CN102717170B - 一种应用脉冲电流的手弧焊接装置的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用脉冲电流的手弧焊接装置的焊接方法，包括以下步骤：①、把交流电整流为直流电；②、步骤①得到的直流电通过波形发生器，由控制单元控制波形发生器将直流电转化为高频脉冲波，包括有引弧波段和工作波段；③、步骤②得到的高频脉冲波通过变压器，按变比放大电流值；④、步骤③中放大后的脉冲电流再次整流，输出适合焊枪使用的输出电流，部分输出电流通过二次整流模块与控制单元之间的连接反馈到控制单元。采用本发明的焊接方法，可达到节能、降低输入电流等的效果；此外，本发明的焊接方法还可用于进行薄板焊接。

Description

一种应用脉冲电流的手弧焊接装置的焊接方法

技术领域

本发明涉及一种应用脉冲电流的手弧焊接装置的焊接方法。

背景技术

电焊的基本工作原理是我们通过常用的220V电压或者380V的工业用电，通过电焊机里的减压器降低了电压，增强了电流，并使电能产生巨大的电弧热量融化钢铁，而焊条的融入使钢铁之间的融合性更高。电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法，它包括有：手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。

手弧焊是各种电弧焊方法中发展最早、目前仍然应用最广的一种焊接方法。它是以外部涂有涂料（药皮）的焊条作电极和填充金属，电弧是在焊条的端部和被焊工件表面之间燃烧。涂料（药皮）在电弧热作用下一方面可以产生气体以保护电弧，另一方面可以产生熔渣覆盖在熔池表面，防止熔化的金属与周围气体相互作用生成氧化物；熔渣的更重要作用是与熔化金属产生物理化学反应或添加合金元素，改善焊缝金属性能。手弧焊设备简单、轻便，操作灵活，可以应用于维修及装配中的短缝的焊接，特别是可以用于难以达到的部位的焊接。手弧焊配用相应的焊条可适用于大多数工业用碳钢、不锈钢、铸铁、铜、铝、镍及其合金。

现在市面上常见的手弧焊机主要有直流焊机和交流焊机，其中直流焊机中配置有变压器和整流模块，交流电输入时，经变压器变压后，再由整流器整流，输出为低压大电流的直流电。现有的手弧直流焊机在工作时的输出电流不少于120A，输出功率不少于4000W，能耗大，当输入电压为220V时，其输入电流约为20A，输入电流大，对使用环境要求较高，不适合在家庭环境中使用（家庭环境中的电线较细，当电流过大时容易引起火灾，因此设有过流保护且其动作设定值一般不高于60A）；同时直流焊机的变压器变比大，需要绕置较多的线圈，造成焊机的体积大、重量大，不方便携带。此外，由于现有的直流焊机的焊接电流较大，应用在薄板焊接时，持续的大电流产生的电弧容易将薄板烧穿。

发明内容

为了解决现有手弧焊机能耗大、输入电流大、不便于家庭使用和使用时容易烧穿薄板的问题，本发明的目的在于提供一种应用脉冲电流的手弧焊接装置的焊接方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种应用脉冲电流的手弧焊接装置的焊接方法，所述焊接装置包括依次连接的整流模块、波形发生器、变压器和二次整流模块，所述波形发生器为MOSFET场效应管电路，还包括一控制单元，控制单元的输出端连接波形发生器，用于控制波形发生器产生高频脉冲波形，所述整流模块的输入端连接电源，所述二次整流模块的输出端连接焊枪，二次整流模块的输出端还连接控制单元的输入端；所述焊接方法包括以下步骤：

①、输入的交流电通过整流模块，整流为直流电；②、步骤①得到的直流电通过波形发生器，由控制单元控制波形发生器将直流电转化为高频脉冲波，所述高频脉冲波包括用于焊条引弧的引弧波段t1和周期性循环的工作波段，引弧波段中包括交替设置的峰段Ⅰt3和谷段t4，所述工作波段的一个周期t2中包括用于点弧的峰段Ⅱt5、用于提供工作电流的中段t6和低电流的尾段t7，所述峰段Ⅰt3的电流值与峰段Ⅱt5的电流值相等，所述谷段t4的电流值与中段t6的电流值相等；③、步骤②得到的高频脉冲波通过变压器，按变比放大电流值；④、步骤③中放大后的脉冲电流通过二次整流模块，再次整流，输出适合焊枪使用的输出电流，部分输出电流通过二次整流模块与控制单元之间的连接反馈到控制单元，使控制单元更好的完善高频脉冲波。

作为上述焊接方法的补充，所述引弧波段t1中，峰段Ⅰt3的电流值不少于100A，优选为160A，峰段Ⅰt3通过二次整流模块后输出时的持续时间为20~100ms；谷段t4的电流值为20~80A，优选为70A，谷段t4通过二次整流模块后输出时的持续时间为50~200ms；引弧波段t1通过二次整流模块后输出时的持续时间为1000~3000ms。所述工作波段中，峰段Ⅱt5的电流值不少于100A，优选为160A，峰段Ⅱt5通过二次整流模块后输出时的持续时间为20~100ms；中段t6的电流值为20~80A，优选为70A，中段t6通过二次整流模块后输出时的持续时间为200~800ms；尾段t7的电流值为0A，尾段t7通过二次整流模块后输出时的持续时间为200~800ms。

