專利名稱：一種交直流電焊機引弧控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電弧焊接或電弧切割領域。
中華人民共和國標準GB15579-95.IEC 974/11989.弧焊設備安全要求第一部分焊接電源第1章.第1節(jié)第1小節(jié)有觸電危險性較大的環(huán)境中使用額定電壓的規(guī)定。中華人民共和國國家標準GB10235-88弧焊變壓器防觸電裝置“主題內容與適用范圍”的規(guī)定，在觸電危險性不大的環(huán)境，交流有效值80V，峰值113V，直流峰值113V以上的額定次級空載電壓的交直流弧電焊機需裝防觸電裝置。在觸電危險性大的環(huán)境交流有效值48V峰值68V直流峰值113V以上的額定次級空載電壓的交直流焊機，需裝防觸電裝置。
外場作業(yè)大量使用二次側輸出交流有效電壓80V左右的電焊機，對人員構成了威脅，典型使用的電焊機有南京電焊機廠BX3-500F，浙江臨海電焊機廠的BXL3-500F，船舶總公司國營五○三二廠YFBX1-500-1，滬南電焊機廠ZXE1-6-500/400型。其中BX3-500F、XL3-500F、YFBX-500-1型交流弧焊機都裝備有防觸電裝置，由于存在引弧困難，可靠性差的缺點，不能實際工作。例如南京電焊機廠BX3-500F焊機交流防觸電裝置靈敏度≤3歐姆不能適應外場作業(yè)使用，原因是其不能克服平臺和工件的接觸電阻。浙江臨海電焊機廠BXL3-500F焊機裝有交流防觸電裝置，并在其電焊主變壓器的二次側裝有交流接觸器，使焊鉗和二次側在焊機引弧前處于分離狀態(tài)，以達到得到高阻靈敏度的目的。操作者明顯感覺到引弧或重復引弧慢，給實際使用帶來不便。若發(fā)生誤動作，即在電弧狀態(tài)關閉二次側交流接觸器將會引起損壞。目前類似滬南電焊機廠ZXE-6-500/400型，交直流兩用一體型焊機在社會上廣為使用，直流是通過單相全波整流獲得，目前沒有一種對交直流兩用焊機同時進行防觸電保護的裝置。
本實用新型的目的在于提供一種對接觸電阻要求低，而引弧成功率較高的高頻信號控制交直流電焊機引弧裝置(以下簡稱控制裝置)，適用于各類交流焊機、直流焊機、交直流兩焊機，使操作者擺脫空載輸出電壓引起的觸電危險，確保人身安全，而且減少空耗、節(jié)約能源。
本實用新型包括機殼及工作電路構成圖1是控制裝置機殼，連接盒1上有6個接線端子供控制裝置和電焊機電源連接之用。結構設計具有抗震性，體積小，更換方便，接線端子1#、2#接交流50HZ36V電源，3#、4#接電焊機輸出匯流排，5#接K1下樁頭(K1上樁頭接AC380V電源)、6#接CJ/40A交流接觸器線圈。
工作電路由高頻信號發(fā)生器2，識別器3，穩(wěn)壓電源4構成。圖2是控制裝置原理方框圖，T3提供交流36伏電壓，經穩(wěn)壓電源裝置輸出DC24V、12V電壓供高頻信號發(fā)生器，識別器用。
高頻信號發(fā)生器的10～20KHZ正弦波輸出端和識別器輸入端并聯后接控制裝置接線端3#、4#樁頭。再連接到電焊機輸出匯流排上。當接通380V動力電源，進入待引弧狀態(tài)，在焊機輸出匯流排上存在一個每秒鐘變化20～40萬次“峰值”的電壓，供識別器識別，操作者有引弧動作，匯流排上高頻電壓“峰值”消失。識別器只要識別到一次“峰值”的消失，就記憶操作者曾經要求引弧的事實，識別器的執(zhí)行構驅動CJ10/40A交流接觸器，接通電焊機主變壓器的一次側電源，使二次側輸出交流或直流空載電壓供引弧之用。引弧成功后識別器將詢問有否大于0.8秒～1秒以上的空載電壓輸出的事實，若存在，識別器的執(zhí)行機構將關閉主變壓器一次側電源。若小于0.8～1秒恢復焊接工作，識別器將否定過去的計時程序，重新回到“詢問”空載電壓是否出現0.8秒～1秒以上的狀態(tài)。
