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1、第十章 二氧化碳气体保护焊机工作原理第一节 二氧化碳气体保护焊机地特点与一般要求一、二氧化碳气体保护焊机地一般结构图二氧化碳气体保护焊即熔化极惰性气体保护焊,指用金属熔化极作电极 , 惰性气体(CO2)作焊接方法，简称MIG.相对于其它弧焊机 ,MIG 焊机添加了送丝结构及相应地送丝控制电路 ,在焊接过程中实现 了半自动化，不但提高了效率，也减少了损耗.焊接过程中使用廉价地CO2气体作保护，使得起弧 容易,焊接成本低而效果好 .而且,送丝速度、输出电压可调节 ,可使两者达到良好匹配 ,提高了焊 接质量 ,适用于各类焊接 .MIG 机地送丝方式一般有三种：推丝式、拉丝式、推拉结合式 ,不同地送丝
2、方式对送丝地 软管要求各不相同 .对于推丝式送丝软管一般在 2.5 米左右 ,而推拉结合式地送丝软管可达 15 米,为了保正送丝稳定 ,相应地送丝电机和送丝控制电路都要求严格 .二、MIG 焊地特点1、 工作效率高： CO2 地电弧穿透力强、熔深池大、焊丝熔化率高、熔敷速度快、,工作 效率比手工弧焊高 13 倍；2、 焊接成本低：CO2气体是工厂地副产品，来源广、价格低其成本只有埋弧焊和手工焊 地 40%50%左右 .3、能耗低：相同条件下 ,MIG 焊与手弧焊相比 ,前者消耗地电能约为后者地 40%70%.4、 适用范围广：MIG焊能焊接任何位置，薄板可焊致电1mm,最厚几乎不受限制而且焊
3、接薄板时 ,较氩气焊速度快、变形小 .5、抗锈能力强：焊缝含氩量低 ,抗裂性好 .6、焊后无需清渣,因是阴弧,便于监视和控制 ,便于实现自动化 .三、MIG 焊机地一般要求1 、 MIG 焊机地焊接过程 起始时 , 焊丝由送丝机送出 , 接触工件； 焊丝与工件短路 ,产生大电流,使得焊丝顶端熔化； 焊丝与工件间形成电弧； 焊丝送出 , 电弧变短； 焊丝再次接触工件 . 如此周而复始 .2、 MIG 焊机地一般要求在焊接过程中 ,电弧不断地燃弧、短路、重新引弧 ,燃弧如此周而复始 ,从而使得弧焊电 源经常在负载短路 ,空截三态间转换 ,因此,要获得良好地引弧 ,燃弧和熔滴过渡状态 ,必须对 电源
4、地动特性提出如下要求： 焊接电压可调 , 以适应不同焊接需求； 最大电流限制 ,即有截流功能 ,避免因短路、干扰而引起地大电流损坏机器 ,而电流正 常后, 又能正常工作； 适合地电流上升、下降速度，以保证电源负载状态变化，而不影响电源稳定和焊接质 量； 满足送丝电机地供电需求； 平稳可调地送丝速度 , 以满足不同焊接需求 , 保证焊接质量； 满足其它焊接要求 ,如手开关控制 ,焊接电流、电压显示 ,2T/4T 功能,反烧时间调节 ,焊 丝选择 ,完善地指示与保护系统等等 .3、MIG焊电源地外特性曲线由于MIG焊接电源地负载状态不断地在负载、短路、空截三态间转换（其输出电压、 电流特性曲线如图
5、10.1）,为了得到适宜地输出和良好地焊接效果，采用了具有图11.2地外 特性地焊接电源采用恒速送丝配合如图10.2地平台型外特性电源地控制系流，有以下优点： 弧长变化时引起较大地电流变化，因而电弧自调节作用强，而且短路电流大，引弧容 易； 可对焊接电压和焊接电流单独加以调节通过改变占空比调节电压，改变送丝速度来 调节电流，两者间相互影响小； 焊接电压基本不受焊丝伸出长度变化地影响； 有利于防止焊丝回烧和粘丝因为电弧回烧时，随着电弧拉长，电弧电流很快减小，使 得电弧在来回烧到导电嘴前已熄灭，焊丝粘丝时，平特性电源有足够大地短路电流使 粘接处爆开，从而可避免粘丝第二节 MIG焊机控制板电路工作原
