二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)工作原理

1、第十章 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)工作原理第一節(jié) 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)的特點(diǎn)與一般要求一、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)的一般結(jié)構(gòu)圖 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊即熔化極惰性氣體保護(hù)焊，指用金屬熔化極作電極，惰性氣體(CQ)作焊接方法，簡(jiǎn)稱(chēng)MIG相對(duì)于其它弧焊機(jī)， MIG 焊機(jī)添加了送絲結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的送絲控制電路，在焊接過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)化，不但提高了效率，也減少了損耗。焊接過(guò)程中使用廉價(jià)的CO氣體作保護(hù)，使得起弧容易，焊接成本低而效果好。而且，送絲速度、輸出電壓可調(diào)節(jié)，可使兩者達(dá)到良好 匹配，提高了焊接質(zhì)量，適用于各類(lèi)焊接。MIG機(jī)的送絲方式一般有三種：推絲式、拉絲式、推拉結(jié)合式，不同的送絲方式對(duì)送絲的軟管要求各不相同

2、。對(duì)于推絲式送絲軟管一般在 2.5 米左右，而推拉結(jié)合式的送絲軟管可達(dá) 15 米，為了保正送絲穩(wěn)定，相應(yīng)的送絲電機(jī)和送絲控制電路都要求嚴(yán)格。二、MIG焊的特點(diǎn)1、 工作效率高：CQ的電弧穿透力強(qiáng)、熔深池大、焊絲熔化率高、熔敷速度快、，工作效 率比手工弧焊高 13 倍；2、焊接成本低：CQ氣體是工廠的副產(chǎn)品，來(lái)源廣、價(jià)格低。其成本只有埋弧焊和手工 焊的 40%50%左右。3、 能耗低：相同條件下，MIG焊與手弧焊相比，前者消耗的電能約為后者的 40%70%4、適用范圍廣：MIG焊能焊接任何位置，薄板可焊致電1mm最厚幾乎不受限制。而且 焊接薄板時(shí)，較氬氣焊速度快、變形小。5、抗銹能力強(qiáng)：焊縫含氬

3、量低，抗裂性好。6、焊后無(wú)需清渣，因是陰弧，便于監(jiān)視和控制，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。三、MIG焊機(jī)的一般要求1 、MIG焊機(jī)的焊接過(guò)程 起始時(shí)，焊絲由送絲機(jī)送出，接觸工件； 焊絲與工件短路，產(chǎn)生大電流，使得焊絲頂端熔化； 焊絲與工件間形成電弧； 焊絲送出，電弧變短； 焊絲再次接觸工件。如此周而復(fù)始。2 、MIG焊機(jī)的一般要求在焊接過(guò)程中，電弧不斷地燃弧、短路、重新引弧，燃弧如此周而復(fù)始，從而使得弧 焊電源經(jīng)常在負(fù)載短路，空截三態(tài)間轉(zhuǎn)換，因此，要獲得良好的引弧，燃弧和熔滴過(guò)渡狀 態(tài)，必須對(duì)電源的動(dòng)特性提出如下要求： 焊接電壓可調(diào)，以適應(yīng)不同焊接需求； 最大電流限制，即有截流功能，避免因短路、干擾而引起的

4、大電流損壞機(jī)器，而電 流正常后，又能正常工作； 適合的電流上升、下降速度，以保證電源負(fù)載狀態(tài)變化，而不影響電源穩(wěn)定和焊接質(zhì)量； 滿(mǎn)足送絲電機(jī)的供電需求； 平穩(wěn)可調(diào)的送絲速度，以滿(mǎn)足不同焊接需求，保證焊接質(zhì)量； 滿(mǎn)足其它焊接要求，如手開(kāi)關(guān)控制，焊接電流、電壓顯示，2T/4T功能，反燒時(shí)間調(diào)節(jié)，焊絲選擇，完善的指示與保護(hù)系統(tǒng)等等。3 、MIG焊電源的外特性曲線由于MIG焊接電源的負(fù)載狀態(tài)不斷地在負(fù)載、短路、空截三態(tài)間轉(zhuǎn)換（其輸出電壓、 電流特性曲線如圖），為了得到適宜的輸出和良好的焊接效果，采用了具有圖的外特性的 焊接電源。圖圖采用恒速送絲配合如圖的平臺(tái)型外特性電源的控制系流，有以下優(yōu)點(diǎn)： 弧長(zhǎng)變