本實用新型能有效區(qū)分待引弧狀態(tài)、電弧狀態(tài)、空載輸出狀態(tài)，并對高頻正弦波電壓，工頻正弦波電壓，直流極性可任意置換的電壓，進行識別，并能有效地控制焊機輸出電壓，使其在引弧的同時接通電焊機主變壓器一次側電源、操作者在停止焊接工作后0.8～1秒時間后，關閉電焊機主變壓器一次側電源，這樣不僅使電焊機在不工作狀態(tài)下關閉焊機變壓器電源，使操作者擺脫空載輸出電壓引起的觸電危險，確保人身安全，而且減少空耗、節(jié)約能源。
本實用新型克服了低阻靈敏度交流防觸電裝置在外場使用產生的引弧困難的缺點，克服了為得到高阻而在焊機主變壓器二次側加裝磁力開關而帶來的引弧和重復引弧控制慢的缺點，提供一種具有高阻靈敏度、高頻正弦波快速識別，適用于各類交直流焊機且在對焊機直流輸出狀態(tài)下焊鉗正負極性任意選擇確保人身安全的高頻正弦波控制交直流電焊機引弧的裝置。
由于本實用新型運行可靠，成本低廉，可廣泛用于交流變壓器焊機，可控硅直流焊機，硅整流焊機，交直流兩用焊機及碳刨機。


圖1為控制裝置的機殼圖；圖2為控制裝置原理方框圖；圖3為控制裝置總電路圖；圖4為控制裝置HM1電路圖；
圖5為控制裝置HM2電路圖；下面結合圖3、圖4、圖5說明本實用新型實施例控制裝置總電路圖由圖3所示，T1是電焊機主變壓器，L1、L2是線電壓標記號，連接至380V動力配電箱，K1是焊機工作/關閉控制開關。CJ10/40A交流接觸器是焊機主變壓器一次側電力開關，ZL是單相整流器，LB—平波電抗器，DK是交直流輸出選擇開關，3#、4#接線點是控制裝置接線端子，連接到焊機輸出線匯流排上。
T3是輔助變壓器，單相380V/36V，50VA是控制裝置的交流電源、F是控制裝置的熔斷保險絲，作為控制裝置功率部件“短路”保護之用、C6、C7、C8、C9、C10、NF組成雜波濾波器、DL1是整流器、脈動直流經穩(wěn)壓電路輸出24V、12V二組電壓。
圖3中虛線框I內為高頻正弦波發(fā)生器，由HM1、C4、VR1、LED1、DZ1、C5、R3、Q4、Q3、R2、R1、C2·T2、C1組成。HM1厚膜電路中的正弦波發(fā)生電路(圖4中1區(qū))由電容C1、C2、C3、C4，電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，集成電路IC1組成，電容C1、電阻R2、R5的一端接12V正極，電容C1、電阻R1的另一端接集成電路IC1的3腳，電阻R1、R2電容C2、C3的一端連在一起，電容C4、C2的一端接集成電路IC1的1、2、5腳，電容C3和電阻R3串聯接集成電路IC1的7腳，電阻R4并接在集成電路IC1和6、7腳上，電阻R5的另一端接集成電路IC1的6腳，電容C4和電阻R6串聯，由R6的另一端輸出正弦波電壓。集成電路IC1的4腳接地，8腳接DC24V正極。
HM1厚膜電路中的高頻正弦波驅動電路(圖4中2區(qū))由電阻R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19，電容C5、C6，二極管D1、D2、D3、D4，發(fā)光二極管LED，集成電路IC2，晶體管Q1組成。
電阻R7連接至正12V和集成電路IC2的3腳，電阻R8并聯在集成電路IC2的1腳和2腳，電阻R11一端接集成電路IC2的1腳，另一端接晶體管Q1基極，電阻R12一端接正24V、另一端接晶體管Q1集電極，晶體管Q1發(fā)射極接地，通過電阻R13至D點輸出10～20KHZ高頻正弦波驅動電壓，通過二極管D1、D2電阻R15接地，并在二極管D2的陰極接R14至E點，輸出10～20KHZ高頻正弦波驅動電壓，集成電路IC2的2腳通過R10接G點，H點接正12V，I點接電阻R9，R9的另一端接地。電阻R16一端接F點，另一端接電解電容器C5的正極，電解電容器C5的負極接二極管D3陰極、D4陽極，二極管D3陽極接地，D4陰極接電阻R17、R18連接點，電阻R17接地、R18接電阻R19和電解電容器C6的正極的連接點，電阻R19接J點電。解電容C6的負極接地。A點—正24V直流電源，B點正12V直流電源，C點—接地點。
