分类号：tg434.5文献标识码：a
文章编号：1001－2303(2000)02－0011－03
the research of ac－dc multi-function and economic type argon shield arc welding machine
wang fu－sheng
chengdu electric welding machine research institute
abstract：the multi-function and economic type argon shield arc welding machine is introduced.the structure of welding machine is simple.it's work is reliable and price is low. the welding machine almost may weld all metal material and it's application is extensive,with good benifition.
key words：economic type；ac－dc；argon arc welding▲
1 前言
随着社会生产力的发展，各行业对焊接设备的需求越来越大，尤其是对功能多，价格低廉的焊接设备更是如此。目前国内虽已生产了各型交直流氩弧焊机，但由于其结构复杂，价格较贵，且故障率高，使用户难以接受。为适应市场经济发展而研制的经济型交直流多功能氩弧焊机是一种结构简单，工作可靠，价格低廉的多用途焊机。焊机的多功能主要体现在既可进行交直流手工焊，又可进行交直流氩弧焊，几乎适用于所有金属材料的焊接，实现了一机多用。结构上该机采用组合式，为焊机的系列化打下基础。尽量简化控制系统是该焊机的另一特点，使得该机线路简单，元件少，系统稳定可靠，具有较大的市场潜力。
2 结构特点
该机采用组合式结构，主要由面板，后板，焊接变压器三大部件组成，只要通过更换焊接变压器及相应元件，即可实现产品系列化。由于该结构焊机实现系列化较为容易，可根据市场要求调整产品的规格生产，该机还在满足各种焊接条件的基本要求下，尽量简化控制系统和控制功能，因此产品的稳定性，可靠性较高。
3 主回路系统
剖析国外同型号miller焊机，发现该机为降低成本而力求结构简单，以致于在进行交流氩弧焊时电路上未采取任何抑制直流分量的措施，易造成变压器铁芯磁饱和，初级绕组的激磁电流增加，这种不平衡的大电流增大了变压器的能量损耗，测试结果表明该型miller焊机的直流分量占额定电流的60%左右，使得额定焊接电流大大降低。为使焊机具有经济性和实用性，我们将直流电抗器由miller焊机0.2mh增加到0.5mh，对成本和效率进行了综合考虑，把直流分量抑制在30%之内，达到了抑制直流分量的目的，满足了交流氩弧焊的基本要求。同时使焊接电流波形得到改善，提高了电流过零变化率，缩短了换向过程，确保电弧燃烧的稳定性，主回路系统如图1所示。为防止因焊接变压器过流而烧坏，主回路中我们设置了热继电器保护。
图1 主回路系统
4 焊接变压器设计
焊接变压器采用动铁式结构，运行稳定可靠，静铁芯结构采用三柱式，结构更为紧凑，可减小变压器体积和重量，降低材料成本。为使焊机具有更宽的电流调节范围，特将电流调节分为大小两档，大档匝数较少，漏抗小，最大焊接电流大，小档采用分置线图，空载电压不变而匝数增加，漏抗增加，可获得较低的最小焊接电流。
根据焊机漏磁分布规律采用分析法计算最小漏抗。众所周知，焊机漏磁通在垂直穿过铁芯柱表面及幅向穿过线圈后则分为两部分，第一部分沿轴向分别向线圈两端弯曲，分别达到两线圈端部外面铁芯柱，沿铁芯柱成一回路，这部分称之为轴向漏磁通，另一部分沿幅向平面横越到达另一铁芯柱，并通过铁轭到铁芯柱而成一回路，这部份称之为幅向漏磁通。因此漏磁通等效磁路长度hd为：
