1、第09章 氩弧焊机工作原理第九章 氩弧焊机工作原理一、什么是氩弧焊氩弧焊即钨极惰性气体保护弧焊,指用工业钨或活性钨作不熔化电极,惰性气体(氩)作保护的焊接方法,简称TIG。二、氩弧焊的起弧方式氩弧焊的起弧采用高压击穿的起弧方式,先在电极针(钨针)与工件间加以高频高压,击穿氩气,使之导电,然后供给持续的电流,保证电弧稳定。三、氩弧焊的一般要求(一)对气体的控制要求:要求气体先来后走,氩气是较易被击穿的惰性气体,先在工件与电极针间充满氩气,有利于起弧;焊接完成后,保持送气,有助于防止工件迅速氧化,保证了良好的焊接效果。(二)电流的手开关控制要求:要求按下手开关时,电流较气延时,手开关断开(焊接结束
2、后),根据要求延时供给并将气先断开。(三)高压的产生与控制要求:氩弧焊机采用高压起弧的方式,则要求起弧时有高压,起弧后高压消失。(四)干扰的防护要求:氩弧焊的起弧高压中伴有高频,其对整机电路产生严重的干扰,要求电路有很好的防干扰能力。四、氩弧焊机与手弧焊机的工作电路的差别 氩焊机与手弧焊机在主回路、辅助电源、驱动电路、保护电路等方面都是相似的。但它在后者的基础上增加了几项控制:1、手开关控制;2、高频高压控制;3、增压起弧控制。另外,在输出回路上,氩弧焊机采用负极输出方式,输出负极接电极针,而正极接工件。五、氩弧焊机的工作原理氩弧焊机在主回路、辅助电源、驱动电路、保护电路等方面的工作原理是与手
3、弧焊机是相同的。在此不再多叙述,而着重介绍氩弧焊机所持有的控制功能及起弧电路功能。(一)手开关控制氩弧焊机要求氩气先来后走,而电流则后来先走(相对气而言),这此都是通过手开关控制实现的。手开关原理图如9.1由图知:当焊机主开关合上后,辅助电源工作,给控制电路提供了24V的直流电。手开关未合上时,24V直流电通过电阻R1、R2使光耦合器工作,使CW3525芯片的8脚经过T形滤波器(L5、C5组成,抗干扰用)对地短路,此时,CW3525处于封波状态,电路无输出;手开关合上时,光电耦合器被短路,开关S断开,24V直流电使继电器J吸合,使控制气体供给的电磁阀工作,给焊接供气。而8脚电位于缓起动电阻,电
4、容的作用缓慢增长,经过一定时间,CW3525开始工作,电路开始输出功率。这样,电流就较气延时供给延时时间由缓起动动阻、容值决定)。 电磁阀为气体供给控制器件,其结构简图如图9.2,当继电器J合上,电磁阀中的电感线圈获得电流,产生磁能,把铁块吸离气管管口,气体通过电磁阀供给焊接。 手开关控制电路中,电感线圈L1L4及C1、C2起到防止干扰而使手开关误导通的作用。电容C3、电阻R3保证气体的先来后走:1)手开关合上时,由于R2的作用,使继电器马上动作,电磁阀打开供气。辅助电源向电容C3充电。而由于R3的限流,使得手开关不到于因电流过大而损坏;2)焊接结束,手开关断开后,S合上,CW3525 8脚电
5、位被拉低,电路停止输出,而C3上仍充有电能,它通过R3放电供给继电器J电能,保持继电器导通,延时供气(延时时间等于C3与R3的乘积)。实现了焊接对电流、气体的控制要求。(二)高频、高压电流的产生与控制(1)产生:氩弧焊机的起弧需要高压,为了能在手弧焊机的基础上产生高压并送到输出回路,采用了如图9.3的电路。(2)工作原理:1)升压变压器;图中变压器为24:70,将307电压升高约3倍。 2)采用4倍压整流电路;如图(C1C4、D1D4)来产生高压:当主变(T1)初级流过一正脉冲电流时(电压值为6V),N2产生一上正下负(正向)的感应电动势,并给电容C1充电,使电容C1的端电压也为V,(方向如图
