一种无供电接地电缆的水下湿法焊接电源及焊接控制方法

1.本发明涉及水下焊接电源，特别涉及一种无供电接地电缆的水下湿法焊接电源及焊接控制方法。


背景技术：

2.水下湿法焊接是潜水员在水环境中实施的焊接作业，施工过程中电弧未加任何防护，所用的焊接电源通常放置在船甲板上，潜水员对于焊接电源的控制通常是在自主发出语音指令后，由岸上辅助人员协助完成对焊接电源启停控制及参数预制。此种方式时效性差，因电源未及时关闭而导致潜水员麻电现象频发，存在一定安全隐患。
3.除此之外，由于焊接电源远离焊把与钢材，接地电缆长、电流大的焊接电源输出回路上的电力损耗显著，电压衰减对焊接质量的影响不可避免。尽管采用将焊接电源置于水中并延长焊接电源输入回路的方法有助于解决上述问题，但输入回路通常为高压交流电，对水下焊工威胁较大，另外，输入端较长的电力接地电缆也不适用于在沉船船舱、洞穴等区域的水下作业。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种无供电接地电缆的水下湿法焊接电源及焊接控制方法，以达到作业方便，降低作业风险，提高焊接质量的目的。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
6.一种无供电接地电缆的水下湿法焊接电源，包括水密机壳，所述水密机壳内设置电池仓和电气仓，所述水密机壳外通过输出接插件连接焊把，所述水密机壳外侧设置磁力接地装置；焊接开关串联于电池仓和电气仓主回路之间，所述电池仓内设置电池组，所述电气仓内部设置升压电路、控制电路、受控降压电路、整流电路、滤波电路和采样电路；所述升压电路和受控降压电路并联到电池组的输出端，所述升压电路输出正极依次连接采样电路和输出接插件，升压电路输出负极接磁力接地装置；所述受控降压电路输出正极依次连接整流电路、采样电路和输出接插件，受控降压电路输出负极依次连接滤波电路和磁力接地装置；所述采样电路与控制电路连接，控制电路分别与受控降压电路和升压电路连接。
7.上述方案中，所述磁力接地装置包括磁座，所述磁座内设置可上下运动且可伸出磁座底部的接地端子，所述接地端子通过接地电缆连接升压电路和滤波电路，所述接地端子中部套有弹簧，所述磁座顶部设置磁座开关。
8.上述方案中，所述电气仓内发热量大的功率器件通过导热材料紧贴于水密机壳内壁设置，发热量小的普通组件设置于水密机壳内部空腔。
9.一种无供电接地电缆的水下湿法焊接控制方法，采用上述的焊接电源，包括如下过程：
10.焊接时，通过磁力接地装置将水密机壳固定于被焊钢材上；然后，打开焊接开关，控制电路检测到开机信号时，升压电路将电池组电压放大，用于引弧；当采样电路检测到稳
定的焊接电流，确认引弧成功正常焊接时，升压电路停止工作；正常焊接时，控制电路根据采样电路所采集到实时的焊接电流和电压值，通过对受控降压电路进行控制，使焊机输出维持焊接稳定所需要的电压；当采样电路检测到焊接电流低于设定阈值，焊接电弧处于熄弧状态时，控制电路再次启动升压电路用于引弧。
11.通过上述技术方案，本发明提供无供电接地电缆的水下湿法焊接电源及焊接控制方法具有如下有益效果：
12.1、本发明设置了升压电路，既解决了电池供电时焊机空载电压较低不利于引弧的不足，又避免了长时间输出较大空载电压，在电气安全层面对潜水员带来的不利影响。
13.2、本发明通过设置受控降压电路，将电池组输出的电压降低到焊机所需电压，实现了电池供电的焊接电源，无需供电接地电缆，适用于轻型潜水作业，拓展了水下湿法焊接区域。
14.3、本发明采用的焊接电源能够靠近水下湿法焊接作业区域，焊接电源输出接地电缆短，解决了长距离电力传输带来的电能损耗问题，以及由于过大回路电压降导致的焊接过程稳定性变差的问题，有助于提升焊接质量。
