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等离子弧焊电源知识

日期:2019-3-23 17:02:13

【原创干货】等离子弧焊电源知识

导语:等离子 焊机电源发生器采用原装进口核心部件,国际行 业等离子焊接电源制造标准,等离子焊机首选多木,行业领军品牌。弧柱拉高20mm依然不发散、挺直有力。拒绝使 用氩弧电源拼接,以次从好,维护行业标准,从你我开始。


工作原理

等离子 弧焊与氩弧焊的区别及焊接电源的选择

等离子 弧焊与氩弧焊的相同点是都利用氩气进行保护,并将氩 气电离形成电弧进行焊接,但他们 又有很大的不同,最大的 不同就是电弧的形态不同和电弧的能量密度,如下图:

由图可见:氩弧是 利用钨针与工件直接起弧进行焊接,这样的 电弧呈现三角形,电弧较短,如果人为的拉长,会导致 电弧的分散或者断弧,所以焊接时,钨针离工件较近,电压较低,操作不 好熔池容易粘钨针。

氩弧焊的计算公式:

伏安特性公式:U=10+0.04*I

电弧功率P=U*I

等离子 弧是先在钨针和喷嘴之间引燃一个维持电弧,简称维弧,并将这 个电弧通过喷嘴喷出,在电弧 高温下产生的等离子体通过喷嘴,喷出一段距离,焊接时 在钨针与工件之间,加一个主弧电流,由于喷 出的气体已经处于等离子化的导电状态,这时只 要施加一个合适的电压(无需高频引弧)就会在 钨针与工件之间形成一个电弧,而这个 电弧也会被喷嘴压缩(电弧压缩包括:机械压缩、电磁压缩、水冷壁压缩),根据喷 嘴的不同形成一个不同粗细的细长的弧柱,这个弧 柱的电流特性和氩弧有明显的不同,计算公式如下:

伏安特性公式:U=25+0.04*I

主电弧功率P=U*I

维弧功率Pw=Uw*Iw

根据以上的原理,在相同的焊接电流下,等离子 弧焊与氩弧焊形成了不同的特点:

1. 首先电弧形态: 氩弧电弧较短,等离子弧较细长。

2. 电弧温度:氩弧较低,等离子弧由于被压缩,导致电弧温度升高。

3. 焊接功耗:等离子 弧高弧压焊接时,功耗显著高于氩弧焊。

4. 焊接速度:由于等 离子电弧温度高,焊接速 度明显快于氩弧焊。

5. 焊接熔深:等离子弧明显加深,所以在 厚板时采用大功率等离子弧焊接更有优势。

6. 薄板焊接:由于等 离子弧指向性好,电弧集中,没有引弧冲击,在焊接 薄板时也很优秀,可以进 行微电流的焊接。

与常规 的氩弧焊以及手弧焊相比等离子对焊接电源电压要求较高。

根据上面的公式:(以200A的焊接电流为例)

等离子主弧的电压U=25+0.04I=25+0.04*200=33V

氩弧的电弧电压U=10+0.04*I =10+0.04*200=18V

焊接电弧功率:

等离子主电弧功率P=U*I=33*200=6600W

氩弧的电弧功率:P=U*I=18*200=3600W

如果此 时的电源效率为85%那么等 离子主电弧电源的输入功率:Pr=P/85%=6600/85%=7765W

氩弧的输入功率:Pr=P/85%=3600/85%=4235W

由上述 的理论计算可以看出,等离子 的弧压远高于氩弧焊的弧压,200A焊接电 流时等离子弧压为33V,而氩焊只有18V,而弧压 的数值直接关系到电弧可拉长距离的大小和电弧的扩散角,弧压低 时拉长电弧就会出现电弧维持不住断弧的现象,等离子 焊接的工作特点是适合长距离工作,因此必 须有高的弧压支持,同时等 离子对电弧的扩散角要求很高,扩散角 小电弧的弧柱集中,电弧挺度高,焊道窄,决定电 弧扩散角的决定因素就是电弧的弧压和焊枪的压缩,优秀的 等离子电源当电弧拉长到4cm时,电弧的扩散角不大于5度。

由等离 子和氩焊的电源输入功率可以看出,同等焊 接电流的等离子的电源输入功率要明显高于氩弧焊,这是因为,只有足 够的功率输入才能保证在标准的焊接电压下(焊接电流200A电弧电压33V时,即电弧拉长约3cm-4cm时)等离子 仍能维持稳定的200A电流输出。

如电源 的输入功率不够,未达到 等离子的焊接电压时,焊接电 流就会出现急剧衰减或者断弧的现象。

因此从电源功率上讲,不能用 普通的氩弧电源替代专业的等离子电源,如果一定要使用,也要降低功率使用,也就是 说采用更大的氩弧电源来替代,比如一台400A的氩弧电源,用到等离子上,如果连续使用,只能使用到250A,这还要保证电网稳定,如果电 网电源电压稍低将导致焊接电流的不稳。

等离子特点标准:

1、高度集成:集主弧电源、维弧电源、送粉控制系统、大功率 制冷系统几大板块于一体。

2、数字处理器控制:采用DSP处理器,高速处理,精准输出。

3、程序化控制,工作协调性高:程序化 管理确保复杂多样的焊接程序一机实现,满足不 同产品不同的焊接工艺要求,如电流升降、时间的延迟,送粉的提前与滞后 ,各部的联动等。

4、大功率制冷:本机配备2P的制冷系统,可满足 高温环境下的连续长时间工装,2013上海夏 季的连续高温为本机提供了理想的考验环境。

5、大功率输出:本机最高可连续输出300A电流,可满足 大多数的焊接要求,(很多机型标称300A/400A等但实 际输出严重不足,也不能连续工作,同时焊 枪也承受不了大电流的连续工作)。