5、化時(shí)引起較大的電流變化，因而電弧自調(diào)節(jié)作用強(qiáng)，而且短路電流大，引弧 容易； 可對(duì)焊接電壓和焊接電流單獨(dú)加以調(diào)節(jié)。通過(guò)改變占空比調(diào)節(jié)電壓，改變送絲速度 來(lái)調(diào)節(jié)電流，兩者間相互影響??； 焊接電壓基本不受焊絲伸出長(zhǎng)度變化的影響； 有利于防止焊絲回?zé)驼辰z。因?yàn)殡娀』責(zé)龝r(shí)，隨著電弧拉長(zhǎng)，電弧電流很快減小, 使得電弧在來(lái)回?zé)綄?dǎo)電嘴前已熄滅，焊絲粘絲時(shí)，平特性電源有足夠大的短路電 流使粘接處爆開(kāi)，從而可避免粘絲。第二節(jié) MIG 焊機(jī)控制板電路工作原理一、他激式輔助電源工作原理1、3843集成脈寬調(diào)制器工作原理：通常采用脈寬調(diào)制器調(diào)節(jié)脈寬，以達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的；反之，通過(guò)反饋的方 式，可以把對(duì)輸出電

6、壓的采樣信號(hào)反饋到 脈寬，調(diào)制器中，利 用脈寬調(diào)制器的特性 控制開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)，從而達(dá)到穩(wěn)定輸 出的脈寬。3843集成 脈寬調(diào)制器是一種單 端輸出電路控制型電 路，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 如圖所示：工作原理： 供電：電源由7腳輸入，在施密特觸發(fā)器的控制下，電源電壓大于16V時(shí)，芯片工作，低于10V時(shí)關(guān)閉。6V的啟動(dòng)、關(guān)閉的差值電壓可有效防止電路在閥值電壓附近 工作時(shí)振蕩。輸入端設(shè)置了一個(gè) 34V的齊納穩(wěn)壓管，保證其內(nèi)部電路絕對(duì)在 34V以 下工作，防止高壓損壞。通常，從高壓輸入端用電阻分壓后供給7腳。 振蕩信號(hào)的產(chǎn)生：其振蕩器的工作頻率由4腳外接的電阻、電容值決定，由8腳供給振蕩的電源。通常，在 4腳

7、與地間接電容，4腳與8腳間接電阻，其振蕩頻率 5=1/T=1/ （tc+td ）（tc、td分別為電容充放電時(shí)間） 輸出控制：輸出信號(hào)的控制由誤差放大器、電流比較器、鎖存器完成。分述如下：誤差放大器：其同相輸入端接內(nèi)部+基準(zhǔn)電壓，反相輸入端接受外控制信號(hào)。輸 出端通常接補(bǔ)償 R C回路，R C回路接到反相輸入端，以控制廣大器閉環(huán)增益， 并起到穩(wěn)定的作用。電流比較器：用于電流感應(yīng)和限制，防止過(guò)大電流損壞外部電路，通常，在 3腳 處接一采樣信號(hào)（可通過(guò)電阻接地把外部電路電流轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)），其與誤差放大器 的輸出電壓經(jīng)兩個(gè)二極管降壓后所得的電壓進(jìn)行比較。鎖存器：加入鎖存器可以保證輸出端在每一振蕩周期

8、內(nèi)僅出現(xiàn)一個(gè)單控制脈沖， 防止了噪聲干擾和開(kāi)關(guān)管的超功耗。由圖可知，當(dāng)電流比較器輸出高電平時(shí)，鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出（與非門(mén)輸出低 電平、三極管截止），至下一個(gè)時(shí)鐘脈沖中又將鎖存器位置，輸出開(kāi)啟（高電平）。 脈寬調(diào)制：3843脈寬調(diào)制器的6腳外接開(kāi)關(guān)器件，當(dāng)開(kāi)關(guān)器件流過(guò)的電流改變（因 負(fù)載變化）時(shí)，3腳所采樣到的電壓信號(hào)也隨之改變，通過(guò)電流比較器，就能改變 輸出脈沖寬度，從而調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間，即占空比。2、他激式開(kāi)關(guān)電源工作原理：圖為他激式開(kāi)關(guān)電源原理圖：圖工作原理： 充能：主電源開(kāi)關(guān)閉合后，電源經(jīng)變壓器T的初級(jí)線圈N1供電給功率開(kāi)關(guān)管Q1的漏 極。同時(shí)，UC3843集成PW啲7腳也獲得電源電

