第九章

氬弧焊機工作原理

一、什么是氬弧焊

氬弧焊即鎢極惰性氣體保護弧焊，指用工業鎢或活性鎢作不熔化電極，惰性氣體（氬氣）作保護的焊接方法，簡稱TIG。

二、氬弧焊的起弧方式

氬弧焊的起弧采用高壓擊穿的起弧方式，先在電極針（鎢針）與工件間加以高頻高壓，擊穿氬氣，使之導電，然后供給持續的電流，保證電弧穩定。

三、氬弧焊的一般要求

（一）對氣體的控制要求：要求氣體先來后走，氬氣是較易被擊穿的惰性氣體，先在工件與電極針間充滿氬氣，有利于起??；焊接完成后，保持送氣，有助于防止工件迅速冷卻防止氧化，保證了良好的焊接效果。

（二）電流的手開關控制要求：要求按下手開關時，電流較氣延遲，手開關斷開（焊接結束后），根據要求延時供氣電流先斷。

（三）高壓的產生與控制要求：氬弧焊機采用高壓起弧的方式，則要求起弧時有高壓，起弧后高壓消失。

（四）干擾的防護要求：氬弧焊的起弧高壓中伴有高頻，其對整機電路產生嚴重的干擾，要求電路有很好的防干擾能力。

四、氬弧焊機與手弧焊機的工作電路的差別

氬焊機與手弧焊機在主回路、輔助電源、驅動電路、保護電路等方面都是相似的。但它在后者的基礎上增加了幾項控制：1、手開關控制；2、高頻高壓控制；3、增壓起弧控制。另外在輸出回路上，氬弧焊機采用負極輸出方式，輸出負極接電極針，而正極接工件。

五、氬弧焊機的工作原理

氬弧焊機在主回路、輔助電源、驅動電路、保護電路等方面的工作原理是與手弧焊機是相同的。在此不再多敘述，而著重介紹氬弧焊機所特有的控制功能及起弧電路功能。

（一）手開關控制

手開關原理圖如圖9.1

圖9.1

氬弧焊機要求氬氣先來后走，而電流則后來先走（相對氣而言），這此都是通過手開關控制實現的。

由圖知：當焊機主開關合上后，輔助電源工作，給控制電路提供了24V的直流電。手開關未合上時，24V直流電通過電阻R5使Q2導通，CW3525芯片的8腳經過T形濾波器（L5、C5組成，抗干擾用）對地短路，此時，CW3525處于封波狀態，電路無輸出；手開關合上時，24V直流電通過電阻R4、R8使Q1導通，Q2基極被拉低而關斷，24V直流電通過電阻R6、R7使Q3導通繼電器J3A吸合，使控制氣體供給的電磁閥工作，給焊接供氣。而8腳電位由于緩起動電阻，電容的作用緩慢增長，經過一定時間，CW3525開始工作，電路開始輸出功率。這樣，電流就較氣延時供給延時時間由緩起動動阻、容值決定）。

電磁閥為氣體供給控制器件，當繼電器J3A合上，電磁閥中的電感線圈獲得電流，產生磁能，把鐵塊吸離氣管管口，氣體通過電磁閥供給焊接。

手開關控制電路中，電感線圈L1~L4及C1、C2起到防止干擾而使手開關誤導通的作用。

1、手開關合上時，由于Q3導通繼電器J3A吸合，電磁閥打開供氣。輔助電源向電容C17充電。而由于熱敏電阻RT4、RT5的限流，使得手開關不到于因電流過大而損壞；

2、焊接結束，手開關斷開后，Q2導通，CW3525的8腳電位被拉低，電路停止輸出，而C17上仍充有電能，它通過R6、R7放電供給Q3導通，保持電磁閥導通延時供氣。實現了焊接對電流、氣體的控制要求。

（二）高頻、高壓電流的產生與控制

（1）

產生：氬弧焊機的起弧需要高壓，為了能在手弧焊機的基礎上產生高壓并送到輸出回路，采用了如圖9.2的電路。

圖9.2

（2）

工作原理：

1）

升壓變壓器；圖中變壓器為24：70，將307電壓升高約3倍。

2）

采用4倍壓整流電路；如圖（C11~C14、D11~D14）來產生高壓：①當升壓變壓器（T1）初級流過一正脈沖電流時（電壓值為U），N2產生一上正下負（正向）的感應電動勢，并給電容C14充電，使電容C14的端電壓也為U，（方向如圖）；且由于線圈續流和D14的作用，在主變中無電流流過時，C14也不能放電；②升壓變壓器流過一等值的負脈沖電流時，在N2上產生一上負下正的感應電動勢（值為U），給C11充電，使得C11上的壓降VC11=VC14+U感應

=2V，方向如圖；③升壓變壓器T1再流過一正脈沖電流時，N2上又產生上正下負的感應電動勢，這時，電容C13充電，端電壓VC13=VC11+U感應-VC14=2V，方向如圖；④升壓變壓器的電流方向再次改變，使得N2上的感應電動勢方向為上負下正，這時，電容C12得到電能，且VC12=VC13+VC14-VC11=2V，方向如圖，這樣，在A、B間便形成了4U的壓降。

（3）

高頻振蕩發生器：（由L3（N3）、C5、放電嘴組成）

①A、B兩點的壓降達到4V（V為逆變器輸出電壓，約1KV），給電容C15充電；

②放電嘴因高壓擊穿放電，此時，相當于短路L3、C15；

③L3、C15產生高頻振蕩，f=L/2π√LC

④由于輸出能量的不斷補充，使得每隔一定時間，L3、C15便產生高頻振蕩電流，并通過T4次級輸出到輸出。由于T4上要通過高頻高壓的電流，其技術參數要求嚴格，它的質量是起弧難易，焊接效果的決定性因素。

（三）控制

輸出回路中有高頻高壓電流后，保證了起弧，可如果防護不當，高頻高壓電流便會反向擊穿二次整流中的整流管，甚至損壞主變T1初級線圈所聯接的電路，而且，高頻高壓只是在起弧時使用，起弧后，便不再需要，所以，需適時斷開高頻高壓發生器，其控制電路如圖9.3所示

圖9.3

①防干擾控制：在輸出端的正負極間接有壓敏電阻與電容，其對于高頻高壓電流來說明相當于短路同時，正負端都接有抗高頻的電感線圈，這樣，就控制了高頻高壓電流反竄到二次整流的電路中，只在輸出端形成回路。同時，接在正極與機殼間的電阻（壓敏）和電容也能有效地防止高頻電流及其它干擾。

②高頻高壓電流的產生與關斷控制：高頻高壓電流的產生與關斷都由繼電器J控制，手開關全上時，把S2合上，這時，電路工作，輸出約56伏的直流電壓，它使繼電器動作，吸合JA，使高頻高壓電路工作，產生高頻高壓電流輸出，引起電弧，電弧一引起，輸出回路便出現大電流，流經電抗器（電感線圈）；由于電感的續流作用，能使電抗器正端（圖中A點）電壓降到很低的電位（甚至為負值），這時，繼電器被可靠地斷開，高頻高壓發生器停止工作，完成了對高頻高壓電流的控制。

（四）增壓起弧控制

為了保護輕易起弧，提供焊接質量，氬弧焊機還在輸出端增設了一個增壓起弧的裝置，其利用高頻高壓發生器的變壓器的另一組次邊作為增壓變壓器，使得高頻高壓發生器工作時，也同時抬高了輸出端的電壓，保證起弧，起弧后，增壓裝置也隨著高頻高壓電流發生器一起被斷開。其原理圖如圖9.2