材料成形设备及自动化》正文修订4.docx

材料成形设备及自动化》正文修订4.docx

《材料成形设备及自动化》正文修订4.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料成形设备及自动化》正文修订4.docx（52页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

材料成形设备及自动化》正文修订4

绪论

焊接是一种将材料永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。

在生产制造中，从几十万吨的巨轮到不足1克的微电子元件，都不同程度地要应用到焊接技术。

尤其是钢铁材料必须通过各种热加工,如焊接、锻压、铸造、热处理等工序,才能成为有使用价值的产品。

世界工业发达国家的焊接结构用钢一般占年钢产总量的60%以上，目前我国已经成为世界上最大的钢铁生产国和消耗国，而我国焊接结构用钢量也将提高到年钢产总量的50%以上。

由此可见，焊接在现代制造业中的重要地位，以及对人们的生产、生活、劳动就业、财富创造起到的重大作用。

今天焊接成型技术的应用之所以如此广泛,是因为焊接结构具有一系列的优越性：

1）焊接结构不受外形尺寸限制,可以方便地拼成尺寸很大的工程结构；

2）与铆接或螺栓连接相比,焊接结构的重量较轻,没有铆钉或螺钉的附加重量；

3）与铸造结构相比,可方便地制成空心结构或封闭结构；

4）焊接结构的整体性好；

5）焊接结构的密封性好,这对压力容器或真空容器的制造是不可缺少的条件；

6）可根据结构服役及设计的需要,在不同的部位采用不同材质或不同级别的材料,也可采用不同厚度的材料,从而节省材料,发挥材料的最大效能。

同时，结构也更为轻巧,成本更低。

电焊机是实现焊接成型的主要技术设备，素有“钢铁缝纫机”之称。

目前，钢材仍是最主要的结构材料。

2005年，我国已成为世界上最大的产钢国和用钢国。

近年来，我国在大型焊接钢结构的开发与应用方面取得了引人瞩目的成就，有的已成为世界第一。

例如，举世瞩目的的长江三峡水电工程，三峡水电站总装机容量18200MW,相当18座大型核电站,是世界最大的水电站。

其水轮机转轮直径为10.7m，高5.4m，重达440t，为世界最大、最重的不锈钢焊接转轮。

三峡水电站的电动机定子座和蜗壳的结构也是巨大的，其中电动机定子座直径为22m，高6m，重832t，是在我国焊接的最大钢结构机座；蜗壳进水口直径为12.4m，总重量750t，为世界最大、最重的焊接蜗壳。

