氩弧焊机工作原理

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（氩气）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冷却防止氧化，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，电流较气延迟，手开关断开（焊接结束后），根据要求延时供气电流先断。（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特有的控制功能及起弧电路功能。（一）手开关控制手开关原理图如图8.1图8.1第31页共47页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。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R5使Q2导通，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，24V直流电通过电阻R4、R8使Q1导通，Q2基极被拉低而关断，24V直流电通过电阻R6、R7使Q3导通继电器J3A吸合，使控制气体供给的电磁阀工作，给焊接供气。而8脚电位由于缓起动电阻，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，当继电器J3A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。1、手开关合上时，由于Q3导通继电器J3A吸合，电磁阀打开供气。辅助电源向电容C17充电。而由于热敏电阻RT4、RT5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，Q2导通，CW3525的8脚电位被拉低，电路停止输出，而C17上仍充有电能，它通过R6、R7放电供给Q3导通，保持电磁阀导通延时供气。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8.2的电路。图8.2第32页共47页（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（C11~C14、D11~D14）来产生高压：①当升压变压器（T1）初级流过一正脉冲电流时（电压值为U），N2产生一上正下负（正向）的感应电动势，并给电容C14充电，使电容C14的端电压也为U，（方向如图）；且由于线圈续流和D14的作用，在主变中无电流流过时，C14也不能放电；②升压变压器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U），给C11充电，使得C11上的压降VC11=VC14+U感应=2V，方向如图；③升压变压器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C13充电，端电压VC13=VC11+U感应-VC14=2V，方向如图；④升压变压器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C12得到电能，且VC12=VC13+VC14-VC11=2V，方向如图，这样，在A、B间便形成了4U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C15充电；②放电嘴因高压击穿放电，此时，相当于短路L3、C15；③L3、C15产生高频振荡，f=L/2π√LC④由于输出能量的不断补充，使得每隔一定时间，L3、C15便产生高频振荡电流，并通过T4次级输出到输出。由于T4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8.3所示图8.3第33页共47页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，使高频高压电路工作，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8.2第34页共47页氩弧焊机的保护电路工作原理由于焊机、切割机的工作环境十分恶劣，环境对机器安全、人身安全存在着种种隐患。为了保证机器、人身安全，便需要各种保护电路。并要求保护电路的控制灵敏、及时、安全、可靠。一、保护电路工作原理1、过压保护：过压保护是为了避免因人为误接高电压电源等原因造成的电压过高而损坏机器而设置的，它和预防开机浪涌电流电路结合在一起，其原理路如图8.1图8.1过压保护电路当因误接高压（把220VAC输入接到380VAC电源）或因其他原因高压加入时，高压电流顿时把压敏电阻RT4击穿（压敏电阻耐压值是根据电路耐压要求而设定的），形成回路。高压电流在RT1和RT4间流过，较大的电流急剧地把消磁电阻（温敏器件）的温度抬高，而使消磁电阻的阻值随之迅速上升（其阻温特性见图4.2），相当于把电路断开，阻值无穷大。而且当电压达到一定值（设定值）时，D1、R1、U1A、D4和RT2形成回路，高压把压敏电阻RT2和D4击穿形成电流，电流使UA发光，使得UB受光动作，把场管Q4的栅极电位拉低，Q4截止，这样，J1B就不能吸合，高压电流就只能通过耐高压的RT1、RT4回路及D1、R1、U1A、D4和RT2组成的回路，而不会损坏后面的电路，从而保护了电路。而此保护是可恢复的，降低了成本。等电压正常后消磁电阻温度降下，便又可正常工作。避免了因过压而损坏的维修，提高了工作效率。如果输入电压正常，电压经RT1、RT3、整流滤波，输入辅助电源，使辅助电源工作，输出24V稳压直流电，24V直流电使场管Q4导通，从而使J1A运作，J1B吸合，短路RT1、RT3，电源电压直接输入整流桥，电路正常工作。2、过流保护：过流保护是为了避免因元件损坏、干扰、异常等原因引起电流过大第29页共47页对逆变器造成损坏而设置的。它通过电流互感器时时对主回路中的电流进行采样，一但电流超过允许值，控制电路中保护电路动作，停止主回路的工作，其原理如图8.2图8.2过流保护电路原理图电路采用1：300的电流互感器对主回路进行采样（电流互感器是一种电流采样器件，相当于变压器），由I1/I2=n2/n1可知，当主回路中流过300A的电流时，保护电路能采样到1A的电流信号，该信号对控制电路中的电容充电，并形成压降，一但这压降大于保护控制电路中给定的基准电压，便使保护控制电路动作，进行封波，使整个电路停止工作。（保护控制详见第六章第三节）3、过热保护：过热保护电路的作用是避免机器因散热不良，环境温度过高或元器件工作异常而损坏电路。通常，把热敏器件（热敏开关）置于主变压器或散热装置上，一但主变压器或散热装置温度过高，热敏器件便动作闭合，从而使保护控制电路动作，进行电路保护，其原理见图8.3图8.3过热保护电路4、24V欠压保护：欠压保护是对辅助电源输出异常而设置的保护，它对辅助电源的输出值进行检查，如发现辅助电源输出偏低，便使电路停止工作（详见第六章第三节“保护控制电路”）第30页共47页