惰性气体保护熔化极电弧焊电弧再引燃控制系统 【技术领域】
本发明属于电焊机技术领域，特别涉及一种惰性气体保护熔化极电弧焊电弧再引燃时对电弧可靠再引燃的控制技术。
背景技术
目前应用的惰性气体保护熔化极电弧焊，焊接电弧是直流电弧，短路爆断引燃焊接电弧之后，直流电弧无再引燃过程，所以无需焊接电弧再引燃控制系统。
《焊接学报》1996年第3期上撰文“双凹波形脉冲氩弧焊的焊接电源”，该文提出双凹波形脉冲电流控制方案，在惰性气体保护熔化极电弧焊电弧电流变换方向的前后一小段时间区间内，提高弧焊电源输出电压，并且控制弧焊电源输出大电流值；在其余时间区段内，焊接电弧电流值随焊丝直径及送丝速度变化而变化。这种控制方案是以大电流的模式解决了惰性气体保护熔化极电弧焊电弧电流变换方向时电弧的再引燃问题。这种焊接工艺解决的主要问题是利用交流电弧克服直流焊接电弧磁偏吹的问题，为此，这种控制方案是可行的。但是存在的问题是，小电流焊接时电弧不稳定。
最新研究开发的惰性气体保护熔化极电弧焊焊接工艺，其主要目的是更好地控制焊缝熔深及焊丝熔化速度、提高焊接质量及焊接效率，这种焊接电弧可以是直流电弧与交流电弧复合控制的模式，或者是交流电弧控制模式。在这种焊接工艺的控制模式下，焊接电弧电流在变换方向的瞬时，电弧电流必须控制在较低的数值区间，这样需要电弧再引燃控制系统，保证在焊接电弧电流变换方向的瞬时可靠实现焊接电弧再引燃。
【发明内容】
本发明配合最新研究开发的惰性气体保护熔化极电弧焊焊接工艺，提供一种惰性气体保护熔化极电弧焊电弧再引燃控制系统，实现惰性气体保护熔化极电弧焊在电弧电流变换方向的瞬时可靠再引燃。
本发明控制系统包括逆变弧焊电源IAWPS、绝缘栅双极晶体管IGBT、直流电源DCPS1～DCPS2、驱动电路Dr1～Dr4、反相器Not1～Not3、单稳态电路CD4098、与门And1～And2、4输入与非门FAND等。逆变弧焊电源IAWPS、直流电源DCPS1及直流电源DCPS2的电源连线A、B、C连接电网三相电。驱动电路Dr1～Dr4的连线包括第一线(1’)、第二线(2’)、第三线(3’)、第四线(4’)、第五线(5’)和第六线(6’)共六线，第四线、第五线、第六线连接绝缘栅双极晶体管IGBT，第一线分别接入第一控制信号D1、第二控制信号D2、第三控制信号D3、第四控制信号D4，第二线分别与公共端Vs连接，第三线分别接入第一故障信号F1、第二故障信号F2、第三故障信号F3、第四故障信号F4。第一控制信号D1与反相器Not2的输出端连接，第二控制信号D2与反相器Not3的输出端连接，第三控制信号D3与与门And1的输出端连接、第四控制信号D4与与门And2的输出端连接。总控制信号D和总故障信号F分别与惰性气体保护熔化极电弧焊控制系统连接。其中驱动电路和单稳态电路都为通用典型电路，故不详细介绍。
采用本发明的惰性气体保护熔化极电弧焊电弧再引燃控制系统，能够实现惰性气体保护熔化极电弧焊电弧电流转变方向的同时可靠实现电弧再引燃，同时能够对4只绝缘栅双极晶体管IGBT进行故障检测，进而可以采取保护措施保护系统运行的可靠性。
【附图说明】
图1为本发明控制系统结构原理框图；
图2为驱动电路1及驱动电路2的电路图；
图3为驱动电路3及驱动电路4的电路图；
图4为控制信号电路图；
图5为故障信号电路图；
图6为本发明控制系统控制信号时序图；
其中IAWPS逆变弧焊电源，DCPS1直流电源1，DCPS2直流电源2，Dr1～Dr4驱动电路1～4，Wire焊丝，Arc惰性气体保护熔化极电弧焊地电弧，Not1反相器1，Not2反相器2，Not3反相器3，CD4098单稳态电路，And1与门1，And2与门2，FAND四输入与非门。
【具体实施方式】
