[其他]焊接电源外特性控制法,弧焊机及其电路

说明书

一种用于电弧焊接的方法和设备。脉冲电弧焊机的焊接电弧自适应控制系统所使用的电源具有多阶梯和运动斜率的外特性。此外，还提供了可使任意多段和任意斜率或运动斜率的特性线段衔接起来的自动转换电路，以及实现运动斜率特性线段的扫描电路是仅需单旋钮控制送丝速度的自适应控制气体保护金属极电弧（ＧＭＡ）焊机，无需调整其它的焊接参数，操作起来十分简便。

本发明属于焊接电源及其控制线路。

传统的气体保护熔化极电弧焊（GMA）焊机一直采用电流电压关系为平直的、下降的或微升的电源外特性，以期在焊接过程中获得较强的电弧自调节能力，以及维持电弧稳定和得到金属喷射过渡的效果，但实际上至今未能圆满地解决焊接电弧自调节能力和保证稳定的金属喷射过渡这两项相互矛盾的要求。

近年来发展的GMA焊机采用两种外特性组合成非线性的电源在维弧阶段用陡降特性使电弧维持稳定;而用平直特性的强迫脉冲产生金属喷射过渡。这样就可以实现分别改变维弧电流和脉冲电流的幅值及其相应的维持时间这四个参数，使焊丝的熔化速度能够灵活地调节。虽然这种焊机的焊接电流适用范围比一般直流焊机宽得多，但是，为了整定焊丝的熔化速度，必须先确定上述四个数参，因此十分复杂。只要其中某个参数整定不当，就会导致电弧不稳定，甚至熄灭。又由于在维弧期间采用陡降的电源外特性，所以弧长的自调节能力不强。再者，脉冲电流幅值总是难免有波动的，故不能保证稳定的金属喷射过渡。

1981年6月英国的M·AMIN在《金属结构》（MetalConstruction）杂志上提出了一种称为“SYNERGIC”的熔化极气体保护脉冲焊接方法，它把送丝速度和上述四个参数通过一个控制系统联系起来，送丝速度一经选定，上述四个参数即由电子电路自动整定。但是，在这一系统中没有反应弧长和电弧参数之间的变化。因此，除送丝速度以外的任何对弧长的干扰都会使电弧的稳定遭到破坏。

此外，据知UEGURI等人的第81 105288.5号欧洲专利申请提出了将电弧的电流、电压与上述四个参数联系起来控制焊接电源的脉冲焊机，实现了在焊接过程中焊接参数自动调节的一种方式。但是，由于采用积分电路测量电弧电压表示弧长，所以对弧长扰动的瞬态响应很差。影响了焊接电弧的自调节作用。

本发明的目的旨在促进上述这些问题的解决。

本发明的构成是一种自适应控制脉冲焊机（以下简称TSAD焊机）采用一种焊接电弧自适应控制系统。该系统使电源呈现多阶梯和具有运动斜率的外特性，能使焊接电弧自始至终处于最佳状态，从而解决了现有焊机存在的电弧自调节能力和保证稳定的金属喷射过渡之间矛盾问题。

上述的多阶梯外特性主要包括三段：一段为使维持电弧充分稳定的稍微倾斜的特性，一段为保持稳定的金属喷射过渡、保证电弧为恒定电流的垂直特性，以及一段为加速电弧由维弧阶段到脉冲阶段间过渡的运动斜率特性，这三段特性与空载点和短路点连接成多阶梯的外特性。

上述的运动斜率特性是本发明焊机中独具的特点。为实现这一特点，在上述控制系统中设有一个扫描电路，它由弧长上下限电压触发并按焊接电流微变量进行扫描。当焊接电流微变量上升时，它使电源电压远高于弧压降，当焊接电流微变量减少时，它使电源电压远低于弧压降，从而使电弧快速完成向维弧或脉冲最佳稳定点的过渡，这是与现有脉冲焊机的特性迥然不同的，这也是实现本发明焊机具有电弧自适应能力的主要电路之一。本发明TSAD焊机的另一特点是：在焊接电弧自适应控制系统中采用一个多阶梯外特性的自动转换电路，它能将任意多段和任意斜率的殊性线段衔接起来组合而成任意多阶梯的特性曲线，从而实现了电源为多阶梯的外特性。

TSAD焊机控制系统中的送丝电路与现有焊机不同，它能实现使弧长随送丝速度的变化而自动进行补偿，从而保证最适度的金属喷射过渡。

TSAD焊机的晶体管电源本身具有检测和控制弧长的能力，故不需象现有焊机那样附加检测弧长的电路，即能实现自动地调节输出的电流和电压，使焊接电弧永远处于最佳状态。

由于TSAD焊机具有多阶梯的外特性，在维弧和脉冲阶段分别采用不同的电流和电压，故能使焊接电源的功耗减少。