钨极惰性气体保护焊机的反极性直流电源

摘要

一种改进的TIG弧焊机的反极性直流电源包括变换部分用来接收整流部分的输出电压并按主PCB发出的控制信号改变电压极性，并输给变压器；第一半波整流部分半波整流变压器降低的变换部分的输出电压，并给焊炬和工件间输出此半波整流电流；第一和第二电流检测装置，检测整流部分输出端电流及工件与焊炬间电流并将该检测电流输出给该主PCB；原装PCB按主PCB发出的控制信号将加在焊炬与工件的电压极性反相，并去除钨极上的氧化物和其它物质。

说明书

本发明涉及一种钨极惰性气体保护(TIG)焊机的反极性直流电源，尤其是一种改进的TIG焊机的反极性直流电源，该电源使用高压高频放电方法在焊接时能去除钨极焊炬表面的氧化物和其它的物质来形成更稳定的电弧。

通常，直流TIG焊机的起弧方法可分为划擦起弧方法和高压高频(HVHF)放电起弧方法。

工业上，已被广泛使用的上述的HVHF放电起弧法包括一个HVHF印刷电路板(PCB)，一个扼流线圈，和一个HVHF旁路电容。

图1表示采用上述HVHF放电起弧方法的惯用直流TIG焊机的电源，它包括一个主PCB1，该主PCB1用来识别焊接开始开关SW的动作并输出一个控制信号；一个HVHF PCB2，该PCB2用来按照从主PCB1输出的控制信号来释放频率为1到2Mhz、电压为2000V至3000V的电能；一个扼流线圈3，该线圈3输出由上述高电能感应的6500V至10000V的高电能并防止在焊炬“a”和工件“b”之间的气体绝缘；一个磁接触器4，该接触器4按照主PCB1输出的控制信号将输出220V的交流电压接到变压器T1的初级线圈；一个整流器5，该整流器5用来半波整流与输入变压器T1初级线圈的220V交流电压相适应的变压器T1的二次线圈的电压，给焊炬“a”和工件“b”间输出一个电弧电压，并在此之间产生电弧。

现在将参照附图来解释惯用直流TIG弧焊机电源的操作。

开始，当使用者接通焊接起动开关时，主PCB1检测到这一接通状态，并分别输出给HVHF PCB2和磁接触器4一个控制信号。

这个HVHF PCB2按照主PCB1输出的控制信号控制一个气电磁阀(未表示)，在时间0到1内，引起从焊炬“a”内喷出惰性气体(He、Ar等)，并给扼流线圈3的初级线圈输出频率为1到2MHz、电压为2000V到3000V的放电电压。

因此，扼流线圈3的次级线圈由这个高压感应得到6500V到10000V的电压，这个感应电压相应地加在由HVHF旁路电容“C”，工件“b”，焊炬“a”中的钨极(未表示)，和扼流线圈3组成的电路上，因此，在图2所示的时间T1到T2内，焊炬“a”和工件“b”间的气体绝缘层被击穿。

此时，磁接触器4按照主PCB1输出的控制信号接通，并将输出的220V交流电压接通到变压器T1的初级线圈上。整流器5半波整流感应到变压器T1次级线圈上的电压并输出一个直流电弧电压。

因此，给焊炬“a”和工件“b”间加上一个这样产生的电弧电压，如图2所示在时间T2，在焊炬“a”和工件“b”间产生了一定的电弧电压，这时，利用电弧产生的热就可以实现焊接。这里，扼流线圈“L”用来稳定当产生一定的电弧后发生的电弧电流的变化。

可是，当使用高压高频放电来实现焊接作业时，当焊炬的钨极表面被氧化物和其它物质污染时，就达不到理想的高压高频放电。此外，因为电弧可以在钨极的其它部位而不是在其端部形成，所以，由于上述原因电弧产生点变得不确定了。

因此，本发明的目的就是为TIG弧焊机提供一个反极性直流电源，该电源克服了惯用的TIG焊机直流电源出现的问题。

本发明的另一个目的是为TIG弧焊机提供一个改进的反极性直流电源，当用高压高频放电起弧方法焊接时，通过去除焊炬钨极表面的氧化物和其它物质，该电源能获得一个更加稳定的电弧。

为达到上述目的，为TIG弧焊机提供一个反极性直流电源，该电源包括一个变换(inverting)部分，该部分用来接收整流部分的输出电压并按主PCB发出的控制信号改变电压极性，并输给变压器；一个第一半波整流部分，该整流部分半波整流这个变换部分的输出电压，该输出电压的电平已由变压器降压，并在焊炬和工件之间输出一个这样的半波整流电流；第一和第二电流检测装置，这两个装置用来检测整流部分输出端的电流和焊炬与工件间的电流，并将这样检测到的电流输给主PCB；一个原装(green)PCB，该PCB用来按照从主PCB输出的控制信号将加在焊炬与工件间的电压极性改变成相反的极性而且去除钨极上的氧化物和其它物质。

