強(qiáng)磁場(chǎng)碳鋼專用弧焊電源的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種強(qiáng)磁場(chǎng)碳鋼專用弧焊電源，包括三相四線制電源和三相空氣開關(guān)，還包括變頻器，所述變頻器的輸入端與所述三相空氣開關(guān)的輸出端相連接，所述變頻器的輸出端與交流弧焊機(jī)相連接。該強(qiáng)磁場(chǎng)碳鋼專用弧焊電源，將變頻技術(shù)與弧焊變壓器有機(jī)的結(jié)合在一起。電網(wǎng)工頻電經(jīng)過(guò)變頻器變頻后再輸入到交流弧焊機(jī)的弧焊變壓器，使弧焊變壓器輸出頻率在50～400Hz之間可以進(jìn)行無(wú)極調(diào)節(jié)，輸出電流可以在60～350A調(diào)節(jié)，可滿足手工電弧焊的焊接要求，與普通工頻弧焊變壓器相比，電弧穩(wěn)定、指向性好、飛濺少、熔深增加，能較好地保證強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下焊接接頭質(zhì)量，從根本上解決強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下由于磁偏吹造成的焊接困難的難題。
【專利說(shuō)明】強(qiáng)磁場(chǎng)碳鋼專用弧焊電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種鋁電解行業(yè)的金屬焊接技術(shù)，尤其涉及一種強(qiáng)磁場(chǎng)碳鋼專用弧焊電源。
【背景技術(shù)】
[0002]電解鋁生產(chǎn)中，電解槽中電流高達(dá)200?350KA，如此大的直流電使電解槽及其周圍形成強(qiáng)磁場(chǎng)，在這樣高的磁場(chǎng)下對(duì)電解槽進(jìn)行焊接維修時(shí)，強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)帶電導(dǎo)體及焊接電弧、金屬熔滴和焊接熔池產(chǎn)生較大的電磁力，造成焊接過(guò)程中飛濺大，熔深淺，難以形成完整的焊接熔池，焊縫不易成形，焊接質(zhì)量難以保證等焊接缺陷。
[0003]根據(jù)文獻(xiàn)介紹鋁電解槽內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)150GS，槽外磁場(chǎng)強(qiáng)度更高。另一方面，電解鋁生產(chǎn)受技術(shù)條件制約，在檢修一臺(tái)電解槽，使其停止或啟動(dòng)時(shí)，必須對(duì)同系列的電解槽全部停電，這個(gè)短時(shí)停電過(guò)程不僅造成能耗的大幅增加，而且大負(fù)荷的波動(dòng)對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備和電網(wǎng)帶來(lái)較嚴(yán)重的危害。因此，不停電檢修技術(shù)成為困擾世界電解鋁工業(yè)多年的重大技術(shù)難題，美、法、德等國(guó)的電解鋁生產(chǎn)廠家都長(zhǎng)期致力于這方面的研究。
[0004]焊接電弧是在一定的電場(chǎng)作用下，將電弧空間的氣體介質(zhì)電離，使中性分子或原子電離為帶正電荷的正離子和帶負(fù)電荷的電子(或負(fù)離子)，這兩種帶電質(zhì)點(diǎn)分別向著電場(chǎng)的兩極方向運(yùn)動(dòng)，使局部氣體空間導(dǎo)電，而形成電弧(如圖2所示)。
[0005]焊接過(guò)程中，在各種電弧力的作用下，焊接電弧呈圓錐狀，但是在外界磁場(chǎng)的作用下電弧形態(tài)發(fā)生了明顯變化，即導(dǎo)致了電弧磁偏吹現(xiàn)象(如圖3所示)，引起電弧強(qiáng)烈的擺動(dòng)，使焊接過(guò)程變的困難，還會(huì)使焊縫產(chǎn)生氣孔、未焊透和焊偏等缺陷，影響了焊縫成形和焊接質(zhì)量。
[0006]主要有以下幾個(gè)方面:
[0007]1.磁場(chǎng)屏蔽手段:磁場(chǎng)屏蔽總有些漏磁的，為了達(dá)到更好的屏蔽效果，可采用多層屏蔽，把漏進(jìn)空腔里的殘余磁通量一次次地屏蔽掉，所以效果良好的磁屏蔽一般都比較笨重，不利于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。