式中 h为初，次级线圈平均幅宽；s为线圈铁芯柱最小距离；hfw为幅向漏磁通在线圈外面那一部分的等效磁路长度；hzw为轴向漏磁通在线圈外面那一部分的等效磁路长度。因轴向漏磁通总的等效磁路长度为
hzz＝h／rh
krh为横向洛氏系数
故
hzw＝hzz－（h＋s）
＝h／krh－（h＋s）
可见对整个漏磁场而言，它是一个常数。
显然，在漏磁通的不同区域，幅向漏磁通总的等效磁路长度是不同的，因此hzw也是不同的，愈靠近线圈外铁磁场物质的那一部分区域，hzw愈小则hfw愈小，反之亦然，而任一区域内的等效磁路长度可由推导漏磁导得出：
g＝μ0×l／hfz
故
hfz＝μ0×l／g
所以，在计算本焊机漏抗时，首先将线圈截面积平均长度分为两个区段，如图2所示。
a-b,c-d为l1段
b-c,d-a为l2段
l1＝(a1b1+c1d1+a2b2+c2d2)/2
＝2b
l2＝lcp－l1
b—变压器铁芯厚度。
lcp—初，次级线圈平均匝长。
图2 线圈横截面平均长度分段
分别计算两区域内漏磁通等效磁路长度，再计算出各区域漏磁所产生的漏抗和总漏抗，这样计算出来的结果会有一些误差，因为没有考虑动铁存在所引起的杂散磁通对最小漏抗的影响，在杂散磁通无法精确计算的情况下，为了弥补该误差，计算最大焊接电流就要除以修正系统数k，这样计算出来就与实测值相差甚小。
5 控制系统
5.1miller焊机力求简单，除采用直接高频引弧外，无任何程控系统，这样虽然简单，成本低，但另一方面却为操作和工件焊接质量带来十分不便和不利因素，针对这种情况，我们在低成本，高质量，高效率的指导思想下增设了如图3所示的简易控制电路。
图3 程序控制系统
手工焊时，由于控制主回路通断的接触器线圈在合闸电路时已被接通(此时供控制电路的电源被切断)，可直接进行手工交直流焊，而在氩弧焊时，主回路接触器的通断却受控制电路的控制。其中d触发器组的双稳态触发器分别控制气阀yv和接触器km的通断。
其动作程序如下：在k闭合前d触发器q端为“0”， 为“1”。三相管v5截止，继电器ka1断电，v6导通，v7截止继电器ka2断电，从而使主回路处于断电状态，当k闭合时，d触发器cp端通过光耦三极管产生一个前沿为上升沿的电平，使d触发器翻转，q为“1”， 为“0”，三极管v5导通继电器ka1接通，电磁阀yv通电，气阀通气。经过r6c3延时后v6截止，v7导通，继电器ka2通电，其闭合触点使km接通主回路。当k第二次闭合时，d触发器再次翻转，q为“0”， 为“1”，三极管v6导通，v7截止，ka2断电，使接触器km断电，切断主回路电源，同时v5经r5c2延时后截止，ka2断电，气阀yv断电，切断气源，从而达到提前送气→通电焊接→切断焊接电源→滞后断气的目的。
通过改变r6、c5和r5、c2可分别达到预通气和滞后断气时间的目的。
5.2 高频引弧系统
交流氩弧焊时，通常采用高压脉冲引弧和稳弧，而且在稳弧时有较高的相位要求，控制系统较为复杂，其可靠性受到影响，为了简化电路，使系统既稳定可靠又合理，我们采用了在交流氩弧焊时高频脉冲一直加在焊接回路中，使其达到引弧和稳弧的目的，而在直流氩弧焊中采用如图4电路来实现引弧后自动切断高频脉冲的目的。
图4 高频引弧控制系统
其中q为切换开关，当直流氩弧焊时闭合，交流氩弧焊时断开。km为控制主回路的交流接触辅助触点，r，c调节切断高频脉冲的时间。
6 结论
经济型交直流多功能氩弧焊机是一种多用途焊机，适用于几乎所有金属的焊接，对铝和铝合金的焊接更具有突出优点，由于造价低廉，工作可靠、性能稳定、一机多用，因而具有广阔的市场前景。■
作者单位：王福生(成都电焊机研究所，四川，610051)
参考文献：
［1］蔡国余.电焊机变压器设计.天津大学出版社，1998，7.
［2］黄石生.电子控制的弧焊电源.北京：机械工业出版社，1991，6.
［3］成都电焊机研究所.交流弧焊机设计计算程序.1998，1. |
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