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第1章 绪论 1

1.1　直流焊接电源发展的历史 1

1.1.1　弧焊发电机 1

1.1.2　二极管整流焊机 2

1.1.3　晶闸管整流焊机 2

1.1.4　斩波式焊机 2

1.1.5　逆变焊机 2

1.2　逆变焊机的特点 3

1.2.1　逆变焊机的优点 3

1.2.2　逆变焊机的缺点 4

1.3　逆变焊接电源的发展方向 5

1.3.1　可靠性的提高 5

1.3.2　控制的数字化 5

1.3.3　控制的精细化 5

1.3.4　低电网污染 5

第2章　逆变焊机电路基础 6

2.1 逆变焊机中常用的主电路结构形式 6

2.1.1 单端正激式电路 6

2.1.2　半桥式电路 7

2.1.3　桥式电路 7

2.1.4　基本电路的变形 8

2.2　功率单元的控制方式 12

2.2.1 电压型PWM控制器 12

2.2.2　电流型PWM控制器 13

2.2.3　脉冲频率调制（PFM）方式 13

2.2.4　集成控制电路 14

2.2.5　利用MCU、DSP、FPGA产生PWM信号 17

2.3　功率开关器件及其选择 22

2.3.1　IGBT的主要特性参数 22

2.3.2　IGBT模块的选择 25

2.3.3 IGBT的结温计算 25

2.3.4　IGBT的保护 28

2.3.5　硬开关、软开关中IGBT应用的区别 31

2.3.6　逆变焊机中常用的IGBT参数 32

2.3.7　常用快速整流管的特性 34

2.3.8　快速整流管的过电压保护 35

2.3.9　快速整流管的并联 36

2.3.10　常用的快速整流管 36

2.4　驱动电路 38

2.4.1 驱动电路的基本要求 38

2.4.2　驱动电路的隔离 38

2.4.3　集成驱动电路 40

2.5　功率变压器的铁心材料 41

2.5.1 铁氧体 41

2.5.2　非晶合金和微晶合金 42

2.6　信号的取样 44

2.6.1　焊接电流取样 44

2.6.2　焊接电压取样 46

2.7　功率因数校正及高频信号的抑制 46

2.7.1　功率因数校正 46

2.7.2　高频干扰信号的抑制 48

2.8　逆变焊机的结构设计 51

2.8.1　风道设计 51

2.8.2　变压器、电抗器的结构设计 53

第3章 常用焊接设备及工艺的控制 55

3.1　焊条电弧焊 55

3.1.1　概述 55

3.1.2　逆变电弧焊机 60

3.1.3　引弧特性与引弧电流 62

3.1.4　熔滴过渡与电弧推力 62

3.1.5　焊接电流的载波遥控技术 64

3.1.6　直流电弧焊中磁偏吹现象 66

3.2　CO2气体保护电弧焊 66

3.2.1　概述 66

3.2.2　焊接材料 68

3.2.3　冶金反应 71

3.2.4　CO2气体保护焊焊丝的熔化与熔滴的过渡 72

3.2.5　电弧的自调节作用 77

3.2.6　焊接设备 80

3.2.7　CO2气体保护焊电源的分类 84

3.2.8　CO2气体保护焊飞溅与成形问题 87

3.2.9　焊接电流波形控制技术 91

3.2.10　引弧与收弧 96

3.2.11　送丝机的控制 99

3.2.12　载波遥控技术 100

3.3　熔化极气体保护电弧焊 101

3.3.1　概述 101

3.3.2　熔滴过渡形式 105

3.3.3 脉冲MIG/MAG焊控制方法 113

3.3.4　其他形式的脉冲MIG/MAG焊 118

3.3.5　逆变脉冲MIG/MAG焊焊机 122

3.4　钨极氩弧焊 124

3.4.1 概述 124

3.4.2　钨极氩弧焊的基本特点 125

3.4.3　氩弧焊设备 132

3.4.4　逆变直流氩弧焊机 135

3.4.5　逆变交流氩弧焊机 137

3.4.6　几种高效TIG焊接方法 145

3.4.7　高频引弧的抗干扰抑制 146

3.5　埋弧焊 150

3.5.1 概述 150

3.5.2　埋弧焊焊接过程的控制 152

3.5.3　自动埋弧焊设备 154

3.5.4　逆变埋弧焊 161

3.5.5　高效焊接设备 166

第4章　焊机实例 170

4.1 晶闸管逆变焊机 170

4.1.1 概述 170

4.1.2　参数规格与功能 171

4.1.3　主电路工作原理 172

4.1.4　控制单元电路分析 177

4.1.5　经常出现的故障分析 183

4.2　奥太ZX7系列手弧／氩弧IGBT逆变焊机 183

4.2.1 概述 183

4.2.2　参数规格与功能 184

4.2.3　工作原理 186

