【正文】 而 A1 點是不穩(wěn)定工作點。 3． “ 電源 一 電弧 ”系統(tǒng)穩(wěn)定工作條件 弧焊電源與電弧構成供電、用電系統(tǒng) ，若要“電源 電弧”系統(tǒng)能夠工作則要求電源外特性曲線與電弧靜特性曲線形成交點，即有系統(tǒng)工作點 。 圖 11 所示就是一條弧焊電源外特性曲線。 3 0 A U f B C If 圖 12 電弧靜特性 0 U Y UY = f（ IY） IY 圖 11 弧焊電源外 特性 第一章 弧焊電源 第一 節(jié) 對弧焊電源的要求 一． 對弧焊電源的 基本要求 常用的焊接電弧電壓約為 20～ 40V，電流在幾十至上千安，而我國的工業(yè)電網采用三相四線制交流供電，頻率為 50Hz，相電壓為 220V，線電壓為 380V。柔性機器人工作站 易于 變更 不同的 焊接產品 ，可適用各種批量的生產線， 是非常受歡迎的一種焊接自動化途徑。 目前， 大量的 微型 計算機 在焊接設備中 得到 應用。 焊接成型 技術 的發(fā)展 有 賴 于 焊接設備 的發(fā)展， 而 電焊機是最 主要的 焊接設備 。 2022年 我國造船 完工總量突破 1400萬載重噸， 為 世界第三造船大國。世界全部斜拉橋排名前 10 位的焊接鋼橋中 ,我國就有 6 座。三峽水電站的電動機定子座和蝸殼的結構也是巨大的，其中電動機定子座直徑為 22m，高 6m，重 832t，是在我國焊接的最大鋼結構機座；蝸殼進水口直徑為 ，總重量 750t，為世界最大、最重的焊接蝸殼。 今天焊接 成型 技術的應用 之所以 如此廣泛 ,是因為焊接結構 具 有一系列的優(yōu)越性 ： 1） 焊接結構不受外形尺寸限制 ,可以方便地拼成尺寸很大的工程結構 ； 2） 與鉚接或螺栓連接相比 ,焊接結構的重量較輕 ,沒有鉚釘或螺釘的附加重量 ； 3） 與鑄造結構相比 ,可方便地制成空心結構或封閉結構 ； 4） 焊接結構的整體性好 ； 5） 焊接結構的密封性好 ,這對壓力容器或真空容器的制造是不可缺少的條件 ； 6） 可根據結構服役及設計的需要 ,在不同的部位采用不同材質或不同級別的材料 ,也可采用不同厚度的材料 ,從而節(jié)省材料 ,發(fā)揮材料的最大效能 。尤其是 鋼鐵材料必須通過各種熱加工 ,如焊接、鍛壓、鑄造、熱處理等工序 ,才能成為有使用價值的產品 。 近年來，我國在大型焊接鋼結構的開發(fā)與應用方面取得了引人矚目的成 就 ，有的已成為世界第一。 高層建筑 鋼結構焊接工程如中央電視臺新臺址大樓、上海環(huán)球金融中心等。 其中涉及到大量的螺旋管焊接和直縫管焊接。 如 “神舟”載人飛船和長征系列運載火箭的燃料箱，都是全焊接的鋁合金結構。正是由于各種控制技術和電子技術的發(fā)展，又賦予了各種焊機以新的生命 力 ，從而大大地改變了其原來面貌。 焊接機器人 可 擺脫對高級熟 練 焊工的依賴，進一步提高焊接質量和勞動生產率，解決某勞動條件十分惡劣或工人根本無法進入的場合（例如高溫 、 放射性、真空等）的焊接問題。 具有代表性的是焊接過程的模糊控制系統(tǒng)、神經網絡控制系統(tǒng)和焊接專家系統(tǒng)。因此，弧焊電源 需具備工藝適應性，即應滿足弧焊工藝對電源的下述要求： 1) 保證引弧容易； 2) 保證電弧穩(wěn)定； 3) 保證焊接規(guī)范穩(wěn)定； 4) 具有足夠寬的焊接規(guī)范調節(jié)范圍。 