識別器HM2厚膜電路C3、J1、D3、J2、D2、DL2、Q1、J3、D1組成。HM2厚膜電路中的識別電路、待引弧電路、引弧電路(圖5中1區(qū))由穩(wěn)壓管DZ1、DZ2，光電耦合器PC1，電阻R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、晶體管Q1，可控硅SCR1、SCR2，二極管D1，D2組成。
穩(wěn)壓管DZ1陰極接A點，陽極接電阻R0，R0的另一端接光電耦合器PC1的1腳，PC1的2腳接B點，5腳接正12V，4腳接電阻R1、R2、R6的連接點，R2另一端接地，R1另一端接晶體管Q1基極，R6另一端接電阻R7、二極管D2的陽極，R7另一端接地，D2的陰極接可控硅SCR2的控制極，SCR2的陰極接地，陽極接E點。晶體管Q1集電極接電阻R3、R4的連接點，R3的另一端接12V，R4的另一端接電阻R5和穩(wěn)壓管DZ2陰極的連接點，R5的另一端接地，DZ2的陽極接可控硅SCR1的控制極，SCR1的陰極接地，SCR1的陰極接D點。
HM2厚膜電路中的交直流識別轉換、直流極性識別、空載電壓識別，定時器輸出電路(圖5中2區(qū))由整流橋D1、穩(wěn)壓管DZ3、DZ4，光電耦合器PC2，集成電路IC1，二極管D3、D4，晶體管Q2，電阻R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17組成。
整流橋D1交流輸入端分別接B點、C點，正極輸出和穩(wěn)壓管DZ3、DZ4、電阻R8相串聯接光電耦合器PC2的1腳，負極輸出接PC2的2腳，PC2的4腳接地，5腳接電阻R9和集成電路IC1的3腳，電阻R9的另一端接12V，集成電路IC1的2腳接電阻R10、R11，IC1的4腳接地，8腳接正24V，1腳接電阻R12及二極管D3陽極，R10另一端接12V，R11另一端接地，R12另一端接正24V，D3陰極接晶體Q2的基極，Q2發(fā)射極接地，Q2集電極接電阻R13、R14，R13另一端接正24V，R14另一端接集成電路IC1的5腳及J點。IC1的6腳接電阻R15、R16，7腳接電阻R17、二極管D4陽極，R15另一端接正12V，R16另一端接地，R17另一端接正24V，D4陰極接H點并執(zhí)行輸出命令。G點—+24V電源，F點—+12V電源，I點—接地。
圖3中，虛線框II為識別器電路，虛線框III為穩(wěn)壓電源，它們和高頻正弦波發(fā)生器(虛線I)的連接如下HM1厚膜電路的A點接24V，B點接地，C點接12V，D點接晶體管Q3基極，E點接晶體管Q4基極，F點接Q3發(fā)射極和Q4集電極的連接點，H點接VR1可變電阻的一端，G點接VR1的中心點，I點接VR1的另一端，J點接LED的陽極，LED的陰極接地。電阻R2一端接24V，另一端接晶體管Q3的集電極。電阻R3一端接晶體管Q4的發(fā)射極，另一端接地。電阻R1一端接Q3發(fā)射極和Q4集電極的連接點，另一端接電解電容器C2的正極，C2的負極接高頻變壓器T2的一次側的一端，T2的一次側另一端接地，T2的二次側一端連接電容器C1和高頻整流二極管DL2陽極的連接點，T2的二次側中一端接控制裝置接線端子4#樁頭，C1的另一端接控制裝置接線端子3#樁頭。
HM2厚膜電路的A點接高頻整流二極管DL2“共陰”端，DL2陽極之一接電容C1和高頻變壓器二次側的連接點，DL2陽極之二接HM2的B點及高頻變壓器二次側的另一點通過接線端子4#和電焊機輸出回流排相連，HM2的C點接電容C1通過接線端子3#樁頭和電焊機輸出回流排相連，HM2的D點接繼電器J2線圈和二極管D2的陽極、D2的陰極接J2線圈的另一點，并和繼電器J1的常開觸頭串聯接24V。HM2的E點接繼電器J1線圈和二極管D3的陽極，D3的陰極接J1線圈的另一點并且串聯繼電器J3常閉觸點接24V。HM2的F點接12V，G點接24V，H點接晶體管Q1的基極，I點接地，Q1的發(fā)射極接地，集電極接繼電器J3的線圈及二極管的陽極，D1的陰極接J3的線圈另一端并接24V電源。