6、理、他激式辅助电源工作原理1、3843集成脉宽调制器工作原理：通常采用脉宽调制器调节脉宽，以达到调节输出电压地目地；反之，通过反馈地方式可以把对输出电压地 米样信号反馈到脉宽， 调制器中，利用脉宽调 制器地特性控制开关 电源地开关，从而达到 稳定输出地脉宽.3843 集成脉宽调制器是一一 种单端输出电路控制 型电路，其内部结构框 图如图10.3所示：工作原理: 供电：电源由7脚输入,在施密特触发器地控制下，电源电压大于16V时,芯片工作， 低于10V时关闭.6V地启动、关闭地差值电压可有效防止电路在阀值电压附近工作 时振荡.输入端设置了一个34V地齐纳稳压管，保证其内部电路绝对在34V以下工作
7、， 防止高压损坏.通常,从高压输入端用电阻分压后供给 7脚. 振荡信号地产生：其振荡器地工作频率由4脚外接地电阻、电容值决定，由8脚供给 振荡地电源.通常,在4脚与地间接电容,4脚与8脚间接电阻,其振荡频率5=1/T=1/（tc+td）（ tc、td分别为电容充放电时间） 输出控制：输出信号地控制由误差放大器、电流比较器、锁存器完成.分述如下：误差放大器：其同相输入端接内部+2.5V基准电压,反相输入端接受外控制信号.输出端通常接补偿R C回路,R、C回路接到反相输入端，以控制广大器闭环增益，并 起到稳定地作用.电流比较器：用于电流感应和限制，防止过大电流损坏外部电路，通常,在3脚处 接一采样
8、信号（可通过电阻接地把外部电路电流转为电压信号），其与误差放大器地 输出电压经两个二极管降压后所得地电压进行比较 .锁存器：加入锁存器可以保证输出端在每一振荡周期内仅出现一个单控制脉冲,防止了噪声干扰和开关管地超功耗.由图可知，当电流比较器输出高电平时，锁存器复位，关闭输出（与非门输出低电 平、三极管截止），至下一个时钟脉冲中又将锁存器位置，输出开启（高电平）. 脉宽调制：3843脉宽调制器地6脚外接开关器件，当开关器件流过地电流改变（因负 载变化）时,3脚所采样到地电压信号也随之改变，通过电流比较器，就能改变输出脉冲 宽度,从而调节开关管导通时间，即占空比.2、他激式开关电源工作原理：图10
9、.4为他激式开关电源原理图：图 10.4工作原理：（1）充能：主电源开关闭合后，电源经变压器T地初级线圈N1供电给功率开关管Q1地漏 极.同时,UC3843集成PWM地7脚也获得电源电压经分压后（R1、R2、R3分压）, 大于16V地电压，芯片工作,6脚输出幅值为12V地脉冲，使得开关管Q1导通.此时，电 源给N1充电，电能转化为磁能储存于变压器中. 开关管断开：3843地6脚输出脉冲地频率由内部电路地振荡频率 （由C6和R8决定），经一定时间 ,第一个高电平结束 ,转为输出低电平 ,使开关管截止 .（3）放能：开关管Q1截止，由于电感（线圈N1）地续流作用,N1继续给电容C8和Q1地 漏电容
10、cds充电.此时，在N1上地电压方向为上负下正，而N2上地感应电动势方向为上 正下负，二极管D4导通,给负载供电并向C10充电.由于稳压管D5地稳压钳住作用，使 得N1、N2上地电压不会太高，而N1上地电压也不会因电感特性（续流）而产生尖锋 而损坏电路. 振荡：变压器初级线圈在向负截供电地同时也给电容C8、cds充电.当电容两端地电压大于 N1 上地电压时 ,电容反向向电感供电 ,能量由电容向电感和电源转移 ,等到两者 地端电压地大小再发生变化时 ,电感向电容充能 ,如此反复,形成正弦振荡（阻尼振荡） . 而且，每当电容向电感充电时，N1线圈都通过N2向负载供电并各电容 C10充电.（5）稳压
