李建强 张雄明
(大连交通大学材料科学及工程学院,辽宁 大连116028)
摘 要：介绍了将ZX5-250弧焊电源改制为脉冲电源进行铸铁冷焊的方法。经实验试焊证明，改制后的电源能完全满足铸铁冷焊的要求。
关键词：铸铁冷焊；脉冲；弧焊电源
前 言
铸铁在国民经济生产中广泛应用于各行各业，尤其是一些大中型重工业。铸铁件在使用中会受到损坏或出现裂纹等缺陷，导致产品大量报废。若能用焊接的方法修复，则有利于生产任务的完成，也可以节约大批资金。
一般使用得最多的是灰口铸铁，它有强度低、塑性差、对冷却速度敏感性强等缺陷，而焊接过程一般又具有需预热、冷却快和工件受热不均等特点，给铸铁焊接带来了很大的困难。铸铁焊接时经常出现的问题有"焊接接头产生白口；焊接接头产生裂纹；焊接金属产生气孔；熔敷金属与母材不熔合。
1 铸铁冷焊对弧焊电源的要求
铸铁是热输入敏感性大的金属材料，若采用一般的电流进行焊接，有熔深大、热影响区易产生裂纹等缺陷。而用脉冲电流焊接时，由于脉冲电流是周期性的，这种周期性电流可增加热影响区的散热，使其温度始终比较低，可减少铸铁焊接白口的产生。同时可以利用低于喷射过渡临界电流的平均电流来达到喷射过渡，不仅能缩小熔池体积、改善焊缝成形，而且能缩小热影响区、减少热裂纹。经过改制后的电弧冷焊机可以在铸铁冷焊前不预热工件，通过采取一定的工艺措施，可以基本防止焊接区局部过热，缩小受热范围，控制焊接区较低温度，从而减少焊接时出现的问题。
2 弧焊电源实现脉冲电流的方法
为满足新工艺的特殊要求，对ZX5-250, 晶闸管式弧焊电源进行改造。采用给定信号变换法获得脉冲电流，给定电路输出为脉冲给定电压，该电压不断切换晶闸管弧焊整流器的外特性，从而达到了脉冲输出的目的，同时实现了脉冲电流和维弧电源的一体化。分析ZX5-250型晶闸管式弧焊整流器电路原理，用给定信号变换法改制的脉冲弧焊电源的电路框图如图1 所示。
由图1可得输出电流If和给定电压Ug的数量关系为
由于Ug为给定脉冲电压，If随着Ug的变化而变化，这说明焊接电流的脉冲受控于给定信号脉冲电压Ug。
外特性控制电路是采用电流负反馈方式获得，焊接电流经分流器采样放大后，与给定电压Ug进行比较，然后再经放大后输出控制电压Uk。
3 脉冲给定电路原理
脉冲给定原理框图如图2 所示。它是由脉冲发生器产生占空比为50%的矩形脉冲，经脉宽调制器调制为等周期占空比可调的矩形脉冲。然后分离为脉冲时间和基值时间的控制脉冲，并由此两种脉冲作为开关信号，控制给定脉冲Ug的脉冲给定时间和基值给定时间，最后经加法器把脉冲幅值给定值和基值给定值合成为所需的给定脉冲Ug该脉冲作为调整主电路晶闸管触发角的信号。
电路图如图3 所示，+15V稳压电源取自焊机ZX5-250本身，它直接送入由比较电路和积分运算电路组成的三角波发生器。电阻R3、R4、R5和电位器RP1*共同组成分压电路，通过调节RP1*获得适当电位经R4输入运算放大器A1的反相输入端，在其输出端输出方波，经VS7、VS8限幅后，产生矩形波，此矩形波经VD9、R8输入到运算放大器A2的反相输入端，在其输出端可输出三角波。电位器RP2*用来实现频率可调的目的。
三角波Ui经R11进入运算放大器A3的反向输入端，从RP3*上取得比较电压Ur经R12
进入A3的同相输入端，电位器RP3*可实现脉宽可调。在A4输出脉冲宽度可调的矩形波，经R14后分成两部分：一部分为脉冲正电压经电阻R15送入两个非门，通过调节电位器RP5*，可达到调节脉冲幅值的目的；另一部分脉冲负电压经电阻R16送入非门后，脉冲再倒置，由原来的负脉冲变为正脉冲。调节RP4*可达到调节脉冲基值的目的，两部分脉冲分别经二极管VD11、VD12进行合成，形成脉冲给定信号Ug该脉冲作为调整主电路晶闸管电流负反馈环节的脉冲给定信号。
由于脉冲发生器频率可调$脉宽调制器脉宽可调，脉冲给定及基值给定均可调，故合成后的脉冲给定信号Ug的4个参数可调$主电路晶闸管输出脉冲电流的参数同样可调，这样便实现了弧焊电源的脉冲输出。实践证明，经此方法改制成的ZX5-250型晶闸管式脉冲弧焊机满足铸铁冷焊新工艺对弧焊电源的要求。
4 结 论
a.根据给定信号变换原理实现对ZX5系列晶闸管弧焊电源进行整机一体化电源脉冲输出改制。
b.整机一体化脉冲输出弧焊电源在保证原使用性能的基础上，可实现焊接电流的脉冲输出。其频率为0.5~10Hz可调，占空比10%~90%可调。
c.改制后的脉冲弧焊电源满足铸铁冷焊新工艺的要求，可以使铸铁补焊减小白口宽度，降低熔合区硬度。 |
