第09章 氩弧焊机工作原理.docx

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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L1~L4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，CW35258脚电位被拉低，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（C1~C4、D1~D4）来产生高压：

①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）；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；②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；③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；④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）

①A、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；

②放电嘴因高压击穿放电，此时，相当于短路L3、C5；

③L3、C5产生高频振荡，f=L/2π√LC

④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，其控制电路如图9.5所示

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。

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CW3525芯片的8脚经过Π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L1—L4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，CW35258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（C1——C4、D1——D4）来产生高压；

①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；②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；③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；④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）

aA、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；

cL3、L5产生高频振荡，f=L/2πLC　

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，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脚经过Π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L1—L4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，CW35258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（C1——C4、D1——D4）来产生高压；

①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；②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；③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；④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）

aA、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；

cL3、L5产生高频振荡，f=L/2πLC　

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