【原创干货】等离子弧焊电源知识

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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QYS,QYX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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