本发明的有效效果是：本发明的焊接方法输出脉冲电流进行焊接，脉冲电流中包括有引弧波段t1和工作波段。引弧波段t1中大电流的峰段Ⅰt3和提供工作电流的谷段t4交替设置，确保焊条在开始工作时有足够的能量用于引弧，使引弧操作更加容易成功。工作波段的一个周期t2中包括峰段Ⅱt5、中段t6和尾段t7，其中做功为峰段Ⅱt5和中段t6，峰段Ⅱt5采用大电流点弧后，进入中段t6，提供电流值约为峰段Ⅱt5电流值一半的工作电流，支持焊条放电工作，尾段t7的电流值为0，使焊条得到休息，同时降低工作波段的平均功率。与现有的直流式手弧焊机进行对比，在获得相同焊接效果的前提下，本发明的应用脉冲电流的手弧焊接装置输出功率为直流焊机输出功率的一半或更低，大大减少能耗；输出功率降低使输入电流同时降低，令本发明的焊接装置适用于家庭环境中；而平均工作电流的降低，降低了焊接时焊条与母材之间的温度，不易烧穿母材，令本发明的焊接装置可用于进行薄板焊接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述引弧波段t1的开始段为谷段t4，在谷段t4中，焊条进行预热，避免了开始电流过大造成焊条粘在母材上的情况。

作为上述技术方案的进一步改进，所述高频脉冲波的频率为20KHz及以上，脉冲波的频率越高，变压过程越容易，降低变压器的线圈要求，减少变压器的体积和重量，使本发明的手弧焊接装置的体积小、重量轻。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的电气原理框图；

图2是本发明的焊接装置工作时的电流波形。

具体实施方式

参照图1，本发明提供的一种应用脉冲电流的手弧焊接装置，包括整流模块1、波形发生器2、变压器3、二次整流模块4和控制单元5，整流模块1可为桥式全波整流电路，用于将交流电转换为直流电；波形发生器2为MOSFET场效应管电路或IGBT绝缘栅双极型晶体管电路，用于产生高频脉冲波形；变压器3为降压变压器；二次整流模块4用于对变压后的电流进行再次整流，输出适合焊枪使用的电流；控制单元5为一单片机芯片或PLC芯片及其周边电路，根据芯片内输入的程序控制高频脉冲波形的波形形状。在本发明中，整流模块1、波形发生器2、变压器3、二次整流模块4依次连接，整流模块1的输入端连接电源，二次整流模块4的输出端连接焊枪，控制单元5的输出端连接波形发生器2，控制单元5的输入端连接二次整流模块4的输出端，用于接收反馈回来的输出电流并根据反馈电路调整高频脉冲波形的波形形状。

一种应用脉冲电流的手弧焊接装置的焊接方法，包括以下步骤：①、输入的交流电通过整流模块1，整流为直流电；②、步骤①得到的直流电通过波形发生器2，由控制单元5控制波形发生器将直流电转化为高频脉冲波，图2为高频脉冲波的波形，所述高频脉冲波包括用于焊条引弧的引弧波段t1和周期性循环的工作波段。引弧波段t1中包括交替设置的峰段Ⅰt3和谷段t4，其中开始段为谷段t4；峰段Ⅰt3的电流值不少于100A，优选为160A，峰段Ⅰt3通过二次整流模块4后输出时的持续时间为20~100ms，如采用50ms；谷段t4的电流值为20~80A，优选为70A，谷段t4通过二次整流模块4后输出时的持续时间为50~200ms，如采用150ms；引弧波段t1总体通过二次整流模块4后输出时的持续时间为1000~3000ms，如采用2000ms。所述工作波段的一个周期t2中包括用于点弧的峰段Ⅱt5，峰段Ⅱt5的电流值不少于100A，优选为160A，峰段Ⅱt5通过二次整流模块4后输出时的持续时间为20~100ms，优选与峰段Ⅰt3的时间相等；用于提供工作电流的中段t6，中段t6的电流值为20~80A，优选为70A，中段t6通过二次整流模块4后输出时的持续时间为200~800ms，如采用500ms；低电流的尾段t7，尾段t7的电流值为0A，尾段t7通过二次整流模块4后输出时的持续时间为200~800ms，如采用500ms。③、步骤②得到的高频脉冲波通过变压器3，按变比放大电流值；④、步骤③中放大后的脉冲电流通过二次整流模块4，再次整流，输出适合焊枪使用的输出电流，部分输出电流通过二次整流模块4与控制单元5之间的连接反馈到控制单元，使控制单元5更好的完善高频脉冲波。当焊机停止使用时，停止时间超过尾段t7的1.3倍后，控制单元5自动复位，焊机下次工作时重新经引弧波段t1进入工作波段。