焊接電弧是一種非線性負載，經實測 電弧的靜特性曲線近似呈 U 形曲線，如圖 12 所示。在 A0’點，則此時 電源電壓高于電弧電壓， 供大于求， 因此焊接電流將增加，而電源電壓將下降，一直恢復到 A0 點為止。如果電弧靜特性工作部分斜率＞ 0，則電源外特性可以是上升的，也可以是平特性。 5． 關于空載電壓和短路電流的要求 弧焊電源外特性曲線除穩(wěn)定工作點外，還有兩個特殊點：即當電流為零時的空 載電壓和當電極與工件短路時的穩(wěn)態(tài)短路電流。 （ 2）弧焊電源穩(wěn)態(tài)短路電流 Iss 當焊條 (或焊絲 )與工件直接接觸時的穩(wěn)態(tài)電流稱為穩(wěn)態(tài)短路電流。然而，實際上用熔化極進行電弧焊時，焊條或焊絲在被加熱形成金屬熔滴進入熔池的過程中，經常會出現短路。 以短路過渡 CO2 焊過程為例，其典型的短路過渡過程的電壓電流波 形如圖 14 所示。 di/dt 過大，將產生嚴重的飛濺。在每一大類中又按其工作原理、結構特征 及關鍵器件的不同細分為若干種型式， 如圖 15 所示。 圖 14 a 中的變壓器是一個常規(guī)的變壓器，它只起降壓作用，陡 降 特性是由與其串聯的電感獲得 的 。在弧焊變壓器中，通常利用鐵心的變化調節(jié)磁阻 Rm 從而改變電感值，改變圖 16 a） 中鐵心的間隙δ可以方便地調節(jié)磁路的磁阻 Rm，達到調節(jié)焊接電流的目的。圖示為 動 鐵心處于兩極限位置時的外特性。 S S2 是雙刀同軸開關，通過此開關可改變 N11 和 N12 抽頭位置，即改變匝數，但要保持一次繞組匝數 N1= N11 + N12不變。 逆變式 焊接 電源 應用了電力電子技術中的逆變技術，在電力電子技術中 將交流電變?yōu)橹绷麟姷淖儞Q稱為整流，而將直流電變?yōu)榻涣麟姷淖儞Q即稱為 逆變 。 圖 110 抽頭式弧焊變壓器結構示意圖 12 2． 逆變 電路 由功率電子開關及中頻變壓器組成的功率轉換電路稱為 逆變 器，是整個電源的核心。 從圖 113 可知， 當一組功率開關管（例如 VT1， VT4）導通時，截止晶 體管 (VT2， VT3)上施加的電壓 為輸入電壓 E，當所有晶體管均截止時， 每 組兩個 開關管共同承受輸入電壓，即 每管 E／ 2。它和全橋式電路相似，只是其中功率開關管只有兩個，另外兩個由電容器 C01 和 C02 取代，其工作原理如下： 兩只晶體管 VT1 、 VT2 輪流通斷， 在 前半周 當 VT1 導通時，電容 C01 將通過 VT1 和中頻變壓器 T1 的一次繞組 N1 放電， 電流方向為由下至上 ， 同時，電容 C02 則通過輸入電源、 VT1和 T1 的一次繞組 N1 充電 ；接著 有一 段 兩只 晶體管都截止的時期 。 半橋式逆變電路 一個極其重要的特點是 自身 具有抗不平衡能力，這是它獲得廣泛應用的一個重要原因。這就是半橋式逆變電路 自身 具有抗不平衡能力的原因。 對其 基本要求是能提供前后沿陡峭、相位差 180176。輸出脈沖經濾波后就可得到連續(xù)的、比較平滑的直流電。若是單端式逆變電路，可將 A、 B 通道并聯起來輸出或只用一個輸出通道的輸出，通過驅動電路來驅動開關晶體管。也就是說，逆變焊接電源比普通焊接電源工作頻率提高了 400～ 600 倍。