[0008]2.采取分流技術(shù):該方法適合于電流分布較為簡(jiǎn)單的環(huán)境。
[0009]3.適當(dāng)調(diào)節(jié)焊接規(guī)范:強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)帶電導(dǎo)體(電弧弧長(zhǎng)部分金屬)、金屬熔滴和焊接熔池產(chǎn)生巨大的電磁力，造成焊接過(guò)程中飛濺大，熔深淺，難以形成完整的焊接熔池，焊縫不易成形，焊接質(zhì)量難以保證等焊接缺陷。在磁場(chǎng)強(qiáng)度不大的情況下，適當(dāng)調(diào)節(jié)焊機(jī)的焊接規(guī)范，使焊接質(zhì)量可以提高，或采用工頻交流焊接代替直流焊接，可控制了磁偏吹，但在磁場(chǎng)強(qiáng)度大于20GS以上時(shí)該方法幾乎不起作用了。
[0010]近幾年，在該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)主要有以下幾項(xiàng)研究成果:2006年由河南中孚實(shí)業(yè)股份有限公司和華中科技大學(xué)、鄭州中孚塞爾科技有限公司等單位共同合作，采用分流技術(shù)對(duì)320KVA鋁電解槽大修不停電檢修項(xiàng)目取得重大突破；該方法可以完成碳鋼的焊接，但工藝復(fù)雜，要對(duì)電解槽母線的電流方向和周圍環(huán)境的磁場(chǎng)強(qiáng)度及方向有一定的了解情況下才能進(jìn)行。2007年美國(guó)艾力高公司(ERICO)及北京菱泰機(jī)電技術(shù)有限公司技術(shù)專家中鋁青海分公司，就強(qiáng)磁場(chǎng)下放熱焊接鋼棒技術(shù)進(jìn)行交流，在ISOkA電解槽上進(jìn)行的強(qiáng)磁場(chǎng)下放熱焊接試驗(yàn)取得成功；該方法也可以完成碳鋼的焊接，但工裝較復(fù)雜，對(duì)一些空間位置受限制的環(huán)境較難實(shí)施焊接。
[0011]該技術(shù)以焊接電弧機(jī)理為基礎(chǔ)，通過(guò)改變電弧頻率使焊接電弧擺動(dòng)頻率增加、擺幅降低，從而使焊接電弧指向性好，挺度增強(qiáng)，使電弧更加穩(wěn)定，增加熔深，能較好地保證焊接質(zhì)量。強(qiáng)磁場(chǎng)碳鋼專用弧焊電源研制，為強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下的焊接問(wèn)題提供新的思路及方法，從根本上解決強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下焊接困難的技術(shù)難題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0012]本實(shí)用新型的目的在于提供一種可以在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下進(jìn)行焊接的強(qiáng)磁場(chǎng)碳鋼專用弧焊電源。
[0013]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是:
[0014]一種強(qiáng)磁場(chǎng)碳鋼專用弧焊電源，包括三相四線制電源和三相空氣開關(guān)，還包括變頻器，所述變頻器的輸入端與所述三相空氣開關(guān)的輸出端相連接，所述變頻器的輸出端與交流弧焊機(jī)相連接。
[0015]所述變頻器的變頻器第一直流電壓輸出端與可調(diào)節(jié)電阻器的一端相連接，變頻器第二直流電壓輸出端和變頻器第二模擬信號(hào)輸入端分別與所述可調(diào)節(jié)電阻器的另一端相連接；變頻器第一模擬信號(hào)輸入端與所述可調(diào)節(jié)電阻的滑動(dòng)端相連接；變頻器數(shù)字輸入端與繼電器第二常開開關(guān)的一端相連接，繼電器第二常開開關(guān)的另一端與變頻器隔離輸出端相連接；變頻器第一模擬信號(hào)輸出端、變頻器第二模擬信號(hào)輸出端分別與頻率表的信號(hào)輸入端相連接。
[0016]所述三相四線制電源包括第一火線、第二火線、第三火線和中性線，所述第一火線與第二火線之間連接有電壓表，所述第三火線上連接有電流表。