6、);且由于线圈续流和D1的作用,在主变中无电流流过时,C1也不能放电;主变流过一等值的负脉冲电流时,在民上产生一上负下正的感应电动势(值为V),给C2充电,使得C2上的压降VC2=VC1+V感应=2V,方向如图;主变T1再流过一正脉冲电流时,N2上又产生上正下负的感应电动势,这时,电容C3充电,端电压VC3=VC2+V感应-VC1=2V,方向如图;主变下的电流方向再次改变,使得N2上的感应电动势方向为上负下正,这时,电容C4得到电能,且VC4=VC3+VC1-VC2=2V,方向如图,这样,在A、B间便形成了4V的压降。(3)高频振荡发生器:(由L3(N3)、C5、放电嘴组成)A、B两点的压降达
7、到4V(V为逆变器输出电压,约1KV),给电容C5充电;放电嘴因高压击穿放电,此时,相当于短路L3、C5;L3、C5产生高频振荡,f=L/2LC 由于输出能量的不断补充,使得每隔一定时间,L3、C5便产生高频振荡电流,并通过T3次级输出到输出端C点电压波形如图9.4。由于T3上要通过高频高压的电流,其技术参数要求严格,它的质量是起弧难易,焊接效果的决定性因素。(三)控制输出回路中有高频高压电流后,保证了起弧,可如果防护不当,高频高压电流便会反向击穿二次整流中的整流管,甚至损坏主变T1初级线圈所联接的电路,而且,高频高压只是在起弧时使用,起弧后,便不再需要,所以,需适时断开高频高压发生器,其控制
8、电路如图9.5所示防干扰控制:在输出端的正负极间接有压敏电阻与电容,其对于高频高压电流来说明相当于短路同时,正负端都接有抗高频的电感线圈,这样,就控制了高频高压电流反窜到二次整流的电路中,只在输出端形成回路。同时,接在正极与机壳间的电阻(压敏)和电容也能有效地防止高频电流及其它干扰。高频高压电流的产生与关断控制:高频高压电流的产生与关断都由继电器J控制,手开关全上时,把S2合上,这时,电路工作,输出约56伏的直流电压,它使继电器动作,吸合JA,使高频高压发挥工作,产生高频高压电流输出,引起电弧,电弧一引起,输出回路便出现大电流,流经电抗器(电感线圈);由于电感的续流作用,能使电抗器正端(图中A
9、点)电压降到很低的电位(甚至为负值),这时,继电器被可靠地断开,高频高压发生器停止工作,完成了对高频高压电流的控制。(四)增压起弧控制为了保护轻易起弧,提供焊接质量,氩弧焊机还在输出端增设了一个增压起弧的装置,其利用高频高压发生器的变压器的另一组次边作为增压变压器,使得高频高压发生器工作时,也同时抬高了输出端的电压,保证起弧,起弧后,增压装置也随着高频高压电流发生器一起被断开。其原理图如图9.6一、氩弧焊的起弧方式氩弧焊的起弧采用高压击穿的起弧方式,先在电极针(钨针)与工件间加以高频高压,击穿氩气,使之导电,然后供给持续的电流,保证电弧稳定。二、氩弧焊的一般要求1、 对气体的控制要求:要求气体
10、先来后走,氩气是较易被击穿的惰性气体,先在工件与电极针间充满氩气,有利于起弧;焊接完成后,保持送气,有助于防止工件迅速氧化,保证了良好的焊接效果。2、 电流的手开关控制要求:要求按下手开关时,电流较气延时,手开关断开(焊接结束后),根据要求延时供给,并比气先断开。3、 高压的产生与控制要求:氩弧焊机采用高压起弧的方式,则要求起弧时有高压,起弧后高压消失。4、 干扰的防护要求:氩弧焊的起弧高压中伴有高频,其结整机电路产生严重的干扰,要求电路有很好的防干扰能力。三、氩弧焊机与手弧焊机的工作电路的差别氩焊机与手弧焊机在主回路、辅助电源、驱动电路、保护电路等方面都是相似的。但它在后者的基础上增加了几项
11、控制:1、手开关控制;2、高频高压控制;3、增压起弧控制。另外,在输出回路上,氩弧焊机采用负极输出方式,输出负极接电极针,而正极接工件。四、氩弧焊机的工作原理氩弧焊机在主回路、辅助电源、驱动电路、保护电路等方面的工作原理是与手弧焊机是相同的。在此不再赘述,而着重介绍氩弧焊机所特有的控制电路及起弧电路工作原理。1、 手开关控制氩弧焊机要求氩气先来后走,而电流则后来先走(相对气而言),这些都是通过手开关控制实现的。手开关原理如图8.1图8.1 手开关控制电路原理图由图知:当焊机主开关合上后,辅助电源工作,给控制电路提供了24V的直流电。手开关未合上时,24V直流电通过电阻R1、R2使光耦工作,使C
