二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)工作原理教案資料

1、學(xué)習(xí)資料第十章 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(CO2)作焊接方法，簡稱MIG。相對于其它弧焊機(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，在焊接過程中實現(xiàn)了半自動化，不但提高了效率，也減少了損耗。焊接過程中使用廉價的CO2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，不同的送絲方式對送絲的軟管要求

2、各不相同。對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1、 工作效率高：CO2 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：CO2氣體是工廠的副產(chǎn)品，來源廣、價格低。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，較氬氣焊速度快、變形小。5、 抗銹

3、能力強(qiáng)：焊縫含氬量低，抗裂性好。6、 焊后無需清渣，因是陰弧，便于監(jiān)視和控制，便于實現(xiàn)自動化。三、 MIG 焊機(jī)的一般要求1、 MIG 焊機(jī)的焊接過程起始時，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??；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，燃弧和熔滴過渡狀態(tài)，必須對電源的動特性提出如下要求：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

4、而引起的大電流損壞機(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；滿足送絲電機(jī)的供電需求；平穩(wěn)可調(diào)的送絲速度，以滿足不同焊接需求，保證焊接質(zhì)量；滿足其它焊接要求，如手開關(guān)控制，焊接電流、電壓顯示， 2T/4T功能，反燒時間 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10.1）,為了得到適宜的輸出和良好的焊接效果，采用了具有圖 11.2的 外特性的焊接電源。各種學(xué)習(xí)資料，僅供學(xué)習(xí)與交流采用包速送絲配合如圖10.

5、2的平臺型外特性電源的控制系流，有以下優(yōu)點：弧長變化時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；可對焊接電壓和焊接電流單獨加以調(diào)節(jié)。通過改變占空比調(diào)節(jié)電壓，改變送絲速度 來調(diào)節(jié)電流，兩者間相互影響小；焊接電壓基本不受焊絲伸出長度變化的影響；有利于防止焊絲回?zé)驼辰z。因為電弧回?zé)龝r，隨著電弧拉長，電弧電流很快減小, 使得電弧在來回?zé)綄?dǎo)電嘴前已熄滅，焊絲粘絲時，平特性電源有足夠大的短路電 流使粘接處爆開，從而可避免粘絲。第二節(jié) MIG焊機(jī)控制板電路工作原理、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；

6、反之，通過反饋的方式，可以把對輸出電 壓的采樣信號反饋到 脈寬，調(diào)制器中，利 用脈寬調(diào)制器的特性 控制開關(guān)電源的開 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10.3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，芯片工作，低于10V時關(guān)閉。6V的啟動、關(guān)閉的差值電壓可有效防止電路在閥值電壓附近 工作時振蕩。輸入端設(shè)置了一個 34V的齊納穩(wěn)壓管，保證其內(nèi)部電路絕對在 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。振蕩信號的產(chǎn)生：具振蕩器的工作頻率由 4腳外接的電阻、電

7、容值決定，由8腳供 給振蕩的電源。通常，在 4腳與地間接電容，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間）輸出控制：輸出信號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+2.5V基準(zhǔn)電壓，反相輸入端接受外控制信號。 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，防止過大電流損壞外部電路，通常，在 3腳 處接一采樣信號（可通過電阻接地把外部電路電流轉(zhuǎn)為電壓信號），其與誤差放大器 的輸出電壓經(jīng)兩個二極管降壓后所得的電壓

8、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內(nèi)僅出現(xiàn)一個單控制脈沖， 防止了噪聲干擾和開關(guān)管的超功耗。由圖可知，當(dāng)電流比較器輸出高電平時，鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出（與非門輸出低 電平、三極管截止），至下一個時鐘脈沖中又將鎖存器位置，輸出開啟（高電平）。脈寬調(diào)制：3843脈寬調(diào)制器的6腳外接開關(guān)器件，當(dāng)開關(guān)器件流過的電流改變（因 負(fù)載變化）時，3腳所采樣到的電壓信號也隨之改變，通過電流比較器，就能改變 輸出脈沖寬度，從而調(diào)節(jié)開關(guān)管導(dǎo)通時間，即占空比。2、他激式開關(guān)電源工作原理：圖10.4為他激式開關(guān)電源原理圖：圖 10.4工作原理：（1）充能：主電源開關(guān)閉合后，電源經(jīng)變壓器 T的初級線圈