本发明的焊接方法输出脉冲电流进行焊接，脉冲电流中包括有引弧波段t1和工作波段。引弧波段t1中大电流的峰段Ⅰt3和提供工作电流的谷段t4交替设置，确保焊条在开始工作时有足够的能量用于引弧，使引弧操作更加容易成功。工作波段的一个周期t2中包括峰段Ⅱt5、中段t6和尾段t7，其中做功为峰段Ⅱt5和中段t6，峰段Ⅱt5采用大电流点弧后，进入中段t6，提供电流值约为峰段Ⅱt5电流值一半的工作电流，支持焊条放电工作，尾段t7的电流值为0，使焊条得到休息，同时降低工作波段的平均功率。

作为上述技术方案的进一步改进，所述高频脉冲波的频率为20KHz及以上，脉冲波的频率越高，变压过程越容易，降低变压器3的线圈要求，减少变压器3的体积和重量，使本发明的手弧焊接装置的体积小、重量轻。

与现有的直流式手弧焊机进行对比，在获得相同焊接效果的前提下，本发明的应用脉冲电流的手弧焊接装置输出功率为直流焊机输出功率的一半或更低，大大减少能耗；输出功率降低使输入电流同时降低，令本发明的焊接装置适用于家庭环境中；而平均工作电流的降低，降低了焊接时焊条与母材之间的温度，不易烧穿母材，令本发明的焊接装置可用于进行薄板焊接。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，但本发明并不限定于上述例子，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种应用脉冲电流的手弧焊接装置的焊接方法，所述焊接装置包括依次连接的整流模块（1）、波形发生器（2）、变压器（3）和二次整流模块（4），所述波形发生器（2）为MOSFET场效应管电路，还包括一控制单元（5），控制单元（5）的输出端连接波形发生器（2），用于控制波形发生器（2）产生高频脉冲波形，所述整流模块（1）的输入端连接电源，所述二次整流模块（4）的输出端连接焊枪，二次整流模块（4）的输出端还连接控制单元（5）的输入端；其特征在于，所述焊接方法包括以下步骤：

①、输入的交流电通过整流模块（1），整流为直流电；

②、步骤①得到的直流电通过波形发生器（2），由控制单元（5）控制波形发生器（2）将直流电转化为高频脉冲波，所述高频脉冲波包括用于焊条引弧的引弧波段（t1）和周期性循环的工作波段（t2），引弧波段中包括交替设置的峰段Ⅰ（t3）和谷段（t4），所述工作波段的一个周期中包括用于点弧的峰段Ⅱ（t5）、用于提供工作电流的中段（t6）和低电流的尾段（t7），所述峰段Ⅰ（t3）的电流值与峰段Ⅱ（t5）的电流值相等，所述谷段（t4）的电流值与中段（t6）的电流值相等；

③、步骤②得到的高频脉冲波通过变压器（3），按变比放大电流值；

④、步骤③中放大后的脉冲电流通过二次整流模块（4），再次整流，输出适合焊枪使用的输出电流，部分输出电流通过二次整流模块（4）与控制单元（5）之间的连接反馈到控制单元（5）。

2.根据权利要求1所述的一种应用脉冲电流的手弧焊接装置的焊接方法，其特征在于：所述引弧波段（t1）中，峰段Ⅰ（t3）的电流值不少于100A，峰段Ⅰ（t3）通过二次整流模块（4）后输出时的持续时间为20~100ms；谷段（t4）的电流值为20~80A，谷段（t4）通过二次整流模块（4）后输出时的持续时间为50~200ms；引弧波段（t1）通过二次整流模块（4）后输出时的持续时间为1000~3000ms。

3.根据权利要求2所述的一种应用脉冲电流的手弧焊接装置的焊接方法，其特征在于：所述引弧波段（t1）的开始段为谷段（t4）。

4.根据权利要求2所述的一种应用脉冲电流的手弧焊接装置的焊接方法，其特征在于：所述峰段Ⅰ（t3）的电流值为160A。

5.根据权利要求2所述的一种应用脉冲电流的手弧焊接装置的焊接方法，其特征在于：所述谷段（t4）的电流值为70A。

6.根据权利要求1所述的一种应用脉冲电流的手弧焊接装置的焊接方法，其特征在于：所述工作波段中，峰段Ⅱ（t5）的电流值不少于100A，峰段Ⅱ（t5）通过二次整流模块（4）后输出时的持续时间为20~100ms；中段（t6）的电流值为20~80A，中段（t6）通过二次整流模块（4）后输出时的持续时间为200~800ms；尾段（t7）的电流值为0A，尾段（t7）通过二次整流模块（4）后输出时的持续时间为200~800ms。

7.根据权利要求6所述的一种应用脉冲电流的手弧焊接装置的焊接方法，其特征在于：所述峰段Ⅱ（t5）的电流值为160A。

8.根据权利要求6所述的一种应用脉冲电流的手弧焊接装置的焊接方法，其特征在于：所述中段（t6）的电流值为70A。

9.根据权利要求1至8任一所述的一种应用脉冲电流的手弧焊接装置的焊接方法，其特征在于：所述高频脉冲波的频率为20KHz及以上。