9、壓經(jīng)分壓后（R1、R2、R3分壓），大 于16V的電壓，芯片工作，6腳輸出幅值為12V的脈沖，使得開(kāi)關(guān)管Q1導(dǎo)通。此時(shí)， 電源給N1充電，電能轉(zhuǎn)化為磁能儲(chǔ)存于變壓器中。開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)：3843的6腳輸出脈沖的頻率由內(nèi)部電路的振蕩頻率 （由C6和R8決定）， 經(jīng)一定時(shí)間，第一個(gè)高電平結(jié)束，轉(zhuǎn)為輸出低電平，使開(kāi)關(guān)管截止。（3）放能：開(kāi)關(guān)管Q1截止，由于電感（線圈N1）的續(xù)流作用，N1繼續(xù)給電容C8和Q1的 漏電容cds充電。此時(shí)，在N1上的電壓方向?yàn)樯县?fù)下正，而 N2上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向 為上正下負(fù)，二極管D4導(dǎo)通，給負(fù)載供電并向C10充電。由于穩(wěn)壓管D5的穩(wěn)壓鉗住 作用，使得N1、N2上的電壓不會(huì)太高

10、，而N1上的電壓也不會(huì)因電感特性（續(xù)流）而產(chǎn)生尖鋒而損壞電路。 振蕩：變壓器初級(jí)線圈在向負(fù)截供電的同時(shí)也給電容C8 cds充電。當(dāng)電容兩端的電壓大于N1上的電壓時(shí)，電容反向向電感供電，能量由電容向電感和電源轉(zhuǎn)移，等到 兩者的端電壓的大小再發(fā)生變化時(shí)，電感向電容充能，如此反復(fù)，形成正弦振蕩（阻 尼振蕩）。而且，每當(dāng)電容向電感充電時(shí)，N1線圈都通過(guò)N2向負(fù)載供電并各電容C10 充電。(5)穩(wěn)壓輸出：在N1向N2供能時(shí)，負(fù)載從變壓器中得到能量，當(dāng) N2上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)反 向(上負(fù)下正)時(shí)，電容 C10向負(fù)載供電，從而，在負(fù)載上得到穩(wěn)定的電壓供給。 開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，再次充能：在3843的輸出脈沖控制下，開(kāi)關(guān)

11、管 Q1再次導(dǎo)通，回復(fù)到初 始狀態(tài)。如此周而復(fù)始，負(fù)載得到持續(xù)的穩(wěn)定的能量供給。(7) 穩(wěn)壓：當(dāng)負(fù)載變化時(shí)， 輔助電源(他激式開(kāi)關(guān)電源) 的輸出電壓、 電流都將發(fā)生變化。 此時(shí)，3843芯片2腳采樣到的電壓信號(hào)(通過(guò)N1和N3采樣)以及3腳的電平值(輸 出電流反映到N1上的電流在R12而形成的壓降)也隨之改變，從而，3843內(nèi)部的電 流比較器輸出值也發(fā)生改變，由此而改變了 6 腳的輸出脈寬。例如：當(dāng)負(fù)載變大時(shí)， 電流變小，使得 3843 內(nèi)部的電流比較器輸出低電平，使鎖存器鎖存，降低占空比， 開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)間長(zhǎng)，使得振蕩次數(shù)加大，負(fù)載獲得的能量變大，保證了負(fù)載的需求。(8) 過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)：如果輸

12、入電壓過(guò)高，在開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，在N2上感應(yīng)到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)過(guò)高，使得D6 (27V)穩(wěn)壓管被擊穿，光耦U2動(dòng)作，觸發(fā)可控硅VS可控硅陰陽(yáng)兩 極導(dǎo)能，拉低 3843的 7腳電位，芯片停止工作。如果因漏感作用干擾或不正常輸入 使得開(kāi)關(guān)管漏源電流過(guò)大，此時(shí)，在 R12上形成的壓降也變大，3843內(nèi)部的電流比 較器的同相輸入端(3腳)電位變高，當(dāng)大于1V時(shí)，電流比較器輸出翻轉(zhuǎn)，變?yōu)楦?電平，使得鎖存器鎖住，芯片輸出低電平，關(guān)閉開(kāi)關(guān)管，從而保護(hù)了功率開(kāi)關(guān)管。(9) 輔助電路：線圈N3及D2、C2、R5組成一個(gè)濾波電路，吸收因電感作用而產(chǎn)生的電流 尖鋒(當(dāng) N1 電流方向改變時(shí)，由于電感續(xù)流和漏感的作用，會(huì)產(chǎn)生