其控制周期 為 20 ms 或 10ms，而在 20kHz 的逆變焊接電源中控制周期縮短為 50us，這就可以使整機有很高的 調節(jié)速度和 很 快的 動態(tài)響應。 圖 118就是控制方法 的 CO2焊短路過渡電流 、 電壓波形圖。 之后 進人下一個熔滴過渡周期。 四． 數字化弧焊電源 隨著計算機技術、數字化技術的快速發(fā)展，促進了數字化弧焊電源的問世。單片機具有較強的事件處理和管理能力。 該電源的主電路采用逆變電路， 逆變電路的功率元件工作于開關狀態(tài)， 本身具備 數字化特征。 3． 數字化弧焊電源的特點 1)柔性化控制和多功能集成。在模擬控制系統(tǒng)中，信號的處理是通過電子電路進行的；信號處理參數是通過電阻、電容參數的選擇來確定的。由于數字化弧焊電源采用了單片 機和 DSP 等微處理器、微控制器，因此 PC 機與數字化焊機、數字化焊機與機器人以及數字化焊機內部的電源與送絲機、電源與水冷裝置、電源與焊槍之間的通信接口就可以非常方便地交換信息?；『鸽娫吹臄底只刂葡到y(tǒng)包括硬件電路系統(tǒng)和軟件程序系統(tǒng)。以上兩種情況都需通過 焊縫自動跟蹤予以解決。 跟蹤傳感器可按多種方法進行分類，一種常見的分類方法如圖 21 所示。這一距離將帶來附加的跟蹤誤差。其中傳感器與焊炬為剛性連接。限位螺釘和保護彈簧對微動開關和撥桿起保護作用。以下先對電路的各個環(huán)節(jié)分別予以介紹。光電耦合器在計算機控制電路中極為常見。其電平高低由電路所處的工作狀態(tài)所確定。因此，此端可用作脈寬調制和頻率調制。 第三種方式也叫矩形波信號發(fā)生器，應用最為廣泛。1100K100K100K12345678PA1A2++V C CRSTRARBC555 25 由上面分桁可以看出： (1)電路的振蕩頻率 f、占空系數 D 與 VCC 無關，僅與外接元件 RA、 RB 有關，因此振蕩頻率、占空系數不受電源變動的影響。由于步進電動機在結構和運行上的特點，使得它與一般交，直流電動機比較起來，在物理概念、分析方法和運行性能等方面，都不不少特殊性。一般伺服電動機控制系統(tǒng)中，要想在一定的控制信號下轉速不受負載變化等外部干擾的影響，而有一個穩(wěn)定和準確的結果，僅靠伺服電動機本身是無法實現的，通常必須在系統(tǒng)中采用負反饋環(huán)節(jié)，即采用閉環(huán)控制系統(tǒng)才能獲得解決。特別是在負載 的轉動慣量比較大時更應注意到這一點。三相單六拍式通電相序正轉為： A→ AB→ B→ BC→ C→ CA→ A??，反轉與正轉時的 A、 B、 C 通電相序正相反。 J3r、 J3l 分別為雙三拍正、反轉控制端， J6r、 J6l 分別為三相六拍正、反轉控制端。其工作原理為：當控制脈沖 UA＝“ 1”→ Ua＝“ 0”， V1 和 V2 均導通，步進電機繞組 La 接入電源，電流迅速上升。 圖 211 步進電機驅動電路原理 La、 Lb、 Lc 分別為 步進電機 的三相繞組 112233445566D DC CB BA AT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 2022 11 5 S he e t of F i l e : E : \ P r ogr。由于繞組中電流不能突變，它將通過 D2 繼續(xù)流動。