9、N1供電給功率開關(guān)管Q1的 漏極。同時，UC3843集成PWM的7腳也獲得電源電壓經(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，使得開關(guān)管Q1導(dǎo) 通。此時，電源給N1充電，電能轉(zhuǎn)化為磁能儲存于變壓器中。學(xué)習(xí)資料(2) 開關(guān)管斷開：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)一定時間，第一個高電平結(jié)束，轉(zhuǎn)為輸出低電平，使開關(guān)管截止。(3)放能：開關(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，在N1 上的電壓方向為上負(fù)下正，而N2 上的感應(yīng)電動勢方向為上正下

10、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 上的電壓不會太高，而 N1 上的電壓也不會因電感特性(續(xù)流)而產(chǎn)生尖鋒而損壞電路。(4)振蕩：變壓器初級線圈在向負(fù)截供電的同時也給電容C8、cds充電。當(dāng)電容兩端的電壓大于 N1 上的電壓時，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，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，N1 線圈都通過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，負(fù)載從變壓器中得到能量，當(dāng)N2 上的感應(yīng)

11、電動勢反向(上負(fù)下正)時，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。(6) 開關(guān)管導(dǎo)通，再次充能：在3843 的輸出脈沖控制下，開關(guān)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，輔助電源 (他激式開關(guān)電源)的輸出電壓、電流都將發(fā)生變化。此時，3843芯片2腳采樣到的電壓信號(通過 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，電流變小，使得3843 內(nèi)部的電流比較

12、器輸出低電平，使鎖存器鎖存，降低占空比，開關(guān)關(guān)斷時間長，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) 過壓、過流保護(hù)：如果輸入電壓過高，在開關(guān)導(dǎo)通時，在N2 上感應(yīng)到的感應(yīng)電動勢過高，使得D6 (27V)穩(wěn)壓管被擊穿，光耦 U2動作，觸發(fā)可控硅VS,可控硅陰陽兩極導(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關(guān)管漏源電流過大，此時，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，電流比較器輸出翻轉(zhuǎn)，變?yōu)楦唠娖?，使得鎖存器鎖住，芯片輸出低電平，關(guān)閉開關(guān)管，從而保護(hù)了功率開關(guān)管。(9)

13、 輔助電路：線圈N3 及 D2、 C2、 R5 組成一個濾波電路，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，由于電感續(xù)流和漏感的作用，會產(chǎn)生尖鋒)避免開關(guān)管造成誤動作，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，通過反饋的形式，可以控制輸出值，從而避免因輸入波動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，以滿足不同負(fù)載的需求。(10)特征波形：當(dāng)負(fù)載變化時，3843 的

14、輸出脈沖的脈寬、電流比較器的同相輸入信號，開關(guān)管漏極波形都隨著改變，反應(yīng)了電路對輸出變化的應(yīng)變能力和調(diào)整能力。當(dāng)負(fù)載變大時，脈沖變窄，開關(guān)管的導(dǎo)通時間變短，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，脈沖變寬，開關(guān)管導(dǎo)能野變長，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，開關(guān)管的控制脈沖的脈寬與輸出的波動有良好的線性關(guān)系，所以，電路對負(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)一、送絲控制功能的一般要求MI

15、G焊機(jī)采用自動送絲的焊接方式，其要求：1、焊絲的送出速度可調(diào)，以滿足不同的環(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、盡可能短的送絲停止時間，即急剎車功能；另外：送絲控制與開關(guān)控制是同步的，為了方便控制，在送絲板電路中，包含了手開關(guān)控制電路，MIG焊機(jī)要求手開關(guān)具有：靈敏的送絲起動、剎車控制；適宜的輸出電流延時、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，為了滿足良好焊接對送絲的要求，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振