原理是這樣的合上供電焊機用的動力配電箱開關，L1、L2有單相380V電壓，控制裝置交流電源接通，變壓器一次側由于CJ10/40A線圈沒有380V交流電壓，處于不通電狀態(tài)、二次側沒有空載電壓輸出。
T3輸出的AC36V 50Hz電壓經噪聲濾波電路，濾去電網雜波污染，通過DL1得到脈動直流經穩(wěn)壓電路，得到24VDC電壓，經Q6集成電路輸出，得到12VDC電壓。DC24V、12V電壓經濾波電路后輸出供正弦波發(fā)生器和識別器用。當HM1的A、C點和HM2的G、F點有24VDC電壓和12VDC電壓。高頻正弦波發(fā)生器和識別器開始工作高頻正弦波發(fā)生器用厚膜電路見圖4。IC1的1腳經C4、R6輸出高頻正弦波電壓信號，進入2#區(qū)域的IC2的3腳進行電壓放大，在IC2的1腳得到15VP-P值高頻正弦波電壓經Q1進行電流放大，輸出至D、E二點去驅動圖3中Q3、Q4電流放大的大功率晶體管，并且在Q3的發(fā)射極和Q4的集電極輸出高頻正弦波電壓。通過R1、C2激勵高頻變壓器T2，T2二次側輸出10～20KHZ12～26V高頻正弦波電壓，通過C1連接到識器輸入端C和B二點，并通過接線端子3#、4#連接電焊機輸出匯流排上供識別器所用，如圖3所示。圖5中1區(qū)域的A點是高頻正弦波識別電壓的輸入點，匯流排上的高頻正弦波電壓經過C1和高頻整流后將DZ1擊穿，A、B兩點有電流流過，PC1輸高電平，SCR2被觸發(fā)，進入了待引弧狀態(tài)，同時Q1飽和，SCR1處于非觸發(fā)狀態(tài)，J2處于非激勵狀態(tài)，為操作者引弧建立了條件。在待引弧狀態(tài)，圖5中2#區(qū)域B、C二端存在12～28V高頻正弦波電壓，不能使DZ3、DZ4擊穿，DZ3、DZ4處于截止狀態(tài)，PC2輸出高電平使得IC1的1腳輸出高電平，Q2進入飽和狀態(tài)，J點電壓為零，IC1的7輸出低電平，H點輸出低電平，圖3中的Q1處于截止狀態(tài)，J3處于非激勵狀態(tài)。圖4中2#區(qū)域R16、C5、D3、D4、R17、R18、C6、R19組成高頻正弦波輸出指示電路。
焊機無論處于直流或交流輸出狀態(tài)，當操作者有引弧的動作，在焊條接觸被焊工件的瞬間，匯流排上每秒鐘20～40萬次的“峰值”變化消失，高頻整流二極管提供的整流電壓快速消失，使得圖5中1區(qū)域DZ1穩(wěn)壓管脫離“擊穿”區(qū)域進入截止區(qū)域，使得流過A、B二點的電流為零，PC1進入截止狀態(tài)，使Q1進入截止狀態(tài)，SCR1被觸發(fā)，記憶了操作者曾經要求引弧的事實。D點變?yōu)榈碗娖?，J2被激勵，控制裝置輸出端子5#、6#接通，CJ10/40A交流接觸器閉合。電焊機主變壓器一次側通電，二次側輸出空載引弧電壓，進行引弧操作。引弧后，電焊機進入電弧或空載狀態(tài)，識別器保證在各種電弧狀態(tài)下的焊接工作。引弧后當出現大于0.8～1秒空載電壓時圖5中2區(qū)域穩(wěn)壓管DZ3、DZ4被擊穿，PC2輸出低電平，IC1的1腳輸出低電平，Q2退出飽和進入截止，使+24V電壓通過R13、R14對C1充電，當充電電壓≥ 時，IC1的7腳輸出高電平，H點輸出高電平，圖3中的Q1飽和，J3被激勵，使J1、J2失電，關閉CJ10/40A交流接觸器，切斷電焊機主變壓器一次側供電，停止二次側輸出，保證人身安全。