12、W3525芯片的8脚经过形滤波器(L5、C4、 C5组成,抗干扰用)对地短路,此时,CW3525处于封波状态,电路无输出;手开关合上时,光电耦器被短路,开关S断开,24V直流电在R(3K)上形成的压降使继电器J吸合,使控制气体供给的电磁阀吸合,给焊接供气。而8脚电位由于缓起动电阻、电容的作用缓慢增长,经过一定时间,CW3525输出一定宽度的脉冲,电路开始输出功率。这样,电流就较气延时,延时时间由缓起动电阻、电容的值决定)。电磁阀为气体供给控制器件,其结构简图如图8.2,当继电器J合上,电磁阀中的电感圈获得电流,产生磁能,把铁块吸离气管管口,气体通过电磁阀供给焊接。 手开关控制电路中,电感线圈L
13、1L4及C1、C2起到防止干扰而使手开关误导通的作用。电容C3、电阻R3保证气体的先来后走:(1)手开关合上时,由于R2的作用,使继电器马上动作,电磁阀打开供气。辅助电源向电容C3充电。而由于R3的限流,使得手开关不致于因电流过大而损坏;(2)焊接结束,手开关断开后,S合上,CW3525 8脚电位被拉低,电路停止输出,而C3仍充有电能,它通过R3放电供给继电器J电能,保持继电器导通,延时供气(延时时间等于C3与R3的值的乘积)。实现了焊接对电流、气体的控制要求。图8.2 电磁阀结构简图2、 高频、高压电流的产生与控制(1) 产生:氩弧焊机的起弧需要高压,为了能在手弧焊要的基础上产生高压并送到输
14、出回路,采用了如图8.3的电路。图8.3高频、高压电流产生电路(2) 工作原理:a 升压变压器:图中变压器为8:24:70,将307的电压升高约3倍。b 采用4倍压整流电路:如图(C1C4、D1D4)来产生高压;当主变(T1)初级流过一正脉冲电流时(设电压值为V),N2产生一上正下负(正向)的感应电动势,并给电容C1充电,使电容C1的端电压也为V(方向如图),且由于线圈续流和D1的作用,在主变中无电流流过时,C1也不能放电;主变流过一等值的负脉冲电流时,在N2上产生一上负下正的感应电动势(值为V),给C2充电,使得C2上的压降VC2=VC1+V感应=2V,方向如图;主变T1再流过一正脉冲电流时
15、,N2上又产生上正下负的感应电动势,这时,电容C3充电,端电压VC3=VC2+V感应-VC1=2V,方向如图;主变下的电流方向再次改变,使得N2上的感应电动势方向为上负下正,这时,电容C4得到电能,且VC4= VC3+ VC1+ VC2=2V,方向如图,这样,在A、B间便形成了4V的压降,方向如图。(3) 高频振荡发生器:(由L3(N3)、C5、放电咀组成) a A、B两点的压降达到4V(V为 逆变器输出电压,约1KV),给电容C5充电; b 放电咀因高压击穿放电,此时,相当于短路L3、L5; c L3、L5产生高频振荡,f=L/2 LC d 由于输出能量的不断补充,使得每隔一定时间(4倍主变
16、周期),L3、C5产生高频振荡电流,并通过T3次级输出到输出端,C点电压波形如图8.4图8.4 由于T3上要通过高频高压的电流,其技术参数要求严格,它的质量是起弧难易,焊接效果良好与否的决定性因素。3、 控制输出回路中有高频高压电流后,保证了起弧,可如果防护不当,高频高压电流便会反向击穿二次整流中的整流管,甚至损坏主变T1初级线圈所联接的电路,而且,高频高压只是在起弧时使用,起弧后,便不再需要,所以,需适时断开高频高压发生器,其控制电路如图8.5所示图8.5 高频高压电流控制电路(1) 防干扰控制:在输出端的正负极间接有压敏电阻与电容,其对于高频高压电流来说电容相当于短路;同时,正负端都接有抗