三峡永久船闸人字闸门，门体高38.5m,宽20.2m,厚3.0m。

每闸人字门由左右两扇门叶组成。

单扇门重达800t，号称“天下第一门”。

大跨度空间钢结构焊接工程的代表如北京国家体育场（“鸟巢”）、国家游泳中心（“水立方”）、北京国家大剧院等。

高层建筑钢结构焊接工程如中央电视台新台址大楼、上海环球金融中心等。

随着我国铁路与公路建设的发展,钢桥建设得到了飞速的发展。

特别是多座跨越长江的大桥,设计与制造技术已接近世界先进水平。

世界全部斜拉桥排名前10位的焊接钢桥中,我国就有6座。

钢桥的制造已从栓焊向全焊接过渡。

我国已建成的大跨度代表性全焊接钢桥有“世界第一拱桥”上海卢浦大桥、南京长江三桥等等。

西气东输工程的天然气管线，全长约4300km，是横贯我国东西的能源大动脉,为能源紧缺的中国东部经济发达地区输送丰富的天然气资源。

输气管线管径为1016mm,壁厚14.16～26.12mm,X70级钢,钢管用量170万t。

其中涉及到大量的螺旋管焊接和直缝管焊接。

这是我国铺设的第一条高强度钢的长距离管线，在铺设中大量使用了自动化焊接设备。

我国的造船业在过去的20年里有了很大的发展。

2006年我国造船完工总量突破1400万载重吨，为世界第三造船大国。

我国已能够自主设计建造30万t级超大型原油船和8000箱级超大型集装箱船,并已成功进入液化天然气船建造市场

预计15年后中国将成为世界第一造船大国。

焊接技术在船舶制造中占有举足轻重的位置,是最主要的工艺技术。

上述的一些大型结构例子都是我国近年来焊接的最大、最新的具有代表性的重要产品。

其他方面包括从核能发电到微电子技术发展,从探索宇宙空间到深海资源开发,从汽车到家电产品制造,均离不开焊接技术。

如“神舟”载人飞船和长征系列运载火箭的燃料箱，都是全焊接的铝合金结构。

一辆Passat车身上有电阻焊点5892个、螺柱焊206个、GMAW焊缝总长2397mm。

因此，焊接技术及设备在国民经济建设和社会发展中发挥着无可替代的重要作用。

焊接成型技术的发展有赖于焊接设备的发展，而电焊机是最主要的焊接设备。

从技术基础来看，电焊机不仅综合了电气、机械、焊接技术，还广泛地应用了电子技术、计算机技术、控制技术、超声波技术、真空技术、等离子物理、光学、声学等各方面的最新成就。

因而，电焊机的功能和质量都随之日新月异地发展。

电焊机已经历了机械控制→电磁控制→电子控制的时代，并已进入电子时代。

从现在的情况看，任何一种新型的、先进的焊接设备都离不开电子控制技术。

正是由于各种控制技术和电子技术的发展，又赋予了各种焊机以新的生命力，从而大大地改变了其原来面貌。

逆变技术已经广泛地应用于焊条电弧焊、TIG焊、MAG焊等弧焊电源中，在电阻焊机中也开始获得应用。

一些具有焊接参数自动检测、操作和调整以及焊后检测等功能的先进焊接设备将逐步进入工业实用阶段，多功能的机电一体化焊机也相继问世。

目前，大量的微型计算机在焊接设备中得到应用。

特别是廉价的单片机在电弧焊、电阻焊和特种焊接设备中大量采用，以扩展其功能，提高其自动化程度。

数字信号处理器（DSP）在弧焊电源控制系统中的应用，极大地推动了数字化弧焊电源的发展。

焊接机器人是焊接过程自动化的重要标志。

目前，焊接机器人已进入工业实用阶段，工业发达国家已大量使用焊接机器人来进行自动化焊接生产。

焊接机器人可摆脱对高级熟练焊工的依赖，进一步提高焊接质量和劳动生产率，解决某劳动条件十分恶劣或工人根本无法进入的场合（例如高温、放射性、真空等）的焊接问题。

洁净、环保焊接技术是21世纪焊接行业发展的必由之路，只有通过发展焊接生产自动化装备及其自动控制系统，才能得以实现。

现代焊接机器人大多用于柔性自动化工作站或焊接生产线，它是由焊接机器人、焊接电源、焊接工艺装备、上下料机械手等的组合，以及离线CAD仿真编程构成的，用微机对系统进行综合控制。