13、尖鋒)避免開(kāi)關(guān) 管造成誤動(dòng)作，D1、C1及R4組成的電路也具有同樣的功效。線圈N4 D7 D8 R15 R16組成的電路具有電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)淖饔?。接上一定的控制電路?可以控制因電網(wǎng)波動(dòng)而引起輔助電源的輸出值。 其輸出與整機(jī)電路的給定值疊加， 通 過(guò)反饋的形式，可以控制輸出值，從而避免因輸入波動(dòng)而改變電流的輸出值。在輸出端接有7812集成穩(wěn)壓器件，可以輕易得到Q2的直流穩(wěn)壓電，以滿(mǎn)足不同 負(fù)載的需求。(10) 特征波形：當(dāng)負(fù)載變化時(shí)， 3843的輸出脈沖的脈寬、電流比較器的同相輸入信號(hào)， 開(kāi)關(guān)管漏極波形都隨著改變，反應(yīng)了電路對(duì)輸出變化的應(yīng)變能力和調(diào)整能力。當(dāng)負(fù)載變大時(shí)，脈沖變窄，開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間變短

14、，則線圈N1與電容C8 cds間的振蕩次數(shù)變多，這樣，負(fù)載獲得能量補(bǔ)充的次數(shù)也變多，一周期內(nèi)獲得能量變大。 當(dāng)負(fù)載變小時(shí)，脈沖變寬，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)能野變長(zhǎng)，線圈 N1 所獲得的能量雖然加大，但 其供給負(fù)載的變小。這樣，在負(fù)載的輸入端，就能得到穩(wěn)定的電壓供給。而且，開(kāi) 關(guān)管的控制脈沖的脈寬與輸出的波動(dòng)有良好的線性關(guān)系，所以，電路對(duì)負(fù)載的反應(yīng) 靈敏，線性調(diào)整好。此種輔助電源因輸出電流較大 功率在，適用于大功率的機(jī)器。第三節(jié) 送絲機(jī)構(gòu)送絲控制功能的一般要求MIG焊機(jī)采用自動(dòng)送絲的焊接方式，其要求：1 焊絲的送出速度可調(diào)，以滿(mǎn)足不同的環(huán)境 人為要求；2 送絲速度平穩(wěn)，以達(dá)到良好的焊接效果；3 盡可能短的送絲

15、停止時(shí)間，即急剎車(chē)功能；另外：送絲控制與開(kāi)關(guān)控制是同步的，為了方便控制，在送絲板電路中，包含了手開(kāi)關(guān)控制電路，MIG焊機(jī)要求手開(kāi)關(guān)具有： 靈敏的送絲起動(dòng) 剎車(chē)控制； 適宜的輸出電流延時(shí)、封波控制； 靈敏、可靠、適宜的通斷氣體控制。二、送絲機(jī)構(gòu)控制電路工作原理1、TL494脈寬調(diào)制器（PWM工作原理。與其它控制電路相似，為了滿(mǎn)足良好焊接對(duì)送絲的要求，送絲機(jī)構(gòu)控制電路也采用了調(diào) 節(jié)脈寬輸出（送絲速度）并輸出反饋而穩(wěn)定輸出的方式。MIG 焊機(jī)的送絲控制電路采用TL494PWI作為主控器件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。工作原理： 振蕩信號(hào)產(chǎn)生： TL494 中有一振蕩器，其振蕩信號(hào)由陰容器件產(chǎn)生，其振蕩頻

16、率由外 接的電容的充放電決定， f=1/ （ tc+td ）（tc、 td 分別為電容充放電時(shí)間）。 脈寬控制：與CW352類(lèi)似，通過(guò)改變基準(zhǔn)電壓的方式改變運(yùn)放輸出脈寬。即把振蕩信號(hào)（鋸齒波）由反相輸入端送入 PWM匕較器（運(yùn)放），可調(diào)（控制）的基準(zhǔn)電壓由PWM 比較器的同相輸入端輸入。只需改變外電路的給定值，即可調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓，從而調(diào)節(jié) 脈寬。 死區(qū)時(shí)間控制：TL494較CW352更優(yōu)秀的一點(diǎn)在于增添了一個(gè)死區(qū)比較器，它可以控 制兩路輸出脈沖之間的死區(qū)時(shí)間，以滿(mǎn)足不同開(kāi)關(guān)的需求。它與PWM匕較器的輸出（都 為脈沖信號(hào)）作為數(shù)字與門(mén)的兩個(gè)輸入信號(hào)，只要有一匕較器輸出低電平，即中鎖住 鎖存器輸出，