[0017]還包括單相空氣開關(guān)，單相空氣開關(guān)的輸入端與所述三相四線制電源的第三火線相連接，單相空氣開關(guān)的輸出端與所述頻率表的一端相連接，頻率表的另一端與中性線相連接。
[0018]所述單相空氣開關(guān)與所述三相四線制電源的中性線之間設(shè)有串聯(lián)的啟動(dòng)開關(guān)、停止開關(guān)和繼電器。
[0019]所述單相空氣開關(guān)與所述三相四線制電源的中性線之間設(shè)有串聯(lián)的繼電器第一常開開關(guān)和啟動(dòng)指示燈。
[0020]所述單相空氣開關(guān)與所述三相四線制電源的中性線之間設(shè)有串聯(lián)的繼電器常閉開關(guān)和停止指示燈。
[0021]采用本實(shí)用新型提供的強(qiáng)磁場(chǎng)碳鋼專用弧焊電源，將變頻技術(shù)與弧焊變壓器有機(jī)的結(jié)合在一起。電網(wǎng)工頻電經(jīng)過(guò)變頻器變頻后再輸入到交流弧焊機(jī)的弧焊變壓器，使弧焊變壓器輸出頻率在50?400HZ之間可以進(jìn)行無(wú)極調(diào)節(jié)，輸出電流可以在60?350A調(diào)節(jié)，可滿足手工電弧焊的焊接要求，與普通工頻弧焊變壓器相比，隨著焊接電流頻率的增加，擺幅呈平方倍下降，當(dāng)頻率達(dá)到150HZ時(shí)，電弧擺幅只有工頻弧焊電源的1/9，電弧穩(wěn)定、指向性好、飛濺少、熔深增加，能較好地保證強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下焊接接頭質(zhì)量，從根本上解決強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下由于磁偏吹造成的焊接困難的難題?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是帶電體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)圖。
[0024]圖3是電弧磁偏吹起因不意。
[0025]圖中，1-變頻器第一直流電壓輸出端，2-變頻器第二直流電壓輸出端，3-變頻器第一模擬信號(hào)輸入端，4-變頻器第二模擬信號(hào)輸入端，5-變頻器數(shù)字輸入端，9-變頻器隔離輸出端，12-變頻器第一模擬信號(hào)輸出端，13-變頻器第二模擬信號(hào)輸出端,21-電壓表，22-電流表，23-頻率表，24-交流弧焊機(jī)，25-變頻器，QFl-三相空氣開關(guān)，QF2-單相空氣開關(guān)，DWJ-可調(diào)節(jié)電阻器，SBQ-啟動(dòng)開關(guān)，SBT-停止開關(guān)，KA-繼電器，KA-1-繼電器常閉開關(guān)，KA-2-繼電器第一常開開關(guān)，KA-3-繼電器第二常開開關(guān)，HLG-啟動(dòng)指示燈，HLR-停止指示燈。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合具體實(shí)施例及其附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0027]如圖1所示，本實(shí)用新型提供的強(qiáng)磁場(chǎng)碳鋼專用弧焊電源，包括三相四線制電源和三相空氣開關(guān)QF1，還包括變頻器25，變頻器25的輸入端與三相空氣開關(guān)QFl的輸出端相連接，變頻器25的輸出端與交流弧焊機(jī)24相連接。
[0028]變頻器25可以設(shè)定輸出頻率，變頻器第一直流電壓輸出端I和變頻器第二直流電壓輸出端2可以輸出十IOV的直流電壓，變頻器第一直流電壓輸出端I與可調(diào)節(jié)電阻器DWJ的一端相連接，變頻器第二直流電壓輸出端2和變頻器第二模擬信號(hào)輸入端4與可調(diào)節(jié)電阻器DWJ的另一端相連接。變頻器第一模擬信號(hào)輸入端3與可調(diào)節(jié)電阻DWJ的滑動(dòng)端相連接，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)端的位置，改變可調(diào)節(jié)電阻器DWJ的電阻大小，從而使變頻器第一模擬信號(hào)輸入端3、變頻器第二模擬信號(hào)輸入端4的輸出電壓在O?IOV變化，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出頻率。變頻器數(shù)字輸入端5與繼電器第二常開開關(guān)KA1-3的一端相連接，繼電器第二常開開關(guān)KA1-3的另一端與變頻器隔離輸出端9相連接，變頻器隔離輸出端9可以輸出+ 24V的電壓，當(dāng)繼電器第二常開開關(guān)KA1-3接通時(shí)，變頻器25開始工作。變頻器第一模擬信號(hào)輸出端12、變頻器第二模擬信號(hào)輸出端13分別與頻率表23的信號(hào)輸入端相連接，用來(lái)檢測(cè)變頻器23的輸出頻率。
