[发明专利]一种产生等离子电弧的方法和装置

说明书

本发明涉及一种产生等离子电弧的方法和

装置，用于等离子弧焊机和等离子弧切割机等中。

通常，等离子弧切割机和等离子焊机是这样配置的，即令来自等离子电弧装置的电源装置(下文简称电源装置)的直流电流在一起构成为等离子负载的电极和工件之间流过，借此在其间产生等离子电弧，以便切割或焊接工件。

该电源装置具有的正输出端连接到工件，它的负输出端连接到等离子枪的一个电极上。等离子枪电极是金属圆柱体，例如铜、其具有相对高的电导率。在枪电极的另一端中置入耐熔材料，例如铪、钨和锆。枪电极由一喷口所环绕，其间形成间隔空隙。该喷口在其末端有一开口。

在等离子弧切割器中，例如当等离子气体如压缩空气、氧、氩、氢和氮气供入在喷口和枪电极之间的空隙时，来自电源装置的直流电压施加到枪电极和工件之间，其间形成有间隙。施加在电极和工件之间的高电压在起始阶段持续一短的时间，以便在气隙中产生导引电弧。该导引电弧在电极和工件之间引起等离子电弧，该产生的等离子电弧用于切割工件。等离子电弧是由在电极末端的耐熔金属产生的并通过在喷口的末端的开口指向工件。

在运动中作为等离子电弧来源的耐熔材料被消耗，当耐熔材料的量降低到低于预定的限值时，就不能再产生等离子体。换句话说，该枪电极的寿命结束。而后要更换新电极。

已经分析得出，施加在电极和工件之间的DC电流中的纹波量值越小，则电极的耐熔材料消耗的数量也越小。因此需要采用恒定电流电源装置。

在一恒流电源装置中，AC电源经整流和平波成为DC电源，该DC电源利用高频逆变器装置变换为高频电源，利用变压器使高频电源电压降压，然后，经降压的高频电源整流并平波成为直流电源。所得到的直流电流然后提供到枪电极和工件之间。利用一检测器检测DC电流，根据检测器的检测值控制逆变器，以便维持DC电流恒定。该恒流控制使提供到电极和工件之间的DC恒定电流具有的纹波被降低。

本发明人已经认识到，为了延长电极的寿命，提供在电极和工件之间的DC电流中纹波的降低并不是必定会降低耐熔材料的消耗量。他们已经发现，有时，采用包含较大量值纹波的DC电流更会延长电极的寿命。

本发明人已经通过实验测定在由电源装置提供的DC电流中包含的纹波的频率和幅值与耐熔材料的消耗量之间的相互关系。本发明就是根据该实验结果提出的，本发明的目的是提供一种提高使用寿命的产生等离子电弧的方法和装置。

根据本发明方法，在一起构成等离子负载的电极和工件之间提供DC电流，以便在电极和工件之间产生等离子电弧。将AC电流叠加到DC电流上。该AC电流的频率从100Hz到500Hz，峰-峰值大于DC电流数值的0％而小于其15.5％。

在本发明的另外一种形式中，AC电流的频率从300Hz到500Hz，峰-峰值可以采用为大于DC电流值的0％而小于其16.5％。

在另一变更方案中，AC电流频率由300Hz到360Hz，峰-峰值可设为大于DC电流的0％而小于其20％。

在另一变更方案中，AC电流频率由100Hz到500Hz，峰-峰值可设为DC电流数值的10％。

本发明的产生等离子电弧的装置包括：逆变器，将DC功率变换为AC功率；输出变换装置，用于对所述逆变器的AC输出进行整流和平波，以产生施加于构成等离子负载的电极和工件之间的输出电流；电流检测装置，用于检测所述输出电流；基准信号发生装置，用于产生预定基准信号；控制装置，用于根据所述电流检测装置的输出信号和所述基准信号之差控制所述逆变器，使所述输出电流和所述基准信号一样；其特征在于：所述基准信号发生装置包括提供预定DC信号的装置，提供具有可变频率和幅度的AC信号的装置，和将所述预定DC信号和所述具有可变频率和幅度的AC信号组合以产生所述基准信号的组合装置。

通过改变在基准信号中的AC信号的频率，使AC电流的频率可以在100Hz到500Hz的范围内调节，通过改变在基准信号中的AC信号的幅值，使AC电流的幅值可以调节到在大于DC电流数值的0％小于其15.5％的范围内的一个数值。

通过改变在基准信号中的AC信号的频率，使AC电流的频率可以在300Hz到500Hz的范围内调节，通过改变在基准信号中的AC信号的幅值，使AC电流的幅值可以调节到在大于DC电流数值的0％小于其16.5％的范围内的一个数值。