17、高频的电感线圈,这样,就限制了高频高压电流反窜到二次整流的电路中,只在输出端形成回路。同时,接在正极与机壳间的电阻(压敏)和电容也能有效地防止高频电流及其它干扰。(2)高频高压电流的产生与关断控制:高频高压电流的产生与关断都由继电器J控制,手开关合上时,把S2合上,这时,电路工作,输出约56伏的直流电压,它使继电器动作,吸合JA,使高频高压发生器工作,输出高频高压电流,引起电弧,电弧一引起,输出回路便出现大电流(电弧把正负端短路),流经电抗器(电感线圈);由于电感的续流作用,能使电抗器正端(图中A点)电压降到很低的电位(甚至为负值),当电抗器接在负端时,由于电流缓流,继电器两端的电压降低,这时
18、,继电器被可靠地断开,高频高压发生器停止工作,完成了对高频高压电流的控制。4、 增压起弧控制为了保证轻易起弧,保证焊接质量,氩弧焊机还在输出端增设了一个增压起弧的装置,其利用高频高压发生器的变压器的另一组次边作为增压变压器,使得高频高压发生器工作时,也同时抬高了输出端的电压,保证起弧,起弧后,增压装置也随着高频高压电流发生器一起被断开。其原理如图8.6图8.6 增压起弧控制电路五、氩弧焊的起弧方式氩弧焊的起弧采用高压击穿的起弧方式,先在电极针(钨针)与工件间加以高频高压,击穿氩气,使之导电,然后供给持续的电流,保证电弧稳定。六、氩弧焊的一般要求1、 对气体的控制要求:要求气体先来后走,氩气是较
19、易被击穿的惰性气体,先在工件与电极针间充满氩气,有利于起弧;焊接完成后,保持送气,有助于防止工件迅速氧化,保证了良好的焊接效果。2、 电流的手开关控制要求:要求按下手开关时,电流较气延时,手开关断开(焊接结束后),根据要求延时供给,并比气先断开。3、 高压的产生与控制要求:氩弧焊机采用高压起弧的方式,则要求起弧时有高压,起弧后高压消失。4、 干扰的防护要求:氩弧焊的起弧高压中伴有高频,其结整机电路产生严重的干扰,要求电路有很好的防干扰能力。七、氩弧焊机与手弧焊机的工作电路的差别氩焊机与手弧焊机在主回路、辅助电源、驱动电路、保护电路等方面都是相似的。但它在后者的基础上增加了几项控制:1、手开关控
20、制;2、高频高压控制;3、增压起弧控制。另外,在输出回路上,氩弧焊机采用负极输出方式,输出负极接电极针,而正极接工件。八、氩弧焊机的工作原理氩弧焊机在主回路、辅助电源、驱动电路、保护电路等方面的工作原理是与手弧焊机是相同的。在此不再赘述,而着重介绍氩弧焊机所特有的控制电路及起弧电路工作原理。1、 手开关控制氩弧焊机要求氩气先来后走,而电流则后来先走(相对气而言),这些都是通过手开关控制实现的。手开关原理如图8.1图8.1 手开关控制电路原理图由图知:当焊机主开关合上后,辅助电源工作,给控制电路提供了24V的直流电。手开关未合上时,24V直流电通过电阻R1、R2使光耦工作,使CW3525芯片的8
21、脚经过形滤波器(L5、C4、 C5组成,抗干扰用)对地短路,此时,CW3525处于封波状态,电路无输出;手开关合上时,光电耦器被短路,开关S断开,24V直流电在R(3K)上形成的压降使继电器J吸合,使控制气体供给的电磁阀吸合,给焊接供气。而8脚电位由于缓起动电阻、电容的作用缓慢增长,经过一定时间,CW3525输出一定宽度的脉冲,电路开始输出功率。这样,电流就较气延时,延时时间由缓起动电阻、电容的值决定)。电磁阀为气体供给控制器件,其结构简图如图8.2,当继电器J合上,电磁阀中的电感圈获得电流,产生磁能,把铁块吸离气管管口,气体通过电磁阀供给焊接。 手开关控制电路中,电感线圈L1L4及C1、C2