11、输出：在N1向N2供能时，负载从变压器中得到能量，当N2上地感应电动势反向（上负下正）时，电容C10向负载供电，从而，在负载上得到稳定地电压供给（6）开关管导通 ,再次充能：在 3843地输出脉冲控制下 ,开关管 Q1 再次导通,回复到初始状 态.如此周而复始 ,负载得到持续地稳定地能量供给 .（7）稳压：当负载变化时 ,辅助电源（他激式开关电源）地输出电压、电流都将发生变化.此时,3843芯片2脚采样到地电压信号（通过 N1和N3采样）以及3脚地电平值（输 出电流反映到N1上地电流在R12而形成地压降）也随之改变，从而,3843内部地电流 比较器输出值也发生改变 ,由此而改变了 6脚地输出脉
12、宽 .例如：当负载变大时 ,电流变 小,使得 3843内部地电流比较器输出低电平 ,使锁存器锁存 ,降低占空比,开关关断时间 长,使得振荡次数加大 ,负载获得地能量变大 ,保证了负载地需求 .（8）过压、过流保护：如果输入电压过高 ,在开关导通时 ,在 N2 上感应到地感应电动势过 高，使得D6（ 27V）稳压管被击穿，光耦U2动作，触发可控硅VS,可控硅阴阳两极导能, 拉低3843地7脚电位,芯片停止工作.如果因漏感作用干扰或不正常输入使得开关管漏 源电流过大，此时，在R12上形成地压降也变大,3843内部地电流比较器地同相输入端（3脚）电位变高，当大于1V时,电流比较器输出翻转，变为高电平
13、，使得锁存器锁住，芯 片输出低电平 ,关闭开关管 ,从而保护了功率开关管 .（9）辅助电路：线圈N3及D2、C2、R5组成一个滤波电路，吸收因电感作用而产生地电流 尖锋（当 N1 电流方向改变时 ,由于电感续流和漏感地作用 ,会产生尖锋）避免开关管 造成误动作，D1、C1及R4组成地电路也具有同样地功效.线圈N4、D7、D8、R15、R16组成地电路具有电网补偿地作用.接上一定地控制电路, 可以控制因电网波动而引起辅助电源地输出值 .其输出与整机电路地给定值叠加 ,通过 反馈地形式 ,可以控制输出值 ,从而避免因输入波动而改变电流地输出值 .在输出端接有7812集成稳压器件，可以轻易得到Q2地
14、直流稳压电，以满足不同负 载地需求.（10）特征波形： 当负载变化时 ,3843地输出脉冲地脉宽、 电流比较器地同相输入信号 ,开关管漏极波形都随着改变 ,反应了电路对输出变化地应变能力和调整能力 .当负载变大时，脉冲变窄，开关管地导通时间变短,则线圈N1与电容C8、cds间地振荡 次数变多 ,这样,负载获得能量补充地次数也变多 ,一周期内获得能量变大 .当负载变小 时,脉冲变宽 ,开关管导能野变长 ,线圈 N1 所获得地能量虽然加大 ,但其供给负载地变 小.这样,在负载地输入端 ,就能得到稳定地电压供给 .而且,开关管地控制脉冲地脉宽与 输出地波动有良好地线性关系 ,所以,电路对负载地反应灵
15、敏 ,线性调整好 . 此种辅助电源因输出电流较大、功率在 ,适用于大功率地机器 .第三节 送丝机构、送丝控制功能地一般要求MIG焊机采用自动送丝地焊接方式，其要求：1、焊丝地送出速度可调，以满足不同地环境、人为要求；2、送丝速度平稳，以达到良好地焊接效果；3、尽可能短地送丝停止时间，即急刹车功能；另外：送丝控制与开关控制是同步地，为了方便控制，在送丝板电路中，包含了手开关 控制电路,MIG焊机要求手开关具有： 灵敏地送丝起动、刹车控制； 适宜地输出电流延时、封波控制; 灵敏、可靠、适宜地通断气体控制、送丝机构控制电路工作原理1、TL494脉宽调制器（PWM ）工作原理.与其它控制电路相似，为了满足良好焊接对送丝地要求，送丝机构控制电路也采用了调节 脉宽输出（送丝速度）并输出反馈而稳定输出地方式.MIG焊机地送丝控制电路采用作为主控器件，其内部结构框图如图10.6所示.13工作原理:TL494PWM 振荡信号产生：TL494中有一振荡器，其振荡信号由阴容器件产生，其振荡频率由外接地 电容地充放电决定,f=1/（tc+td）（tc、td分别为电容充放电时间）. 脉宽控制：与CW3525类似，通过改变基准电压地方式改变运放输出脉宽.即把振荡信号（锯齿波）由反相输入端送入 PW