17、而死區(qū)時(shí)間比較器與 PWM匕較器的輸出狀態(tài)都受到振蕩信號(hào)和基準(zhǔn)電壓 的控制，這樣，改變死區(qū)匕較器某一輸入端的值，即可改變其與另一輸入端的輸入值 之間的關(guān)系（大于、等于或小于） ，從而改變死區(qū)時(shí)間匕較器的輸出狀態(tài)。通常，在死 區(qū)時(shí)間比較器的同相輸入端（TL494的4腳）外接電阻，以外電路電流在該電阻上形 成的壓降作為匕較器的同相輸入，即以之控制死區(qū)時(shí)間，這樣，改變外接電阻的值即 可改變死區(qū)時(shí)間。另外，它還可以設(shè)計(jì)成電源軟起動(dòng)控制及不死保護(hù)控制電路等。 輸出穩(wěn)定控制：調(diào)節(jié)輸出脈寬可通過(guò)改變 PWM：匕較器的同相輸入端（3腳）的值來(lái)實(shí) 現(xiàn)，但由于電網(wǎng)波動(dòng)，負(fù)載變化等因素，會(huì)導(dǎo)致輸出電壓、電流變化。于

18、是為穩(wěn)定輸出， TL494 通過(guò)運(yùn)放對(duì)輸出回路進(jìn)行采樣，采樣的值與設(shè)定的穩(wěn)定的一個(gè)基準(zhǔn)電壓匕 較（運(yùn)放映機(jī)的輸出） ，匕較后的值疊加在給定值上，從而控制輸出脈寬，由于這樣的 采樣控制是一個(gè)負(fù)反饋過(guò)程，能適當(dāng)改變脈寬，使得輸出穩(wěn)定。另外，雙運(yùn)放匕較輸 出形成還能完成過(guò)電流保護(hù)等功能。 輸出方式控制：輸出方式由13腳的電平值決定。當(dāng)該端為高電平時(shí)，兩路輸出分別由 觸發(fā)器的Q和G端控制，形成雙端輸出方式，當(dāng)13腳為低電平時(shí)，觸發(fā)器失去作用， 兩路輸出同時(shí)同PWM：匕較器后的或門(mén)輸出控制，同步地工作，兩路并聯(lián)輸出。兩路并 聯(lián)輸出時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)電流較大。2、手開(kāi)關(guān)控制電路工作原理圖是MIG焊機(jī)手開(kāi)關(guān)控制原

19、理圖，它完成手開(kāi)關(guān)通斷控制，2T、4T轉(zhuǎn)換，電磁閥的通斷控制等功能。 手開(kāi)關(guān)的開(kāi)通與關(guān)斷狀態(tài)當(dāng)手開(kāi)關(guān)合上時(shí)，UB的反相輸入端電位變低（V=12/51+1+1X +1+1）低于4V時(shí)， UB輸出高電平（12V），使得電壓跟隨器UA也輸出高電平。當(dāng)手開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，12V直流電直接加到UB的反相輸入端，使UB的輸出變?yōu)榈碗娖剑?同時(shí)，UB也輸出低電平（零電位）。另外：在手開(kāi)關(guān)處對(duì)電源接有兩個(gè)二極管（D1、D2），是為了防止手開(kāi)關(guān)抖動(dòng)而產(chǎn)生 誤導(dǎo)而設(shè)置的。由于焊接工人或其它原因，手開(kāi)關(guān)產(chǎn)生抖動(dòng)時(shí)，接觸觸點(diǎn)后又馬上斷開(kāi)， 這時(shí)，觸點(diǎn)上便產(chǎn)生很大的電壓，使得二極管導(dǎo)通，而不致于使 UB因高電壓損壞或因 手開(kāi)

20、關(guān)抖動(dòng)而改變輸出狀態(tài)。 2T、4T轉(zhuǎn)換控制：由圖中可看出，當(dāng)2T/4T開(kāi)關(guān)打到2T時(shí)，12V電源加到D觸發(fā)器的復(fù)位端（R）,使 得D觸發(fā)器復(fù)位，不工作，輸出零電平。同時(shí)，使電壓跟隨器UD也輸出零電平。即手開(kāi)關(guān)合上時(shí)，電磁閥控制電路（Q1、R13 C2 Q2等組成）有輸入信號(hào)，而手開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)， 無(wú)輸入信號(hào)，即2T功能。當(dāng)2T/4T開(kāi)關(guān)打到4T時(shí)，觸發(fā)器正常工作。手開(kāi)關(guān)合上時(shí)，UB輸出狀態(tài)由低電平轉(zhuǎn) 為高電平，使得D觸發(fā)器觸發(fā)，輸出高電平，手開(kāi)關(guān)打開(kāi)，UB的輸出狀態(tài)由高電平（“ 1” 轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖剑ā?0”，但D觸發(fā)器是在脈沖的上升沿觸發(fā)點(diǎn)，此時(shí) D觸發(fā)器輸出狀態(tài)保 護(hù)高電平。而Q為低電平，D為高電平。當(dāng)手開(kāi)關(guān)再次按下時(shí)，時(shí)鐘脈沖由低