但步進電機的轉速過高會產生失步現象，使用時需考慮電機的有關極限參數。 CH250 引腳功能如圖 210 所示。三相反應式步進電動機一般在定子上嵌有三組控制繞組，每組繞組為一相，即 A、 B、 C 三相。所以它特別適用于較高精度的開環(huán)控 制 系統(tǒng)。磁阻式步進電動機也稱反應式步 進電動機，混合式步進電動機也稱永磁感應子式步進電動機。 (3)改變 C 的值可單獨改變振蕩頻率，而不影響占空系效。 U U6 及輸出脈沖 P（ U3）的波形圖見圖 27。 管腳 6—— 閥值電壓端，閥值電平為 32 VCC，當此端電壓大于 32 VCC 時，觸發(fā)器復位，輸出低電平。此端電壓低于 時，不管輸出端 (3 腳）處于何種狀態(tài)，均使之置零。它在微型計算機、電子控制、電子檢測、電子樂器、電子報警，電子定時、信號產生及調制器等方面有廣泛的應用。它是將發(fā)光二極管與光敏三極管兩者集成為一體的元件。探頭可更換為不同外形以適應跟蹤不同坡口形狀的焊縫。 下面分別對傳感器、控制電路、步進電機等進行介紹。 不同的傳感器，其特點、工作原理、應用范圍各不相同。間接式，即不利用電弧本身信號，而利用電弧以外的特征信號的傳感器。隨著焊接自動化技術的發(fā)展，焊縫自動跟蹤顯得越來越重要。同一類型的焊機，功能的改進可以只通過軟件設計來實現，對現今技術更新特別快的時代，可以大 大提高焊機的使用壽命和應用范圍。為該 PC 機申請一個 IP 地址，就可以通過 Inter 網，實現焊接設備運行狀態(tài)的遠程實時監(jiān)控。在數字控制系統(tǒng)中，因為信號的處理或控制算法的實施是通過軟件程序完成 的，所以其穩(wěn)定性好，產品的一致性也容易得到保證。數字控制系統(tǒng)的控制功能是在基本硬件電路的基礎上，通過軟件編程來實現的。在弧焊電源數字控制中，利用傳感器進行電流、電壓信號的采樣，并將電流、電壓反饋信號直接輸入 DSP，通過 DSP內部的 A／ D 轉換器，將電流、電壓反饋的模擬信號轉變?yōu)閿底中盘枺浑娏?、電壓的給定信號以數字量的形式，由控制面板輸入到單片機，經過單片機處理傳送給 DSP； DSP 根據電流、電壓給定值與反饋值，基于一定的數字控制規(guī)則和算法進行運算，產生 PWM 脈沖序列； DSP輸出的 PWM 信號通過驅動電路，控制弧焊電源逆變電路功率開關器件的通斷，得到電源的輸出電壓和電流。 DSP 是一種新型的、結構經過優(yōu)化的數字信號處理器，數據處理能力較強。 1． 數字化弧焊電源的概念 數字化就是按照一定的規(guī)則，把連續(xù)變的模擬量，變化成離散的、 用 0/1 編碼的 數字量。 STT 技術與以往的 CO2 焊接技術的區(qū)別在于 :它能根據短路小橋和縮頸小橋的狀態(tài)改變電流 ,精確供給電弧能量 ,而通常的 CO2 焊接的電弧狀態(tài)和能量供給沒有很好地對應 ,電弧能量供給并不精確 ,從而產生了大量飛濺。當電弧在較大電流下燃燒一定時間后， 逐漸 將焊接電流減小，降低焊絲的熔化速度，避免由于焊絲端部的熔化金屬太多而產生飛濺。 而 逆變弧焊電源 具有快速的動態(tài) 響應 ， 通過對該種電源的動態(tài)特性 （ 如瞬時電流上升速率及波形等 ）的預先設定，能有效地改善各種電弧焊物理現象。 當 U 一定 ， 硬磁材料確定后， B 也一定。 現有集成電路脈寬調制控制器 已比較成熟 ，除具