柔性机器人工作站易于变更不同的焊接产品，可适用各种批量的生产线，是非常受欢迎的一种焊接自动化途径。

焊接生产柔性化的发展方向是要发展能识别环境并随时精确跟踪焊缝轨迹及调整焊接参数的焊接机器人。

柔性焊接机器人工作站代表了成套焊接设备微机自动控制技术的发展方向。

焊接过程控制系统的智能化是焊接生产自动化的核心问题之一。

把人工智能技术引入焊接设备的控制，以形成焊接设备的智能控制系统。

具有代表性的是焊接过程的模糊控制系统、神经网络控制系统和焊接专家系统。

焊接自动化系统是机、电、焊等各项技术的集成，涉及技术领域广泛，要求水平较高。

焊接自动化技术的发展过程也就是电子技术、计算机控制技术、自动控制技术、信息传感器技术和软件技术与焊接工艺的融合、渗透过程。

第一章弧焊电源

第一节对弧焊电源的要求

一．对弧焊电源的基本要求

常用的焊接电弧电压约为20～40V，电流在几十至上千安，而我国的工业电网采用三相四线制交流供电，频率为50Hz，相电压为220V，线电压为380V。

因此在工业电网与焊接电弧负载之间必须有一种能量传输与变换装置，这就是弧焊电源。

弧焊电源是电弧焊机中的核心部分，是用来对焊接电弧提供电能的一种专用设备。

对它的要求除有与一般电力电源相同之处外，在电气特性和结构方面，还需具有与各种焊接工艺方法相适应的特性。

这主要是由于弧焊电源的负载是电弧，它的电气性能就要适应电弧负载的特性。

因此，弧焊电源需具备工艺适应性，即应满足弧焊工艺对电源的下述要求：

1）保证引弧容易；

2）保证电弧稳定；

3）保证焊接规范稳定；

4）具有足够宽的焊接规范调节范围。

为满足上述工艺要求，弧焊电源的电气性能应考虑以下三个方面：

1）对弧焊电源外特性的要求；

2）对弧焊电源调节性能的要求；

3）对弧焊电源动特性的要求。

二．对弧焊电源外特性的要求

1．弧焊电源的外特性

电源的外特性是指在规定的范围内，电源稳态输出电流Iy与输出电压Uy之间的关系曲线，即Uy=f（Iy）称为电源的外特性。

图1-1所示就是一条弧焊电源外特性曲线。

对于直流电源，Iy和Uy为输出电流和电压的平均值，对于交流电源则为输出电流和电压的有效值。

不同的弧焊方法对弧焊电源外特性会提出不同的要求。

因此，弧焊电源有下降（缓降、陡降、垂降）、水平等外特性。

2．焊接电弧的静特性

一定长度的电弧稳定燃烧时，电弧电压Uf与电弧电流If之间的关系曲线，即Uf=f（If）称为电弧的静特性。

焊接电弧是一种非线性负载，经实测电弧的静特性曲线近似呈U形曲线，如图1-2所示。

随着电流密度逐渐增大，可以分为A、B、C三个区段，即下降段、水平段、上升段。

对于不同的焊接方法，其电弧的静特性曲线有所不同，且工作于不同的区段，如手工弧焊、埋弧焊多工作于水平段；非熔化极气体保护焊、等离子弧焊也多工作于水平段，但当电流较大时则工作于上升段；熔化极气体保护焊（氩弧焊、CO2焊）基本工作于上升段。