6、抗高频干扰能力强。

7、存储功能,可随机存储多达90组的焊接数据,存储方便,调用灵活


多木艰辛、漫长的研发历程

从项目 的设立到产品推向市场,经历的 历程可谓艰辛坎坷,期间经历的困难、坎坷从 研发人员庆功时流下的泪水中,有着深深的诠释。科学的道路没有坦途,任何微 小的成就都是用辛勤与汗水浇灌出来的。从一开 始的产品定型就遇到了很大的压力,当时公 司的产品主要是小功率的产品,而市场 的需求主要以大功率为主流,销售一 线要求急于推出产品的压力很大,在这种 情况下是快速推出大众型的普通产品满足销售的需求,满足公司业绩的需求,还是坚 持走有公司特色,研发有更高品质的,更高性能的产品,再推向市场。成为公 司各方争论的焦点,最终公 司还是选择了放弃一部分眼前利益,着眼长远,着眼于科技的决定。现在回 首公司的决定是正确的。

具体的研发途中,摆在研 发人员面前的困难更是一个接一个:

首先:是焊机 的持续负载能力问题,本机要 求在高温下连续工作,尽管市 场上的电源比较成熟,但我们采购了市场上的400500甚至600A的逆变焊机来作为电源,但这些 焊机的负载能力严重不足,基本达 不到标称的电流,而且在高温下,500A的焊机连300A的连续输出都达不到,焊机部件温升超标,严重影响使用寿命,为此我 们只能独立开发自己的电源,我们最 初也试用了其他厂家的PWM设计,也试用 了传统的移相软开关电路,但效果不理想,我们很 快放弃了最初的设计转而寻求更优的方案,经过多 次的实验与失败我们终于形成了现在的技术:前置脉宽调制(PWM)移相跟随控制技术,解决了 电源的损耗问题,并使他 的指标超过了经典的移相技术,并且细 化了电力电子变换的理论。

其次,焊机的调节范围问题,现在的普通焊机产 品的标称电流在10%--100%间变化如:300A的焊机在20--300A,但这满 足不了我们的要求,而且电 流一般都不达标,。在30A以下就会变的不稳定,最大电流也达不到300A有的甚至还不到200A,我们力 争做到在各种环境下都能达到我们标定的电流范围,但这并不容易,好在我 们拥有了前置脉宽调制(PWM)移相跟随控制技术,这为我 们解决这一技术问题提供了可能。通过对 这一技术的挖潜,改造,我们达 到了我们的预期。

第三,产品的控制问题,虽然一 体化的产品在抗干扰上具有天然的优势,但产品 的优化设计却非常复杂,在产品 的控制采样过程中,尤其是 电源起弧时的干扰非常强烈,在如何 使它更稳定的工作是一个难题,为此,我们采 用了很多技术手段,三位装配,数字建模,反复推演干扰的线路,来源。如何有效的屏蔽等等,这些不 但要程序硬件间的磨合,还要公 司各方面技术人员的密切配合,虽然付 出了巨大的代价,投入数 以百万计的资金和数不清的加班。但我们 形成了自己的产品。

现如今,产品已正式推向市场,并且我 们确信我们的产品是非常优秀的设计,经部分客户使用,效果也相当理想,今后我 们多木人还会在这条科技的道路上坚定的走下去,让我们 的产品走向世界,让世界 感受这具有中国特色、中国实力的产品。进步不会停止,我们还在努力!

前置脉 宽调制移相跟随控制技术说明

脉冲宽 度调制技术简称PWM,是一种模拟控制方式,其根据 相应载荷的变化来调制晶体管基极或栅极的脉冲占空比,来实现晶体管或MOS管导通时间的改变,从而实 现开关稳压电源输出的改变。这种方 式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定,是利用的数字 信号对进行控制的一种非常有效的技术。

以其控制简单,灵活和 动态响应好的优点而成为最广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点。由于当 今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限,结合思想或 实现无谐振波开关技术将会成为PWM控制技 术发展的主要方向之一。

但是 因为模拟焊机的PWM最小脉宽是一定的,再小就不稳定了,导致在精密焊接时,小电流根本下不来。我们只 好对原来的设计进行提升,经过多 次的实验甚至是多次的绝望,寻找着 技术缝隙中的一丝可能。幸运的 是我们最终找到了解决办法,拥有了 属于我们的自主技术,我们把 他叫做前置脉宽调制(PWM)移相跟随控制技术,技术极其复杂,分四个 控制阶段控制逆变电路的脉宽:

第一阶段,PWM前置:与硬开 关相比在脉宽最大时移动臂上的QYSQYX控制波 形就进行预前移动5%,固定臂不变

第二阶段,PWM准移相工作:移动臂脉宽单臂变化,在脉宽调节时,A变小在 0--40%就可以达到预期范围。

第三阶段,小电流 转入谐振跟随控制: 移动臂脉宽A小到20%以下时,固定臂脉宽跟随减小

第四阶段,更小电 流转入谐振半桥控制:在空载,或小电 流电压输出时移动臂上的QYSQYX控制波形脉宽A=0固定臂 的脉宽开始进行PWM调节.

这是一种绝对的创新,甚至我 们的工程师认为这就是电力电子变换技术的顶峰,使用这 种技术可以把一台巨大的焊机(如500A)的最小电流调节到1-2A进行焊接,并保持相当的稳定性,你可以使用V03进行精密补焊接,而且它是软开关的

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