當出現小于0.8～1秒的空載電壓時，操作者又恢復電焊操作，圖5中2區(qū)域穩(wěn)壓管DZ3、DZ4退出擊穿區(qū)域進入截止區(qū)域，PC2輸出高電平，IC1的3腳電壓大于2腳電壓，IC1的1腳輸出高電平使Q2進入飽和狀態(tài)，J點電壓通過R14放電、取消過去的計時程序，保持IC1的5腳低電平、7腳低電平。H點低電平。待空載電壓出現之后重新計時識別。識別器中D1對焊機輸出交直流電壓轉換。若焊鉗上的極性人為變正或負的情況下D1也能完成對它的轉換。
在待引弧狀態(tài)，操作者在狹小作業(yè)場所偶然與焊鉗接觸，人體電阻大于300歐姆，焊機主變壓器一次側將不會通電，二次側沒有空載電壓輸出，保證人身安全。
在從電弧狀態(tài)過渡到空載電壓的瞬間，發(fā)生焊鉗墜落到操作者身上的情況，識別器將在小于0.8～1秒之內，關閉焊機一次側主變壓器的電源使二次側停止輸出空載電壓、保證人身安全。
本實用新型中的高頻信號發(fā)生器也可采用其它高頻線性、交變信號，例如三角波。
權利要求1.一種交直流電焊機引弧控制裝置，其構成含有執(zhí)行機構、穩(wěn)壓電源，其特征在于它由穩(wěn)壓電源、高頻信號發(fā)生器、識別器組成；其中高頻信號發(fā)生器的高頻信號輸出端3#、4#與識別電路的輸入端共同并聯在電焊機輸出匯流排上。
2.根據權利要求1所述的一種交直流電焊機引弧控制裝置，其特征在于所說的高頻信號發(fā)生器是由HM1厚膜電路的A點接24V，B點接地，C點接12V，D點接晶體管Q3基極，E點接晶體管Q4基極，F點接Q3發(fā)射極和Q4集電極的連接點，H點接VR1可變電阻的一端，G點接VR1的中心點，I點接VR1的另一端，J點接LED的陽極，LED的陰極接地，電阻R2一端接24V，另一端接晶體管Q3的集電極，電阻R3一端接晶體管Q4的發(fā)射極，另一端接地，電阻R1一端接Q3發(fā)射極和Q4集電極的連接點，另一端接電解電容器C2的正極，C2的負極接高頻變壓器T2的一次側的一端，T2的一次側另一端接地，T2的二次側一端連接電容器C1和高頻整流二極管DL2陽極的連接點，T2的二次側中一端接控制裝置接線端子4#樁頭，C1的另一端接控制裝置接線端子3#樁頭。
3.根據權利要求1所述的一種交直流電焊機引弧控制裝置，其特征在于所說的識別器，是由HM2厚膜電路的A點接高頻整流二極管DL2“共陰”端，DL2陽極之一接電容C1和高頻變壓器二次側的連接點，DL2陽極之二接HM2的B點及高頻變壓器二次側的另一點通過接線端子4#和電焊機輸出回流排相連，HM2的C點接電容C1通過接線端子3#樁頭和電焊機輸出回流排相連，HM2的D點接繼電器J2線圈和二極管D2的陽極、D2的陰極接J2線圈的另一點，并和繼電器J1的常開觸頭串聯接24V，HM2的E點接繼電器J1線圈和二極管D3的陽極，D3的陰極接J1線圈的另一點并且串聯繼電器J3常閉觸點接24V，HM2的F點接12V，G點接24V，H點接晶體管Q1的基極，I點接地，Q1的發(fā)射極接地，集電極接繼電器J3的線圈及二極管的陽極，D1的陰極接J3的線圈另一端并接24V電源。
4.根據權利要求1所述的一種交直流電焊機引弧控制裝置，其特征在于高頻信號發(fā)生器產生的高頻信號為10KHZ～20KHZ的高頻正弦波。
專利摘要本實用新型提供了一種對被焊工件接觸電阻要求低，而控制引弧靈敏度高的高頻正弦波控制交、直流電焊機引弧控制裝置，它由穩(wěn)壓電源、高頻信號發(fā)生器、識別電路組成，高頻信號發(fā)生器的高頻信號輸出端與識別電路的輸入端共同并聯在電焊機輸出匯流排上。在控制引弧同時控制接通電焊機主電源、操作者在停止焊接工作0.8～1秒時間后，立即自動關閉主電源，不僅減少電焊機的空耗，而且擺脫空載電壓引起的人身觸電危險。
文檔編號B23K9/067GK2244979SQ96211958
公開日1997年1月15日 申請日期1996年5月22日 優(yōu)先權日1996年5月22日
發(fā)明者高建文 申請人:滬東造船廠