3．“电源一电弧”系统稳定工作条件

弧焊电源与电弧构成供电、用电系统，若要“电源-电弧”系统能够工作则要求电源外特性曲线与电弧静特性曲线形成交点，即有系统工作点。

而为了保证焊接电弧稳定燃烧和焊接参数稳定，还要求系统必须有一个稳定的工作点。

稳定的工作点是指系统能够克服外界干扰因素的影响，保持原有工作点及参数（电流和电压）不变。

如图1-3所示，电源外特性曲线（曲线1）与电弧静特性曲线（曲线2）的交点A0、A1都是系统的工作点，但只有A0点才是稳定的工作点。

原因为：

当由于操作的不稳定、工件表面的不平、网压的波动等瞬间干扰使弧长由l增加到l1时，工作点将由A0、A1移到A0’、A1’，一旦干扰过后弧长又恢复到原来的长度l。

在A0’点，则此时电源电压高于电弧电压，供大于求，因此焊接电流将增加，而电源电压将下降，一直恢复到A0点为止。

而在A1’点，电源电压也高于电弧电压，焊接电流将增加，工作点不能再回到A

1点而是移到A0点。

同理，当弧长受某种瞬间干扰缩短时，也只有A0点能够恢复。

因此说A0点才是稳定工作点，而A1点是不稳定工作点。

在A0点，电弧静特性的斜率为tgαa，电源外特性斜率为tgαp，由图可知：

tgαa－tgαp＞0（1-1）

因此称式（1-1）即为“电源一电弧”系统稳定工作条件。

也就是在电源外特性与电弧静特性交点处，电弧静特性斜率大于电源外特性斜率就是系统稳定工作的条件。

符合上述稳定条件的工作点称为稳定工作点。

如果电弧静特性工作部分斜率＜0，根据上述稳定工作条件，弧焊电源外特性必须是下降特性（缓降或陡降特性）。

如果电弧静特性工作部分斜率＞0，则电源外特性可以是上升的，也可以是平特性。

4．不同焊接方法对弧焊电源外特性的要求

弧焊电源的外特性形状除了影响“电源一电弧”系统的稳定性工作，还关系到焊接工艺参数的稳定。

在外界干扰使弧长变化的情况下，将引起系统稳定工作点移动和焊接工艺参数出现静态偏差。

为获得良好的焊缝成形，要求这种工艺参数的静态偏差愈小愈好，亦即要求焊接工艺参数稳定。

有时某种形状的弧焊电源外特性可满足“电源一电弧”系统的稳定条件，但却不能保证焊接工艺参数稳定。

因此，一定形状的电弧静特性需选择适当形状的弧焊电源外特性与之相配合，才能满足系统的稳定条件又能保证焊接工艺参数稳定。

此外，弧焊电源外特性形状还关系到弧焊电源的引弧性能、熔滴过渡过程和使用安全性等。

表1-1列出了常用弧焊电源外特性形状的种类及应用范围。

5．关于空载电压和短路电流的要求

弧焊电源外特性曲线除稳定工作点外，还有两个特殊点：

即当电流为零时的空载电压和当电极与工件短路时的稳态短路电流。

两者对焊接电弧稳定燃烧具有很大影响，因此，也必须对它们提出要求：

（1）弧焊电源的空载电压UO弧焊电源空载电压高则容易引弧，对于交流弧焊电源，空载电压高则电弧稳定燃烧。

但空载电压高则设备体积大、重量大、功率因数低、不经济。

空载电压高也不利于焊工人身安全。

为此在确保容易引弧、电弧稳定的条件下窄载电压应尽可能低些。

空载电压按焊接电源安全要求应符合GB／T15579—1995的规定。

对危险工作环境，直流弧焊电源小于113V：

交流弧焊电源小于68V（峰值）、48V（有效值）。

对一般工作环境，直流弧焊电源小于113V：

交流弧焊电源小于113V（峰值）、80V（有效值）。

（2）弧焊电源稳态短路电流Iss当焊条（或焊丝）与工件直接接触时的稳态电流称为稳态短路电流。

稳态短路电流Iss应稍大于焊接电流I，这将有利于引弧。

但Iss太大会增大焊接飞溅。

一般情况下：

（1-2）

表1-1常用弧焊电源外特性形状的种类及应用范围

外特性

下降特性

平特性

双阶梯特性

图形

特征