图1是惯用的直流TIG焊机电源方框图。

图2是图1中焊炬与工件之间的电弧电流曲线图。

图3是按照本发明的TIG电弧焊机的反极性直流电源的方框电路图。

图4是按本发明图3中的焊炬与工件间的电弧电流曲线图。

图3表示按本发明的钨极惰性气体保护焊机的反极性直流电源，该电源包括一个高频整流部分10，该整流部分由六个二极管和一个电容C1组成用来将来自无保险丝开关(NFB)的三相电流的电压整流并滤波；一个主PCB20，当使用者操作开关SW时，该主PCB20用来接收从电容C1两端检测到的电压，并且输出一个控制信号；一个HVHFPCB30按照主PCB20发出的控制信号输出1到2MHz高频的2000到3000V的高压；一个扼流线圈40，该线圈输出由HVHF PCB30输出的高频高压放大的6500V到1000V的高压，用来破坏焊炬“a”和工件“b”之间的气体绝缘；一个变换器50，用来按照由主PCB20输出的控制信号给变压器T1输出一个电压；一个第一半波整流部分60，用来半波整流变换部分50的输出电压，该输出电压的电平通过变压器T1减小，并且用来给焊炬“a”和工件“b”间输出一个这样的半波整流电压作为电弧电压；以及一个原装PCB70，用来按照由主PCB20输出的控制信号改变加在焊炬“a”和工件“b”间的电压的极性。

这个原装PCB70包括一个第一继电器71，该继电器71由来自主PCB20的控制信号启动，从NFB输出一个220V交流电压；一个变压器72，该变压器72用来将由第一继电器71输出的220V交流电压降到一个比较低的交流电压；一个第二半波整流部分73，该部分用来半波整流并滤波由变压器72降低的交流电压并且输出一个直流电压；以及一个第二继电器74，该继电器按照由主PCB20输出的控制信号G2启动，并且将第二半波整流部分73的输出施加在第一半波整流部分60的输出端并为了引起焊炬“a”和工件“b”相应地有一个相反的极性。

现在将参照附图详细解释按照本发明的钨极惰性气体保护焊机的反极性直流电源的操作。

开始，当220V三相(R、S、T)交流电压通过NFB加在高频整流部分10上时，220V交流电压由D1到D6二极管整流，电容器C1滤波，输出300V的直流电压。

此时，由电容C1两端检测的300V的直流电压作为主PCB20的工作电压，此后，当使用者操作焊接开始开关SW时，主PCB20给HVHFPCB30和原装PCB70输出一个控制信号。

HVHF PCB30按照主PCB20的控制信号控制一个电磁阀(未表示出)，并引起焊炬“a”从时间0-T1间喷出惰性气体如He和Ar同时阻截了空气并给扼流圈40的初级绕组输出一个2000-3000且频率为1到2MHz的放电电压。

此后，当给扼流圈40的一次绕组加上2000到3000V的放电电压时，扼流圈40的二次绕组感应产生一个6500到10000的高压，这样感应的高压加在HVHF旁路电容C2、工件“b”、焊炬“a”钨极(未显示)和扼流线圈40上，以便在如图4所示的T1到T3时间内将焊炬“a”和工件“b”间形成的气体绝缘击穿。

此时，原装PCB70上的第一继电器71按照主PCB20输出的控制信号G1接通并将从NFB输出的交流电压220V输出到变压器72和73上，第二个半波整流部分73半波整流并滤波被变压器72和72降压的交流电压，给第二继电器74输出一个直流电压。

第二继电器74按照主PCB20输出的控制信号G2接通并将第二半波整流部分73的输出输给第一半波整流部分60的输出端；并为焊炬“a”工件“b”之间提供一个反极性，即，焊炬“a”是正极工件“b”是负极，因此，在时间T1到T2内有一个反极性电弧电流被加在它们之间。

因此，由工件“b”发射的电子与来自焊炬“a”喷出的氩气相碰撞，氩气被电离，因此，位于焊炬“a”内的钨极表面的氧化层和别的物体被去除，因此，由于不断地施加到其上的氩气而在该处防止了氧化。

此外，当从时间T1到T2结束后，主PCB20输出控制信号G1和G2，并停止第一继电器71和第二继电器74的启动，通过给变换部分50输出控制信号A、A′和B、B′接通三极管Q1和Q3，和关闭三极管Q1和Q3。

因此，从高频整流部分10输出的300V的直流电压其电平由变压器T1降压输入到第一半波整流部分60，第一半波整流部分60半波整流该电压，该电压的电平是经过变压器T1降压而得的，并在焊炬“a”和工件“b”间处在绝缘击穿状态下输出一个正极性电弧电压。

此后，因为提供一个引弧电流，在焊炬“a”和工件“b”间从时间T3到T4产生了一定的电弧，因此就可以实现焊接，这时，当焊炬“a”和工件“b、”间产生电弧时，扼流圈L用来稳定电弧电流的变化。

此外，第一电流检测装置CD1在高频整流部分10的输出端检测电流，第二电流检测装置CD2在焊炬“a”和工件“b”间检测电流，并给主PCB20输出这样的检测电流。当主PCB20检测到一确定电流超过一定值时，主PCB20阻止输出控制信号A、A′和B、B′，因此停止变换部分50的工作，当第二电流检测装置CD2检测到的电流超过一定的值时，第二电流检测装置CD2停止HVHF PCB20释放高压高频电。

可是，虽然第二电流检测装置CD2检测到一定的电流，该电流超过一定的值，并停止HVHF PCB20释放高压高频电，但因为在如图4所示的时间T3后，在焊炬“a”和工件“b”之间已形成电弧，在它们之间已施加了一定的电流，焊接工作可以继续进行。

此外，原装PCB70可以配置在HVHF PCB30中，并可以通过改变输入电压的方法和输出打开/关闭的方法来实现。

如上所述，按照本发明所述的为钨极惰性气体保护焊机提供的直流反极性电源直接在焊炬和工件间的绝缘被释放的高频高压电击穿的状态下给焊炬和工件间施加一个反向极性，电离氩气，用电离的氩气清除钨极表面的氧化物质和其它物质，再给焊炬与工件间施加一个正向极性，实现焊接，因此，理想的电弧发生点可以通过更稳定的高频高压放电操作来达到。