逆變焊機的主電路數字化電路結構分析

　　對於逆變焊機主電路來講,實際上就是數字化的電路,所以說逆變焊機本身就已完成主電路的數字化.因此對於所謂的數字化焊機來講,一般也就是針對控制電路部分來講的。

　　首先先分析一下逆變焊機控制系統的的主要組成部分,焊機控制部分主要分為人機接口部分和電源控制部分.人機接口部分的數字化的優勢是沒有疑義的,實現起來也沒有很氬焊機大的難度,只要是數字化焊機一般都要有數字化的人機接口界面,因此在此不作過多討論.電源控制部分是其核心和關鍵所在,根據功能不同又可分為數字控制系統及其外圍電路、采樣及調理電路、狀態判斷電路、PI調節電路、PWM調制電路、保護電路、驅動電路等。基於單片機或DSP的數字控制系統及其外圍電路本身就是數字電路,它是數字化焊機控制系統的核心,數字化焊機的性能好壞在很大程度上取決於該部分(包括硬件和軟件兩部分)。

　　目前來講，采樣及調理電路部分仍只能采用模擬電路來實現,這部分還無法實現數字化。 狀態判斷電路對於某些焊機是非常重要的,由於它對實時性要求較高,用比較器實現比較理想,如對實時性要求不要,也可以把該信號通過氬焊機A/D轉換引入到DSP中去用軟件來判斷。

　　傳統PI調節電路一般采用運算放大器和阻容網絡來構建,在數字化焊機中一般采用數字化PI,把該部分用軟件來代替硬件.這是數字化焊機的特點之一。以往PWM調制電路一般采用TL494或SG3525等芯片構成,而在數字化焊機中一般采用數字化的PWM調制,這部分實現起來有兩種方案:一是采用CPLD建立數字化的PWM調制電路,二是直接采用DSP內部集成的PWM調制電路.這也是數字化焊機的主要特點之一。

　　保護部分主要分為電流、電壓氬焊機和溫度三部分,這部分的實現主要根據具體實現方式來確定,一般采用模擬電路來實現,因為它對實時性要求較高,否則起不到保護作用。IGBT的驅動部分比較成熟,不論對於傳統焊機還是數字化焊機,這部分沒有很大的差別。

逆變焊機與焊接工藝之間的關系

　　逆變電源的高響應速度為焊接控制技術提供了一個理想的功率平台，數字化技術在焊接電源中的應用進一步提高了電源控制技術的水平和可操作性。逆變焊機的數字化控制無疑會有強勢的發展，因為它在控制方面極大地簡化了電路結構，提高了焊機控制系統的穩定性，方便了應用。

　　目前，國內的數字化焊機與國外數字化焊機的最大差距在於焊接工藝性能。可以說，數字化焊機的最大賣點不是數字化技術本身，氬焊機而是先進的焊接工藝技術。同時，數字化的最大優勢還在於與逆變焊機相結合後可以承載先進的焊接工藝技術。

　　逆變焊機對於電焊機行業的影響無疑是一場電源技術的革命，但是對於整個焊接領域來說，與其說是電源技術的革命，不如說是焊接工藝技術的革命。可以說，逆變焊機促進了焊接工藝技術的深化。

　　特別是數字化技術搭載在逆變焊機的技術平台上進一步改變了電焊機行業的技術狀態。通過展會可以看到：從單純的電源技術向與氬焊機先進焊接工藝技術結合已成為一種趨勢，研究焊接電弧行為將成為今後電焊機行業技術發展的一個重要方面。