[0029]三相四線制電源包括第一火線L1、第二火線L2、第三火線L3和中性線N，第一火線L1、第二火線L2、第三火線L3分別與三相空氣開關(guān)QFl的輸入端相連接，三相空氣開關(guān)QFl的輸出端分別與變頻器25的輸入端R、S、T相連接，變頻器25的輸出端U、V、W中的任意兩端與交流弧焊機(jī)24的輸入電源(380V)兩端相連接。第一火線LI與第二火線L2之間連接有電壓表21，用來(lái)檢測(cè)電網(wǎng)電壓。在第三火線L3上連接有電流表22，用來(lái)檢測(cè)在焊接過(guò)程中輸入端的電流。
[0030]電氣控制系統(tǒng)包括單相空氣開關(guān)QF2，單相空氣開關(guān)QF2的輸入端與三相四線制電源的第三火線L3相連接，單相空氣開關(guān)QF2的輸出端與頻率表23的AC220V—端相連接，頻率表23的AC220V另一端與中性線N相連接。單相空氣開關(guān)QF2與三相四線制電源的中性線N之間設(shè)有串聯(lián)的啟動(dòng)開關(guān)SBQ、停止開關(guān)SBT和繼電器KA，串聯(lián)的繼電器第一常開開關(guān)KA-2和啟動(dòng)指示燈HLG，串聯(lián)的繼電器常閉開關(guān)(KA-1)和停止指示燈(HLR)。單相空氣開關(guān)QF2給頻率表23、啟動(dòng)開關(guān)SBQ、停止開關(guān)SBT、繼電器KAl、啟動(dòng)指示燈HLG和停止指示燈HLR供電。當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)SBQ閉合時(shí)，繼電器KAl吸合，常閉開關(guān)KAl-1打開，停止指示燈HLR熄滅；繼電器第一常開開關(guān)KA1-2吸合，啟動(dòng)指示燈HLG亮起；繼電器第二常開開關(guān)KA1-3吸合，變頻器數(shù)字輸入端5與變頻器隔離輸入端9接通，變頻器25啟動(dòng)。
[0031]焊接單元電焊機(jī)包括弧焊變壓器、焊接電壓表、焊接電流表以及輸入輸出端子。電焊機(jī)是通用的交流弧焊機(jī)，通過(guò)弧焊變壓器可調(diào)節(jié)焊接電流的大小，以及用來(lái)檢測(cè)焊接電流及電壓的指示表和接線端子。
[0032]本實(shí)用新型提供的強(qiáng)磁場(chǎng)碳鋼專用弧焊電源，變頻器2 5選擇西門子MICR0MASTER440,功率為45kw，頻率在50?400HZ無(wú)極調(diào)節(jié)。該強(qiáng)磁場(chǎng)碳鋼專用弧焊電源將變頻技術(shù)與交流弧焊機(jī)有機(jī)的結(jié)合在一起，輸出的焊接電弧頻率在50?400HZ范圍內(nèi)可調(diào)，輸出電流在60?350A范圍內(nèi)可調(diào)，實(shí)現(xiàn)了交流弧焊機(jī)的輸出頻率和焊接電流都可以調(diào)節(jié)的功能。交流弧焊機(jī)選用普通交流焊機(jī)，型號(hào)是BX1-500，該部分電路無(wú)任何變動(dòng)。只是將變頻后的380V電源接到交流焊機(jī)的輸入端，通過(guò)變頻器25調(diào)節(jié)焊接電流的大小。電流表21、電壓表22和頻率表23可以實(shí)現(xiàn)電流、電壓和頻率的顯示，變頻器25可以實(shí)現(xiàn)輸出頻率在50-400HZ范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速。在不停電情況下，對(duì)100臺(tái)200KA電解槽進(jìn)行維修，在每臺(tái)電解槽外壁上焊接72塊散熱鋼板，散熱板焊接接頭質(zhì)量滿足技術(shù)要求。