22、起到防止干扰而使手开关误导通的作用。电容C3、电阻R3保证气体的先来后走:(1)手开关合上时,由于R2的作用,使继电器马上动作,电磁阀打开供气。辅助电源向电容C3充电。而由于R3的限流,使得手开关不致于因电流过大而损坏;(2)焊接结束,手开关断开后,S合上,CW3525 8脚电位被拉低,电路停止输出,而C3仍充有电能,它通过R3放电供给继电器J电能,保持继电器导通,延时供气(延时时间等于C3与R3的值的乘积)。实现了焊接对电流、气体的控制要求。图8.2 电磁阀结构简图2、 高频、高压电流的产生与控制(1) 产生:氩弧焊机的起弧需要高压,为了能在手弧焊要的基础上产生高压并送到输出回路,采用了如图
23、8.3的电路。图8.3高频、高压电流产生电路(2) 工作原理:a 升压变压器:图中变压器为8:24:70,将307的电压升高约3倍。b 采用4倍压整流电路:如图(C1C4、D1D4)来产生高压;当主变(T1)初级流过一正脉冲电流时(设电压值为V),N2产生一上正下负(正向)的感应电动势,并给电容C1充电,使电容C1的端电压也为V(方向如图),且由于线圈续流和D1的作用,在主变中无电流流过时,C1也不能放电;主变流过一等值的负脉冲电流时,在N2上产生一上负下正的感应电动势(值为V),给C2充电,使得C2上的压降VC2=VC1+V感应=2V,方向如图;主变T1再流过一正脉冲电流时,N2上又产生上正
24、下负的感应电动势,这时,电容C3充电,端电压VC3=VC2+V感应-VC1=2V,方向如图;主变下的电流方向再次改变,使得N2上的感应电动势方向为上负下正,这时,电容C4得到电能,且VC4= VC3+ VC1+ VC2=2V,方向如图,这样,在A、B间便形成了4V的压降,方向如图。(3) 高频振荡发生器:(由L3(N3)、C5、放电咀组成) a A、B两点的压降达到4V(V为 逆变器输出电压,约1KV),给电容C5充电; b 放电咀因高压击穿放电,此时,相当于短路L3、L5; c L3、L5产生高频振荡,f=L/2 LC d 由于输出能量的不断补充,使得每隔一定时间(4倍主变周期),L3、C5
25、产生高频振荡电流,并通过T3次级输出到输出端,C点电压波形如图8.4图8.4 由于T3上要通过高频高压的电流,其技术参数要求严格,它的质量是起弧难易,焊接效果良好与否的决定性因素。3、 控制输出回路中有高频高压电流后,保证了起弧,可如果防护不当,高频高压电流便会反向击穿二次整流中的整流管,甚至损坏主变T1初级线圈所联接的电路,而且,高频高压只是在起弧时使用,起弧后,便不再需要,所以,需适时断开高频高压发生器,其控制电路如图8.5所示图8.5 高频高压电流控制电路(1) 防干扰控制:在输出端的正负极间接有压敏电阻与电容,其对于高频高压电流来说电容相当于短路;同时,正负端都接有抗高频的电感线圈,这
26、样,就限制了高频高压电流反窜到二次整流的电路中,只在输出端形成回路。同时,接在正极与机壳间的电阻(压敏)和电容也能有效地防止高频电流及其它干扰。(3)高频高压电流的产生与关断控制:高频高压电流的产生与关断都由继电器J控制,手开关合上时,把S2合上,这时,电路工作,输出约56伏的直流电压,它使继电器动作,吸合JA,使高频高压发生器工作,输出高频高压电流,引起电弧,电弧一引起,输出回路便出现大电流(电弧把正负端短路),流经电抗器(电感线圈);由于电感的续流作用,能使电抗器正端(图中A点)电压降到很低的电位(甚至为负值),当电抗器接在负端时,由于电流缓流,继电器两端的电压降低,这时,继电器被可靠地断开,高频高压发生器停止工作,完成了对高频高压电流的控制。4、 增压起弧控制为了保证轻易起弧,保证焊接质量,氩弧焊机还在输出端增设了一个增压起弧的装置,其利用高频高压发生器的变压器的另一组次边作为增压变压器,使得高频高压发生器工作时,也同时抬高了输出端的电压,保证起弧,起弧后,增压装置也随着高频高压电流发生器一起被断开。其原理如图8.6图8.6 增压起弧控制电路
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