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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～t2315

5.4.2　短路电流上升段t2～t3317

5.4.3　缩颈判定信号319

5.4.4　燃弧脉冲前的等待时间t3～t4322

5.4.5　燃弧脉冲电流宽度与峰值323

5.4.6　电流基值段t6～t7325

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