[0033]以上所述的僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不局限本實(shí)用新型。應(yīng)當(dāng)指出對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在本實(shí)用新型所提供的技術(shù)啟示下，還可以做出其它等同變型和改進(jìn)，均可以實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，都應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種強(qiáng)磁場(chǎng)碳鋼專用弧焊電源，包括三相四線制電源和三相空氣開關(guān)(QF1)，其特征在于，還包括變頻器(25)，所述變頻器(25)的輸入端與所述三相空氣開關(guān)(QFl)的輸出端相連接，所述變頻器(25)的輸出端與交流弧焊機(jī)(24)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)磁場(chǎng)碳鋼專用弧焊電源，其特征在于，所述變頻器(25)的變頻器第一直流電壓輸出端(I)與可調(diào)節(jié)電阻器(DWJ)的一端相連接，變頻器第二直流電壓輸出端(2)和變頻器第二模擬信號(hào)輸入端(4)分別與所述可調(diào)節(jié)電阻器(DWJ)的另一端相連接；變頻器第一模擬信號(hào)輸入端(3)與所述可調(diào)節(jié)電阻(DWJ)的滑動(dòng)端相連接；變頻器數(shù)字輸入端(5)與繼電器第二常開開關(guān)(KA1-3)的一端相連接，繼電器第二常開開關(guān)(KA1-3)的另一端與變頻器隔離輸出端(9)相連接；變頻器第一模擬信號(hào)輸出端(12)、變頻器第二模擬信號(hào)輸出端(13)分別與頻率表(23)的信號(hào)輸入端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)磁場(chǎng)碳鋼專用弧焊電源，其特征在于，所述三相四線制電源包括第一火線(LI)、第二火線(L2)、第三火線(L3)和中性線(N)，所述第一火線(LI)與第二火線(L2)之間連接有電壓表(21)，所述第三火線(L3)上連接有電流表(22)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的強(qiáng)磁場(chǎng)碳鋼專用弧焊電源，其特征在于，還包括單相空氣開關(guān)(QF2)，單相空氣開關(guān)(QF2)的輸入端與所述三相四線制電源的第三火線(L3)相連接，單相空氣開關(guān)(QF2)的輸出端與所述頻率表(23)的一端相連接，頻率表(23)的另一端與中性線(N)相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的強(qiáng)磁場(chǎng)碳鋼專用弧焊電源，其特征在于，所述單相空氣開關(guān)(QF2)與所述三相四線制電源的中性線(N)之間設(shè)有串聯(lián)的啟動(dòng)開關(guān)(SBQ)、停止開關(guān)(SBT)和繼電器(KA)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的強(qiáng)磁場(chǎng)碳鋼專用弧焊電源，其特征在于，所述單相空氣開關(guān)(QF2)與所述三相四線制電源的中性線(N)之間設(shè)有串聯(lián)的繼電器第一常開開關(guān)(KA-2)和啟動(dòng)指示燈(HLG)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的強(qiáng)磁場(chǎng)碳鋼專用弧焊電源，其特征在于，所述單相空氣開關(guān)(QF2)與所述三相四線制電源的中性線(N)之間設(shè)有串聯(lián)的繼電器常閉開關(guān)(KA-1)和停止指示燈(HLR)。
【文檔編號(hào)】B23K9/10GK203712049SQ201320810715
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】張明謙, 趙文軍, 張整社, 王曉軍, 夏天東, 馮旺軍, 郭愛軍, 施文學(xué) 申請(qǐng)人:蘭州連城鋁業(yè)有限責(zé)任公司, 蘭州理工大學(xué)