電焊機安全操作規程

　　一、焊接前的准備

　　1.電焊機應放在通風幹燥處，放置平穩。

　　2.檢查焊接面罩應無漏光、破損。焊接人員和輔助人員均應穿戴好勞保用品。

　　3.電焊機焊鉗、電源線以及各接頭部位要連接可靠、絕緣良好。不允許接線處發生過熱現象，電源接線端頭不得外露，應用電膠布包好。

　　4.電焊機與焊鉗間導線長度www.rightweld.com.tw不得超過30米，特殊情況不得超過50米，導線有受潮、斷股現象應立即更換。

　　5.電焊線通過道路時，必須架高或穿入防護管內埋入地下，如通過軌道時必須從軌道下面通過。

　　6.交流焊機初級、次級接線應准確無誤，輸入電流應符合設備要求。嚴禁接觸初級線路帶電部分。

　　7.次級抽頭聯結銅板必須壓緊，接線柱應有線圈。合閘前詳細檢查接點螺栓及其他元件應無松動或損壞。

　　二、焊接中注意事項

　　1.應根據工作的技術條件，選擇合理的焊接工藝，不允許超負載使用，不准采用大電流施焊，不准用電焊機進行金屬切割作業。

　　2.在載荷施焊中焊機溫升不應超www.rightweld.com.tw過A級60度、B級80度，否則應停機降溫後再進行施焊。

　　3.電焊機工作場合應保持幹燥，通風良好。移動電焊機時，應切斷電源，不得用拖拉電源的方法移動電焊機。如焊接中突然停電，應切斷電源。

　　4.在焊接中，不允許調節電流。必須在停焊時，使用調節手柄調節，不得過快，過猛，以免損壞調節器。

　　5.禁止在起重機運行工件下面做焊接作業。

　　6.如在有起重機鋼絲繩區域內施焊時，應注意不得使焊機地線誤碰觸到吊運的鋼絲繩，以免發生火花導致事故。

　　7.必須在潮濕區施工時，焊工必須站在絕緣的木板上工作，不准觸摸焊機導線，不准用臂夾持帶電焊鉗。

IGBT電焊機工作原理

　　逆變電焊機主要是逆變器產生的逆變式弧焊電源，又稱弧焊逆變器，是一種新型的焊接電源。是將工頻(50Hz)交流電，先經整流器整流和濾波變成直流，再通過大功率開關電子元件(晶閘管SCR、晶體管GTR、場效應管MOSFE氬焊機T或IGBT)，逆變成幾kHz~幾十kHz的中頻交流電，同時經變壓器降至適合於焊接的幾十V電壓，再次整流並經電抗濾波輸出相當平穩的直流焊接電流。

　　其變換順序可簡單地表示為：

　　工頻交流(經整流濾波)→直流(經逆變)→中頻交流(降壓、整流、濾波)→直流。即為：AC→DC→AC→DC

　　因為逆變降壓後的交流電，由於其頻率高，則感抗大，在焊接回路中有功功率就會大大降低。所以需再次進行整流。這就是目前所常用的逆變電焊機的機制。

　　逆變電源的特點：弧焊逆變氬焊機器的基本特點是工作頻率高，由此而帶來很多優點。因為變壓器無論是原繞組還是副繞組，其電勢E與電流的頻率f、磁通密度B、鐵芯截面積S及繞組的匝數W有如下關系：E=4.44fBSW

　　而繞組的端電壓U近似地等於E，即：

　　U≈E=4.44fBSW

　　當U、B確定後，若提高f，則S減小，W減少，因此，變壓器的重量和體積就可以大大減小。就能使整機的重氬焊機量和體積顯著減小。還有頻率的提高及其他因素而帶來了許多優點，與傳統弧焊電源比較，其主要特點如下：

　　1.體積小、重量輕，節省材料，攜帶、移動方便。

　　2.高效節能，效率可達到80%~90%，比傳統焊機節電1/3以上。

　　3.動特性好，引弧容易，電弧穩定，焊縫成形美觀，飛濺小。

　　4.適合於與機器人結合，組成自動焊接生產系統。

　　5.可一機多用，完成多種焊接和切割過程。

電焊機之IGBT系列焊機工作原理

　　一、 功率開關管的比較

　　常用的功率開關有晶閘管、IGBT、場效應管等。其中，晶閘管(可控矽)的開關頻率最低約1000次/秒左右，一般不適用於高頻工作的開關電路。

　　1、效應管的特點：

　　場效應管的突出優點在於其極高的氬焊機開關頻率，其每秒鍾可開關50萬次以上，耐壓一般在500V以上，耐溫150℃(管芯)，而且導通電阻，管子損耗低，是理想的開關器件，尤其適合在高頻電路中作開關器件使用。

　　但是場效應管的工作電流較小，高的約20A低的一般在9A左右，限制了電路中的最大電流，而且由於場效應管的封裝形式，使得其引腳的爬電距離(導電體到另一導電體間的表面距離)較小，在環境高壓下容易被擊穿，使得引腳間導電氬焊機而損壞機器或危害人身安全。

　　2、IGBT的特點：

　　IGBT即雙極型絕緣效應管，符號及等效電路圖見圖11.1，其開關頻率在20KHZ~30KHZ之間。但它可以通過大電流(100A以上)，而且由於外封裝引腳間距大，爬電距離大，能抵禦環境高壓的影響，安全可靠。

選購電焊機時考慮因素

一、在選購電焊機產品時，要到正規的生產企業或大商場去選購，並且要選購市場占有率較高的品牌名優產品。千萬不要貪圖便宜到小商店去購買，那裏的電焊機質量無法達到保證。

二、購買前可以通電檢查一下面板上的開關的操作，轉換以及安裝情況，電源指示燈的亮滅，風扇是否正常，電源部分是否有異常的振動及蜂鳴聲，是否有異味，外觀上是否有變色等發熱現象，以保證電焊機的質量，充分發揮電焊機的性能。

三、購買時可以要求經銷商提供產品質量檢驗報告或合格證氬焊機。因電焊機產品是國家強制性認證產品，所以購買時一定要確認該產品是否通過“3C”認證。也可以上網查詢。

四、選購時，檢查產品上氬焊機的銘牌是否有生產廠家的名稱、生產地址、規格型號、焊接電流調節范圍、負載持續率及輸入電壓電流等一些內容，隨後根據工作需要來確定自己要購買的電焊機。