如图1-5所示，本发明控制系统包括逆变弧焊电源IAWPS，绝缘栅双极晶体管IGBT1～IGBT4，直流电源DCPS1，直流电源DCPS2，驱动电路Dr1～Dr4，反相器Not1～Not3，单稳态电路CD4098，与门And1，与门And2，4输入与非门FAND，控制信号包括总控制信号D、第一控制信号D1～第四控制信号D4，Vs是其公共端，故障信号包括总故障信号F、第一故障信号F1～第四故障信号F4。总控制信号D来自惰性气体保护熔化极电弧焊控制系统，总故障信号F输出到惰性气体保护熔化极电弧焊控制系统。
结合图6所示本发明控制系统控制信号D、D1～D4的时序，详细叙述本发明的控制过程。图6中时序图0时刻，D及D1由低电平变为高电平，D1经驱动电路Dr1去驱动IGBT1使其导通，逆变弧焊电源IAWPS的输出正端经节点1、IGBT1、节点5即焊丝端、惰性气体保护熔化极电弧焊电弧Arc空间、节点3即焊接工件端、逆变弧焊电源输出0端形成回路，逆变弧焊电源IAWPS的输出电压加到惰性气体保护熔化极电弧焊的电弧Arc空间两端，焊丝端为正、焊接工件端为负，具备再引燃焊接电弧的条件。同时D3由低电平变为高电平并且维持50～200us时间区间，即时刻0至时刻1，D3经驱动电路Dr3去驱动IGBT3，直流电源DCPS1输出正端经节点1、IGBT1、节点5即焊丝端、惰性气体保护熔化极电弧焊电弧Arc空间、节点3即焊接工件端、IGBT3、节点9、直流电源DCPS1输出负端形成回路，直流电源DCPS1的输出高电压，其电压值为200～480V，电流值为3～8A，作用到焊接电弧Arc空间两端，焊丝端正、焊接工件端负，与逆变弧焊电源IAWPS输出经控制电路加到焊接电弧Arc空间两端的电压极性相同，高电压击穿焊接电弧空间促使焊接电弧再引燃。焊接电弧再引燃之后，在D1高电平时间区间，即时刻0至时刻2，焊接电弧电流是由焊丝流向工件，焊接电弧能够连续燃烧。以上所述就是惰性气体保护熔化极电弧焊电弧电流由焊接工件流向焊丝的流向转变为由焊丝流向焊接工件的流向的瞬时控制焊接电弧再引燃的过程。在时刻0至时刻2时间区间，D2、D4均为低电平，经驱动电路Dr2及驱动电路Dr4，IGBT2及IGBT4均处于关断状态。
在时序图时刻2，D由高电平变换为低电平，D2由低电平变为高电平，D2经驱动电路Dr2去驱动IGBT2使其导通，逆变弧焊电源IAWPS输出0端经节点3即焊接工件端、焊接电弧Arc空间、节点5即焊丝端、IGBT2、节点2、逆变弧焊电源IAWPS输出负端形成回路，逆变弧焊电源IAWPS的输出电压加到焊接电弧空间两端，焊接工件端正、焊丝端负，具备再引燃焊接电弧的条件。同时D4由低电平变为高电平并且维持50～200us时间区间，即时刻2至时刻3，D4经驱动电路Dr4去驱动IGBT4，直流电源DCPS2输出正端经节点7、IGBT4、节点3即焊接工件端、惰性气体保护熔化极电弧焊电弧Arc空间、节点5即焊丝端、IGBT2、节点2、直流电源DCPS2的输出负端形成回路，直流电源DCPS2的输出高电压，其电压值为200～480V，电流值为3～8A，作用到焊接电弧Arc空间两端，焊接工件端正、焊丝端负，与逆变弧焊电源IAWPS的输出经控制电路加到电弧Arc空间两端的电压极性相同，高电压击穿焊接电弧Arc空间促使焊接电弧再引燃。电弧Arc再引燃之后，在D2高电平时间区间，即时刻2至时刻4，焊接电弧电流是由焊接工件流向焊丝，焊接电弧能够连续燃烧。以上所述就是惰性气体保护熔化极电弧焊电弧电流由焊丝流向工件的流向转变为由工件流向焊丝的流向的瞬时控制焊接电弧Arc再引燃的过程。在时刻2至时刻4时间区间，D1、D3均为低电平，经驱动电路I及驱动电路3，IGBT1及IGBT3均处于关断状态。
在惰性气体保护熔化极电弧焊电弧再引燃控制系统工作过程中，若IGBT1出现故障则故障信号F1变换为低电平，IGBT2出现故障引起F2变换为低电平，IGBT3出现故障引起F3变换为低电平，IGBT4出现故障引起F4变换为低电平，F1～F4其中之一变换为低电平将导致F变换为高电平，提供故障信号。F信号传给惰性气体保护熔化极电弧焊控制系统可以进行故障处理。
以上所述就是惰性气体保护熔化极电弧焊电弧再引燃控制系统控制惰性气体保护熔化极电弧焊电弧电流转变方向的同时促使焊接电弧再引燃的控制过程。