4.2.4　控制单元电路分析 189

4.2.5　经常出现的故障分析 191

4.3　奥太NBC系列IGBT逆变CO2气体保护焊机 192

4.3.1　概述 192

4.3.2　参数规格与功能 193

4.3.3　工作原理 196

4.3.4　控制单元电路分析 196

4.4　奥太WSM系列脉冲氩弧焊机 202

4.4.1 概述 202

4.4.2　参数规格与功能 202

4.4.3　工作原理 204

4.4.4　控制单元电路分析 205

4.5 奥太WSME系列逆变式交直流脉冲氩弧焊机 207

4.5.1 概述 207

4.5.2　参数规格与功能 208

4.5.3　工作原理 210

4.5.4　控制单元电路分析 210

4.5.5　常出现的故障分析 215

4.6　松下YD-500EA气体保护焊机 215

4.6.1　概述 215

4.6.2　参数规格与功能 216

4.6.3　主电路工作原理分析 217

4.6.4　控制单元电路分析 219

4.7　米勒X304逆变焊机 226

4.7.1 概述 226

4.7.2　参数规格与功能 227

4.7.3　主电路工作原理 228

4.7.4　控制单元电路分析 231

4.8　林肯STT-Ⅱ表面张力过渡焊机 239

4.8.1 概述 239

4.8.2　参数规格 239

4.8.3　工作原理 240

4.8.4　控制单元电路分析 243

4.9　福尼斯TPS5000全数字化气体保护焊机 248

4.9.1 概述 248

4.9.2　参数规格与功能 249

4.9.3　工作原理 250

4.9.4　控制电路功能分析 252

4.10 三社IA-3001TPH交直流氩弧焊机 254

4.10.1 概述 254

4.10.2　参数规格 254

4.10.3　焊机的操作功能 254

4.10.4　焊机工作原理 257

4.10.5　控制电路功能分析 259

4.11　林肯V300-1逆变焊机 262

4.11.1　概述 262

4.11.2　参数规格与功能 262

4.11.3　焊机工作原理 263

4.11.4　单元控制电路 266

4.12　霍巴特501多功能焊机 270

4.12.1 概述 270

4.12.2　参数规格及功能 271

4.12.3　主电路 273

4.12.4　单元电路分析 273

4.13　其他焊机电路实例 281

4.13.1 威特力WSME-315焊机 281

4.13.2 松下YC-315TX直流TIG弧焊机 284

第5章　低飞溅CO2气体保护焊设计实例 287

5.1　低飞溅CO2气体保护焊控制方案确定 287

5.1.1 CO2气体保护焊等效电路模型 287

5.1.2　不同取样点测得的焊接电压、电流波形 288

5.1.3　在短路燃弧转换期间焊接电压、电流波形的根部特性 289

5.1.4　熔滴过渡特征信号的提取 290

5.1.5　焊接电压、电流取样信号分析 290

5.1.6　短路阶段特征量的分析 291

5.1.7　几个特征信号的讨论 292

5.1.8　低飞溅CO2气体保护焊控制策略 292

5.2　低飞溅CO2气体保护焊系统的实现 295

5.2.1 主电路的设计与实现 295

5.2.2　空载、轻载时软开关实现方案 299

5.2.3　超前臂并联电容C1、C2的确定 302

5.3　输出电流快速下降的实现方案研究 309

5.3.1 逆变器控制方案实现方式 309

5.3.2　输出串联斩波方案 311

5.3.3 电流型移相谐振电路的斜坡信号补偿问题 312

5.4　焊接电流波形与飞溅量及稳定性之间的关系 314

5.4.1 短路前期t1～t2 315

5.4.2　短路电流上升段t2～t3 317

5.4.3　缩颈判定信号 319

5.4.4　燃弧脉冲前的等待时间t3～t4 322

5.4.5　燃弧脉冲电流宽度与峰值 323

5.4.6　电流基值段t6～t7 325

5.4.7　输出回路电感对焊接稳定性的影响 325

5.4.8　液桥爆断后电弧重新引弧性能的分析 327

5.5 低飞溅CO2气体保护焊系统的仿真 328

5.5.1　焊接电源建模与仿真 328

5.5.2　输入整流部分 329

5.5.3　软开关逆变器部分 331

5.5.4　峰值电流控制部分 333

5.5.5　输出电流斩波器部分 335

5.6　低飞溅CO2气体保护焊焊接试验及应用 336

5.6.1　熔滴过渡的图像分析 336

5.6.2　焊接试验 338

5.6.3　在西气东输管线封底焊中的应用 338

参考文献 341