氩弧焊机工作原理

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1、第 31 页 共 47 页第八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 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

2、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

3、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 32 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

4、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 L1L4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

5、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 33 页 共 47 页（2）工作原理：1）升压变压器；图中变压器为24：7

6、0，将 307电压升高约 3 倍。2）采用 4 倍压整流电路；如图（ C11C14、D11D14）来产生高压：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；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；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

7、时，电容 C13充电，端电压 VC13=VC11+U感应-VC14=2V，方向如图；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） A、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；放电嘴因高压击穿放电，此时，相当于短路L3、C15；L3、C15产生高频振荡， f=L/2 LC 由于输出能量的不断补充， 使得每隔

8、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 34 页 共 47 页防干扰控制： 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

9、，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

10、） 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 逆变式氩弧焊机高频振荡器电路：T B 是高频变压器升压变压器，FD 是火花放电器，它是由钨（或钼）等高熔点金属制成的丝，钨丝后面带散热器，火花放电器的两极间的问隙可以调节。为了使火花放电器间隙达到最佳，该值为 13mm 。如果间隙过大，即使升压变压器最高电压时也击穿不了，振荡器中电容不可能与电感构成振荡电路，无法

11、起振。如果间隙过小，升压变压器二次电压会使FD 连续击穿，近乎短路状态，使电容没有得到充电的机会，因此也无法起振。与此同时，变压器TB 会因长时间短路而烧毁。当间隙较小时（如小于0.5mm）FD 过早地被击穿，电容的充电电压不高，振荡的幅度也会很小，导致引弧效果不理想。TZ 是耦合变压器，耦合变压器的铁芯是铁氧体磁环（有O 形、双形和双E 形），使用时要保证磁环的横截面最小值、一次绕组和二次绕组的匝数。耦合变压器的一次绕组实际上是振荡电感，一般使用普通23mm2的多股软塑料线在铁氧体磁环上绕3 5 匝即可。耦合变压器的二次绕组为耦合线圈，当振荡器与电弧串联应用时，要使用与焊接电流相适应的电缆线

12、来绕制，需在铁氧体磁环上绕4 12匝，使耦合变压器呈升压状态，有利于加强高频信号，便于引弧。耦合变压器的匝数比可以调整，促使振荡器的起振或达到击穿电弧间隙。高频引弧后的自动切除，由电弧继电器KM 。和高频电路控制继电器KMS 共同完成。弧焊电源没有电弧时，电源输出的电弧电压较低，这是由电源的下降外特性所决定的。因此，电弧未引燃时，空载电压使电弧继电器KM3 吸合， KM3 接通了KMsS ，KMS 又接通了高频电路，使火花放电器FD 产生了高频火花，在有电源电压和氩气供应的条件下便可引燃电弧。电弧引燃之后电弧电压降低，从而使电弧继电器KMS 达不到继电器吸合的动作电压而释放，继电器KMS 也释

13、放，切断了高频电路，完成了高频引弧后的自动切除过程。串联在电弧继电器KMS 电路里的电位器RP。，是用来调整加在继电器KlM3 线圈两端电压，使在长、短弧焊时均能自动切除高频火花。（3）切断高频电路及长、短弧焊控制电路：长、短弧焊是用开关SA2 控制的。当SA2切换到 “ 短焊 ” 位置时，按下焊接手把上的微动开关SM ，触头 28 和 27 接通，继电器KMI 吸合，接通了继电器KMT ，电磁气阀线圈 YV 通电，开始供氩，指示灯HL2 亮，同时焊接电源主接触器（ZX （二 7-300型整流弧焊机）继电器 KM3 吸合，使继电器KMS 工作，接通了高频振荡器，使工件与电极击穿，建立电弧之后，KM3 因电弧电压降低释放，并切断了触点KMS ，使高频振荡器停止工作。此时整流弧焊机仍在运行，弧焊正常进行。