在运行范围内If≈常数，又称垂直下降特性或恒流特性

U=f（I）图形接近1/4椭圆，又称缓降特性，其焊接电流变化较恒流特性大

在运行范围内U=f（I）图形接近一斜线，又称缓降特性

在运行范围内恒流带外拖，外拖的斜率和拐点可调节

在运行范围内Uf≈常数，又称恒压特性，有时电压稍有下降

在运行范围内随电流增加电压稍有增高，有时称上升特性

由L形和┓形外特性切换而成双阶梯外特性

一般适用范围

钨极氩弧焊，非熔化极等离子弧焊

一般焊条手弧焊，变速送丝埋弧焊

一般焊条手弧焊，特别适合立焊、仰焊粗丝CO2焊，埋弧焊

一般焊条手弧焊

等速送丝的粗细丝气体保护焊和细丝（直径＜3mm）埋弧焊

等速送丝的细丝气体保护焊（包括水下焊）

熔化极脉冲弧焊，微机控制的脉冲自动弧焊

三．对弧焊电源调节特性的要求

弧焊电源能输出不同工作电压、电流的可调性能称为电源的调节特性。

焊接时需根据被焊工件的材质、厚度与坡口形式等选用不同的焊接电弧电压Uf及电流If。

对应于一定的弧长，弧焊电源的外特性与电弧静特性曲线只有一个稳定工作点。

因此，为了在一定范围获得所需的If和Uf，弧焊电源的外特性必须可以均匀调节，通过改变外特性斜率或移动曲线位置，以便与电弧静特性曲线在许多点相交，得到一系列的稳定工作点，即If和Uf在一定范围内可调。

四．对弧焊电源动特性的要求

上面所述是针对焊接电弧处于稳定的、静态的工作状态，即电弧长度、电弧电压和电流在较长时间内不改变自己的数值。

然而，实际上用熔化极进行电弧焊时，焊条或焊丝在被加热形成金属熔滴进入熔池的过程中，经常会出现短路。

这样，就会使电弧长度、电弧电压和电流不断地发生瞬时变化。

因而，焊接电弧对供电的弧焊电源来说，是一个动态变化的负载。

这就需要对弧焊电源动特性提出相应的要求。

所谓弧焊电源的动特性，是指电弧负载状态发生突然变化时，弧焊电源输出电压与电流的响应过程，可以用弧焊电源的输出电流和电压对时间的关系，即uf=f（t）、if=f（t）来表示，它说明弧焊电源对负载瞬变的适应能力。

只有当弧焊电源的动特性合适，才能获得良好的引弧、燃弧和熔滴过渡状态，从而得到满意的焊缝质量。

这对采用短路过渡的熔化极电弧焊来说，是特别重要的。

而对于采用非接触式引弧的非熔化极电弧焊，因焊接时电弧长度、电弧电压和电流基本不变，因而对弧焊电源可以不考虑动特性的要求。

以短路过渡CO2焊过程为例，其典型的短路过渡过程的电压电流波形如图1-4所示。

电弧引燃后焊丝端部形成熔滴并逐渐增大，致使电弧间隙短路。

此时电弧熄灭，电压急剧下降，短路电流突然增大。

熔滴在电磁收缩力下形成缩颈，并向熔池过渡。

熔滴脱落后电弧间隙的电压急剧增大到超过额定的电弧电压，并重新引燃电弧。

以后重复整个循环。

在短路过渡CO2焊接过程中，短路电流上升率di/dt是影响熔滴过渡是否平稳、飞溅大小、焊接过程是否稳定的主要因素。

d

i/dt过小，短路熔滴难以过渡，将导致短路时间的延长和焊丝成段爆断。

di/dt过大，将产生严重的飞溅。

因此，di/dt值应该合适。

除di/dt之外，短路电流峰值也是一个重要参数，应能够加以调节。

熔滴过渡之后，希望立即引燃电弧，以免焊接过程中断，这就要求电源有足够的空载电压恢复速度。

综上所述，对弧焊电源动特性要求，实际上就是对电源的短路电流增长速度，空载电压恢复速度和短路电流峰值的要求。

第二节弧焊电源的分类

弧焊电源的分类方法很多。

按输出电流的种类分，可分为直流弧焊电源、交流弧焊电源和脉冲弧焊电源三大类；按弧焊电源的输出特性分，可分为平特性（恒压特性）电源、缓降特性电源、垂直陡降（恒流）特性电源以及多特性电源；按弧焊方法分，又可以分为焊条电弧焊电源、埋弧焊电源、等离子弧焊电源、氩弧焊电源、CO

