例，并不局限本实用新型。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本实用新型所提供的技术启示下，还可以做出其它等同变型和改进，均可以实现本实用新型的目的，都应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种强磁场碳钢专用弧焊电源，包括三相四线制电源和三相空气开关(QF1)，其特征在于，还包括变频器(25)，所述变频器(25)的输入端与所述三相空气开关(QFl)的输出端相连接，所述变频器(25)的输出端与交流弧焊机(24)相连接。
2.根据权利要求1所述的强磁场碳钢专用弧焊电源，其特征在于，所述变频器(25)的变频器第一直流电压输出端(I)与可调节电阻器(DWJ)的一端相连接，变频器第二直流电压输出端(2)和变频器第二模拟信号输入端(4)分别与所述可调节电阻器(DWJ)的另一端相连接；变频器第一模拟信号输入端(3)与所述可调节电阻(DWJ)的滑动端相连接；变频器数字输入端(5)与继电器第二常开开关(KA1-3)的一端相连接，继电器第二常开开关(KA1-3)的另一端与变频器隔离输出端(9)相连接；变频器第一模拟信号输出端(12)、变频器第二模拟信号输出端(13)分别与频率表(23)的信号输入端相连接。
3.根据权利要求1所述的强磁场碳钢专用弧焊电源，其特征在于，所述三相四线制电源包括第一火线(LI)、第二火线(L2)、第三火线(L3)和中性线(N)，所述第一火线(LI)与第二火线(L2)之间连接有电压表(21)，所述第三火线(L3)上连接有电流表(22)。
4.根据权利要求2所述的强磁场碳钢专用弧焊电源，其特征在于，还包括单相空气开关(QF2)，单相空气开关(QF2)的输入端与所述三相四线制电源的第三火线(L3)相连接，单相空气开关(QF2)的输出端与所述频率表(23)的一端相连接，频率表(23)的另一端与中性线(N)相连接。
5.根据权利要求4所述的强磁场碳钢专用弧焊电源，其特征在于，所述单相空气开关(QF2)与所述三相四线制电源的中性线(N)之间设有串联的启动开关(SBQ)、停止开关(SBT)和继电器(KA)。
6.根据权利要求4所述的强磁场碳钢专用弧焊电源，其特征在于，所述单相空气开关(QF2)与所述三相四线制电源的中性线(N)之间设有串联的继电器第一常开开关(KA-2)和启动指示灯(HLG)。
7.根据权利要求4所述的强磁场碳钢专用弧焊电源，其特征在于，所述单相空气开关(QF2)与所述三相四线制电源的中性线(N)之间设有串联的继电器常闭开关(KA-1)和停止指示灯(HLR)。
【文档编号】B23K9/10GK203712049SQ201320810715
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】张明谦, 赵文军, 张整社, 王晓军, 夏天东, 冯旺军, 郭爱军, 施文学 申请人:兰州连城铝业有限责任公司, 兰州理工大学