600A变极性钨极氩弧焊机

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中厚铝板TIG焊接的重大革命
一、问题的提出
        　　
  我们在实际生产实践过程中会遇到各式各样的焊接难题。其中铝合金的焊接问题尤为突出。业内人士都了解，铝及铝合金的熔点为600多摄氏度，而它又极易氧化，在表面形成一层致密的难熔（熔点3000多度）的氧化膜（Al2O3）。如果同样采用用于焊接不锈钢的直流正接（工件为正）TIG来焊接铝合金，则由于Al2O3比重较轻，漂浮在熔池表面，既影响电弧的稳定性，又在焊后焊道上形成一层厚厚的氧化膜。
  为了清除这层氧化膜，人们提出了阴极破碎理论：即工件为阴极，焊矩为阳极，电弧中大质量的正离子轰击熔池表面的氧化膜，使之破碎。而且由于Al2O3发射电子的能力较强，电弧又会主动捕捉氧化膜。这样就会形成光洁美观的焊道。如果直接采用直流反接的方法焊接铝合金，虽然解决了氧化膜问题，但由于电弧的阳极温度比阴极温度高的多，这就随之带来了两个问题：其一，钨极严重烧损；其二，工件熔深浅。所以在实际生产中，综合考虑了直流正接、反接的作用，采用交流TIG焊接铝合金。
  传统的交流TIG焊接工艺，虽说大大缓解了钨极的烧损，但没从根本上解决问题。这就极易造成焊缝夹钨的缺陷。美国米勒（MILLER）公司首先于70年代发明了可控硅交流方波TIG，不但焊接输出交流波形近似方波，而且正负半波的时间比率还可以调节。这又使铝合金的焊接工艺上了一个新的台阶。现如今，世界上各大知名焊接设备生产厂家生产的交流TIG焊机，不论是可控硅电源还是逆变电源，无一例外的还在继续采用MILLER公司的传统方波理论。它虽然大大缓解了钨极的烧损，但由于交流正负半波的峰值电流是对称的，当大电流焊接中厚铝板时，钨极烧损还是相当大的。
二、变极性交流TIG焊接工艺
        　　
  为了更好的解决钨极烧损问题，又是美国MILLER公司开创性的提出了变极性交流TIG焊接的概念。并且与美国波音公司合作开发生产了世界独一无二的变极性交流TIG焊机—AEROWAVE 300（300A/60%）。
        图1 输出电流波形
        图2 相对应电弧形态   注插图略)
        图3 相对应焊道形状
        
  所谓变极性，就是交流焊接电流输出波形的正半波和负半波可以分别独立调整（如右图1所示）。例如，MILLER的AEROWAVE 300焊机，正负半波电流可以分别在1—375A范围内独立调整。在焊机的显示器上显示的焊接电流为正负半波的平均值。如图1上图所示，钨极为负半波时电流较大，而钨极为正半波时的电流较小。这时，不但钨极烧损降到最低，电弧也更集中、熔深也较大（如图2上图），焊道较窄（如图3上图）。相反，就会增加钨极烧损，电弧发散、熔深较浅（如图2下），清理区域和焊道较宽（如图3下）。这也带来热影响区的加大，留下焊接隐患。
  交流变极性TIG焊接工艺的出现，彻底的改变了传统的交流TIG焊接现状，使焊接工艺调整更加精细。MILLER公司的AEROWAVE 300型焊机，除了拥有上述优异的特性外，还可以调整交流正负半波的时间比率，使阴极雾化清理作用和熔深的配合更加精细，钨极烧损降到最小。传统TIG焊接，钨极端头为球状；变极性TIG焊接，钨极端头则为针状。这对于自动焊接更为有用。另外，AEROWAVE 300 焊机交流输出频率也可以从40HZ到400HZ调整。较高频率的交流输出，使电弧更加稳定，更加集中。这有利于减少热输入量和焊接变形。
  正因为美国MELLER公司独创的AEROWAVE 300氩弧焊接有如此优异的焊接铝合金的性能，正逐步的被航空领域及航天领域的一些用户所采用。世界知名的管管焊机生产厂家，也将它用于自己的铝管自动焊接专机上。
三、600A变极性交流方波氩弧焊机问世
        　　
  美国米勒AEROWAVE 300优异的独一无二的性能，达到了TIG焊铝的最高水平。但它的额定输出电流为300A（60%负载持续率），只满足于5mm以下中薄铝板的焊接。对于中厚铝板来说就显得力不从心了。尤其在一些生产领域，只要求使用TIG焊接工艺，且焊接电流大、时间较长，中间不得间歇，这更显示出需要大的TIG焊接电源的必要性。市场的需求促使我们萌发了对AEROWAVE 300进行改造，从而获得同等性能的大电流焊接电源的念头。
  通过反复论证，提出了既简单又实用的方案：就是通过将两台AEROWAVE 300并联的方法获得600A/60%的输出电流。但实施起来可不象想象的那么简单。在方案实施前我们提出了几点行动方针：
1、对控制电路力求少改动，尽量接近原厂状态，以提高整套系统的可靠性。
2、不改变原厂机器结构，致使拥有良好的原厂的散热通风性能。
3、单机面板的所有功能均在整套系统上体现。
4、整套设备型号定为：AEROWAVE 600，力求制作精细、标识清晰明了、具有整体性。
        　
  米勒AEROWAVE 300是一款技术含量高、结构较为复杂的机型。单机工作原理如图4所示，三相工频电进入机器后要顺序经过变压器降压、二极管整流、电容器滤波、MOSFETS斩波控制、电抗器滤波、IGBT大功率管逆变等环节，才能输出正常的焊接电流。可想而知，如果把两台结构复杂的单机有机地结合起来，形成一整套完整的安全可靠的600A电源系统有多难。这必须解决三大问题：一是两台单机输出要同步，二是两台单机输出要均衡，三是要解决干扰问题。
  通过公司全体技术人员的刻苦攻关，耐心细致地作了大量实验，历经三个月，终于圆满的完成了研制改造工作。通过严格测试，各项指标均达到了预先设计要求，且整机的可靠性不亚于原厂单机。通过用户近三个月的实际使用，整套系统运行良好、性能稳定。用户十分满意。