五、購買時一定要檢查該產品是否有接地螺釘，接地螺釘連接處應無油漆接地良好。機芯是否清潔絕緣是否有損壞，以保證使用安全，必要時也可檢測一下。

六、如要購買氣體保護焊機氬焊機的，在購買前還要檢查配件是否齊全，送絲機是否有油汙，轉動是否平穩，連接電纜是否匹配外表絕緣是否有損壞，以保證電弧的穩定性。

電焊機常見問題

1. 為什麼焊薄板用儲能焊機適合，而厚板適合用焊拉弧焊？

大多數情況下，儲能式螺柱焊適合在薄板上焊接，拉弧式螺柱焊適合在厚板上焊接。
儲能式螺柱焊的特點是大電流（幾千A）短時間（1-3 ms），因此熔池較淺，焊接變形也小。
但此時焊接強度仍比較大（焊接強度>螺柱本身強度>板材本身強度，或焊接強度>板材本身強度>螺柱本身強度），所以，首先屈服的是螺柱（彎曲或斷裂）或者是板材（撕裂）。
如果在厚板上使用儲能式螺柱焊，那麼板材本身的強度氬焊機則是最大的，因為幾乎不可能被撕裂，那麼首先屈服的可能是螺柱（螺柱直徑較小時，但很少在厚板上焊接小直徑的螺柱）或者是焊接接頭。
另外還有一個原因，是儲能式螺柱焊不能在熱軋板上焊接（較厚氧化皮存在），而厚板多數情況下是熱軋板。
拉弧式螺柱焊的電流相對較小（500-1500A），但焊接時間更長（5-2000 ms），因此熔池較深，焊接變形較大。
較深的熔池如果焊接薄板則容氬焊機易造成穿透（焊接大直徑螺柱時），一般要求最小板厚為螺柱直徑的1/4。
較深的熔池使得焊接強度始終大於螺柱本身強度，所以在破壞性實驗時首先屈服的始終是螺柱或板材。

2. 螺柱焊機測試中，如何理解“焊接強度大於板材與螺柱本身強度”？

這句話主要針對焊接強度測試來說明。
在進行破壞性實驗時，如果將板材撕裂或拉穿，螺柱焊接部分仍未與板材脫離，則說明螺柱焊接強度大於板材自身強度氬焊機。
如果將螺柱折斷或彎曲，螺柱焊接部分仍未與板材脫離，則說明螺柱焊接的強度大於螺柱自身強度。

電焊機六大價值

1、設計合理，自由調節。可根據不同金屬材質選用不同檔放電頻率，以達到最佳修補效果。
2、熱影響區域小。堆覆的瞬間過程中無熱輸入，因而無變形，咬邊和殘餘應力。不會產生局部退火，修複後不需要重新熱處理。
3、焊補沖擊極小 。本焊機在焊補過氬焊機程中克服了普通氬弧焊對工件周邊產生沖擊的現象。對沒有餘量的工件加工面也可放心進行修補。
4、修複精度高。堆焊厚度從幾微米到幾毫米，只需打磨，拋光。
5、熔接強高。由於充分滲透到工件表面材料產生極強的結合力。
6、采用環精密控制。

電焊機輔助器具

    電焊機輔助器具 包括防止操作人員被焊接電弧或其他焊接能源產生的紫外線、紅外線或其他射線傷害眼睛的氣焊眼鏡，電弧焊時保護焊工眼睛、面部和頸部的面罩，白色工作服、焊工手套和護腳等。

高效節能

    電焊機的節能體現在空載時節能和負載時氬焊機節能兩個方面。空載時電焊機可以將主電路、風機等全部進入停止狀態，空載功耗僅有幾瓦；電焊機負載時的效率比晶閘管整流焊機要高。據有關參數統計，2008年國焊接行業直流焊機的需求量為89萬台，若全部采用電焊機，可直接節約銅4.3萬噸，鋼6.4萬噸,節約用電6.8億KW.H，間接節約煤56.65萬噸，水1034萬噸，減少CO2排放量114.45萬噸。由此可見，大力推廣電焊機具有巨大的經濟效益和社會效益。

性能穩定

    由於電焊機的工作頻率為20KHZ以上，具有較快的響應速度，可以對熔滴過渡細分為多個階段進行控制。對CO2氣體保護焊來氬焊機說，可以大幅降低飛濺，對脈沖熔化極MIG/MAG焊可以進行有效地控制射流過渡的穩定性，還可以將熔滴過渡和送絲機構的運動結合起來，進一步控制熔滴過渡過程，得到良好的焊縫成形，焊接性能穩定。這些都是傳統整流焊機無法做到的。

集中控制

    電焊機大量采用單片機、DSP、氬焊機FPGA等數字控制器，通過以太網、現場總線來實現多台焊機或者上位機與焊機之間的網絡通信。不僅解決了多台焊機協同作業的問題，方便焊接過程中的集中控制，而且實現了遠程焊機參數的設置或監控，使電焊機遠程故障診斷及維護成為可能。