2焊电源等。

但目前应用最多的是按外特性控制机构不同分为机械调节型、电磁控制型、电子控制型三大类。

在每一大类中又按其工作原理、结构特征及关键器件的不同细分为若干种型式，如图1-5所示。

机械调节型弧焊电源是借助于机械装置实施电源外特性的调节，如移动弧焊变压器动铁心、动绕组或改变绕组匝数（抽头）等。

电磁控制型弧焊电源是通过调节励磁电流来改变电抗器或直流发电机铁心的饱和程度，从而控制电源外特性。

该类产品由于耗能大，除柴油或汽油驱动式弧焊发电机，在一些特定场合还有应用以外，基本上属于淘汰产品。

电子控制型弧焊电源是借助于电子线路来实现电源外特性、动特性的调节，以及波形控制，包括整流式、逆变式、数字式弧焊电源，是弧焊电源的发展方向。

第三节常用弧焊电源

一．弧焊变压器

弧焊变压器是一种最简单和常用的弧焊电源，它提供正弦波交流输出，电弧稳定性较差、功率因素低，通常用于焊条电弧焊，因此弧焊变压器的伏安特性通常为陡降特性。

一般的变压器是恒压特性，不适于直接用于焊条电弧焊。

弧焊变压器是一种具有陡降输出特性的特殊变压器，在原理上可由一台普通的变压器和一个串联的可调电感构成，如图1-6所示。

图1-4a中的变压器是一个常规的变压器，它只起降压作用，陡降特性是由与其串联的电感获得的。

电感是一种电磁感应器件，当交流电流通过电感时将在电感两端产生电压降，当电感值足够大时，则变压器与串联电感构成陡降特性。

在弧焊变压器中，串联电感同时又起电流调节作用，由图

1-4b的电路原理图及图1-4c向量图可以得出输出电流与串联电感的关系：

其中：

由矢量图：

即：

＝

（1-3）

式中：

——输出电流；

U0——空载电压；

Uf——负载电压；

ω——电源角频率；

L——电感值。

由式（1-3）可以得到弧焊变压器的外特性曲线图，如图1-7所示，由式（1-3）及图1-7可以看到，调节电感L可以改变输出电流。

在不同的输出电流位置上，电源的外特性特性是不同的。

电流越小，外特性越陡，因为此时的电感值大，相当于电源内阻大，所以外特性变陡。

电流越大，外特性越缓，因为此时的电感值小，相当于电源内阻小，所以外特性变缓。

如图1-4a的结构示意图中所示，弧焊变压器中的串联电感由线圈及可调间隙铁心组成，设电感线圈匝数为N，铁心与线圈磁路的磁阻为Rm，则电感值L为：

L＝

（1-4）

由式（1-4）可见，调整电感的方法可以是改变线圈匝数N或调节磁路的磁阻Rm。

在弧焊变压器中，通常利用铁心的变化调节磁阻Rm从而改变电感值，改变图1-6a）中铁心的间隙δ可以方便地调节磁路的磁阻Rm，达到调节焊接电流的目的。

δ减小电感值增加，焊接电流降低，δ增加电感值降低；焊接电流增加。

为了获得满足电弧焊所需的陡降特性，需要较大的串联电感，其电感的体积、重量与变压器相当。

所以为了节约材料，减少体积和重量，实际上在弧焊变压器中，很少使用独立的串联电感。

而是采用特殊的结构设计，使变压器的一次与二次绕组之间有较大的漏感，这个漏感可以起到与串联电感相同的作用，这也正是弧焊变压器与一般变压器在设计和结构上最大的不同。

弧焊变压器实现外特性调节的方式有三种：

移动铁心、移动绕组和改变绕组匝数（抽头），分别称为动铁式、动圈式和抽头式弧焊变压器。

动铁式弧焊变压器结构示意图及工作原理如图1-8所示。

动铁心可作垂直于纸面方向的移动，通过调节动铁心的位置可以改变漏磁磁路的磁阻状态，从而调节漏磁大小，获得所需的外特性。

图示为

动铁心处于两极限位置时的外特性。

动圈（绕组）式弧焊变压器结构示意图及工作原理如图1-9所示。