16、蕩信號產(chǎn)生：TL494中有一振蕩器，具振蕩信號由陰容器件產(chǎn)生，具振蕩頻率由外 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間）。脈寬控制：與CW3525類似，通過改變基準(zhǔn)電壓的方式改變運放輸出脈寬。即把振蕩 信號（鋸齒波）由反相輸入端送入 PWM比較器（運放），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)時間控制：TL494較CW3525更優(yōu)秀的一點在于增添了一個死區(qū)比較器，它可以 控制兩路輸出脈沖之間的死區(qū)時間，以滿足不同開關(guān)的需求。它與 PWM比較器的輸 出（都為脈沖信號）作為數(shù)字與

17、門的兩個輸入信號，只要有一比較器輸出低電平，即 中鎖住鎖存器輸出，而死區(qū)時間比較器與 PWM比較器的輸出狀態(tài)都受到振蕩信號和 基準(zhǔn)電壓的控制，這樣，改變死區(qū)比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)時間比較器的輸出狀態(tài)。通 常，在死區(qū)時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比較器的同相輸入，即以之控制死區(qū)時間，這樣，改變外接電 阻的值即可改變死區(qū)時間。另外，它還可以設(shè)計成電源軟起動控制及不死保護(hù)控制電 路等。輸出穩(wěn)定控制：調(diào)節(jié)輸出脈寬可通過改變PWM比較器的同相輸入端（3腳）的值來實 現(xiàn)，

18、但由于電網(wǎng)波動，負(fù)載變化等因素，會導(dǎo)致輸出電壓、電流變化。于是為穩(wěn)定輸 出，TL494通過運放對輸出回路進(jìn)行采樣，采樣的值與設(shè)定的穩(wěn)定的一個基準(zhǔn)電壓比 較（運放映機(jī)的輸出），比較后的值疊加在給定值上，從而控制輸出脈寬，由于這樣的 采樣控制是一個負(fù)反饋過程，能適當(dāng)改變脈寬，使得輸出穩(wěn)定。另外，雙運放比較輸 出形成還能完成過電流保護(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，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，觸發(fā)器失去作用， 兩路輸出同時同PWM比較器后的或門輸出控制，同步地工作，兩路并聯(lián)輸出。兩路 并聯(lián)輸出時，輸出驅(qū)動電流較大。

19、2、手開關(guān)控制電路工作原理圖10.8是MIG焊機(jī)手開關(guān)控制原理圖，它完成手開關(guān)通斷控制，2T、4T轉(zhuǎn)換，電磁閥的通斷控制等功能。圖 10.8手開關(guān)的開通與關(guān)斷狀態(tài)當(dāng)手開關(guān)合上時，UB勺反相輸入端電位變低（V=12/51+5.1+1+1 X（5.1+1+1） =1.45V） 低于4V時，UB輸出高電平（12V）,使得電壓跟隨器UA也輸出高電平。當(dāng)手開關(guān)打開時，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，UB也輸出低電平（零電位）。另外：在手開關(guān)處對電源接有兩個二極管（D1、D2）,是為了防止手開關(guān)抖動而產(chǎn)生 誤導(dǎo)而設(shè)置的。由于焊接工人或其它原因，手開關(guān)產(chǎn)生抖動時，接觸觸

20、點后又馬上斷開， 這時，觸點上便產(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 手開關(guān)抖動而改變輸出狀態(tài)。2T、4T轉(zhuǎn)換控制：由圖中可看出，當(dāng)2T/4T開關(guān)打到2T時，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，使電壓跟隨器UD也輸出零電平。即手開關(guān)合上時，電磁閥控制電路（Q1、R13 C2、Q2等組成）有輸入信號，而手開關(guān)打開時， 無輸入信號，即2T功能。各種學(xué)習(xí)資料，僅供學(xué)習(xí)與交流學(xué)習(xí)資料當(dāng)2T/4T開關(guān)打到4T時，觸發(fā)器正常工作。手開關(guān)合上時，UB俞出狀態(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，手開關(guān)打開，UB的輸出狀態(tài)由高電平（“1”） 轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖剑ā?”），但D觸發(fā)器是在脈沖的上升沿觸發(fā)點，此時 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)手開關(guān)再次按下時，時鐘脈沖由低（“0”），變 高