由于变压器的一、二次绕组间存在一定的距离，有较大的漏磁。

通过转动手柄可以调节一、二次绕组间的距离，改变一、二次绕组间的耦合程度，从而调节漏磁大小，获得所需的外特性。

图示为动绕组处于两极限位置时的外特性。

抽头式弧焊变压器结构示意图及工作原理如图1-10所示。

一次绕组分为N11和N12两部分。

N12部分与二次绕组N2紧密耦合，N11部分则与N2有较大漏磁。

S1、S2是双刀同轴开关，通过此开关可改变N11和N12抽头位置，即改变匝数，但要保持一次绕组匝数N1=N11+N12不变。

从而调节漏磁大小，获得所需的外特性。

开关在位置1时输出电流最小，在位置5时输出电流最大。

图1-8动铁式弧焊变压器铁心位置与外特性

由于上述弧焊变压器电源外特性的调节是依靠机械装置实施，故属于机械调节型弧焊电源。

该类电源具有结构简单、成本低、便于制造和维修、效率高等优点，但也存在调节不灵活、不精细、电源笨重、耗材多、电弧稳定性差等缺点。

二．逆变式弧焊电源

逆变式焊接电源是一种新型的、且已广泛应用的电子控制型焊接电源。

它出现于20世纪70年代，是焊接电源发展史上更新换代的产品，被称为“20kHz革命”。

它打破了焊接电源体大量重的传统形象，开辟了焊接电源成为电子式产品的新概念。

逆变式焊接电源应用了电力电子技术中的逆变技术，在电力电子技术中将交流电变为直流电的变换称为整流，而将直流电变为交流电的变换即称为逆变。

1．逆变式弧焊电源基本原理及组成

逆变式弧焊电源基本原理及组成见图1-11所示：

50Hz工频交流网压先经整流成直流，再借助大功率电子开关器件，把直流电变换成几千至几万赫兹的中频交流电（实现逆变），然后经中频变压器降压和输出整流器整流为直流，最后经电抗器滤波即得所需的焊接电压和电流。

逆变式弧焊电源基本组成是由主电路和控制电路两大部分构成。

主电路包括输入整流滤波、逆变器、输出整流滤波等三个组成部分；控制电路主要是用来控制大功率开关器件以获得弧焊工艺所需的外特性、调节特性、动特性和电压、电流波形等。

逆变式弧焊电源所需的大功率电子开关器件可采用、晶闸管THY、电力晶体管GTR、电力场效应晶体管MOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT等。

其中，IGBT是近年得到快速发展的大功率电子开关，具有开关频率高（10～50KHz）、开关损耗小、通态压降低、输入阻抗高（在驱动电路中作为负载时呈容性阻抗，为电压控制方式，驱动功率小）、电流、电压容量较大等特点。

目前逆变式弧焊电源采用IGBT已成为主流。

IGBT的电路图形符号如图1-

12所示。

2．逆变电路

由功率电子开关及中频变压器组成的功率转换电路称为逆变器，是整个电源的核心。

这种功率转换电路有推挽式、全桥式、半桥式、单端反激式、单端正激式等。

下面对在弧焊电源中采用较多的全桥式、半桥式、单端反激式功率转换电路进行介绍。

为了方便，电路图中功率电子开关都采用GTR表示，当实际电路采用IGBT时，直接以IGBT替换GTR即可，其基本电路是一致的。

（1）全桥式逆变电路

全桥式逆变电路如图1-13所示。

功率开关管VT1，VT2，VT3和VT4组成桥的四臂，中频变压器T1连接在它们中间。

相对桥臂上的一对晶体管VT1，VT4和VT2，VT3构成两组晶体管，两组晶体管被基极驱动电路以脉冲方式激励轮流通断，使流过中频变压器T1的一次绕组N1电流方向交替改变，即可将输入直流电压变换成中频矩形波交流。

再经快速二极