15.4、采用本发明的焊接电源，潜水员能就近及时对焊接电源进行控制，操作灵活。
16.5、本发明采用磁力接地装置将焊接电源吸附于被焊钢材上，可以为潜水员水下作业提供着力点，使用方便。
17.6、本发明根据电力器件的发热量合理优化了设置位置，优化了电力器件的热量传输路径，解决了焊接电源水下散热的问题。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
19.图1为本发明实施例所公开的焊接电源及使用方式示意图；
20.图2为本发明实施例所公开的电气仓内部结构图；
21.图3为本发明实施例所公开的电气仓内部器件散热示意图；
22.图4为本发明实施例所公开的磁力接地装置示意图(未吸合状态)；
23.图5为本发明实施例所公开的磁力接地装置示意图(吸合状态)。
24.图中，1、电池仓；2、焊接开关；3、电气仓；4、水密机壳；5、输出接插件；6、磁力接地装置；7、焊把；8、钢材；9、水介质；10、焊条；11、电池组；31、升压电路；32、控制电路；33、整流电路；34、采样电路；35、受控降压电路；36、滤波电路；41、普通组件；42、功率器件；43、导热材料；61、磁座；62、接地电缆；63、磁座开关；64、接地端子；65、弹簧；66、支撑架。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
26.本发明提供了一种无供电接地电缆的水下湿法焊接电源，如图1所示，包括水密机壳4，水密机壳4内设置电池仓1和电气仓3，水密机壳4外通过输出接插件5连接焊把7，输出接插件5与电池组11的输出正极相连，为水下焊接过程提供电能。潜水员在水介质9中仅通
过较短的焊接电缆连接焊把7与焊接电源，大幅降低了电力传输过程的电能损耗，保障了焊接过程稳定。水密机壳4外侧设置磁力接地装置6，磁力接地装置6连接电池组11的输出负极。
27.焊接开关2串联于电池仓1和电气仓3主回路之间，电池仓1内设置电池组11，如图2所示，电气仓3内部设置升压电路31、控制电路32、受控降压电路35、整流电路33、滤波电路36和采样电路34；升压电路31和受控降压电路35并联到电池组11的输出端，升压电路31输出正极依次连接采样电路34和输出接插件5，升压电路31输出负极接磁力接地装置6；受控降压电路35输出正极依次连接整流电路33、采样电路34和输出接插件5，受控降压电路35输出负极依次连接滤波电路36和磁力接地装置6；采样电路34与控制电路32连接，控制电路32分别与受控降压电路35和升压电路31连接。
28.升压电路31用于将电池组11提供的较低直流电压升高至所需的较高的电压，该电路输出的较高的电压用于引弧；控制电路32依据操作人员设置值和实时采集的电路输出状态，对焊接电源进行控制；受控降压电路35在控制电路32管理下调整焊接输出电压，将其降低到所需要的输出电压；滤波电路36与受控降压电路35连接，对受控降压电路35输出的电流进行滤波，以便减少纹波；整流电路33与受控降压电路35连接，防止输出端较高的电压干扰受控降压电路35的工作。
29.水密机壳4的材料选取铝合金，考虑到焊接电源由潜水员携带，下潜深度有限，设计时在保证耐压性能同时应兼顾焊接电源的体积与重量。为了最大限度减轻水密机壳4重量，将焊接电源的水密机壳4设计成圆筒形。如图3所示，焊接电源内部主要的发热器件为受控降压电路35内的igbt和大功率二极管等功率器件42，因此，将其安装到水密机壳4的内部端面，igbt与水密机壳4金属表面之间涂有导热材料43硅脂，降低散热通道热阻。发热量小的器件如控制电路32等普通组件41由于发热量有限，因此将其固定于水密机壳4内部，利用热辐射方式散热。
30.电池组11选用锂电池，为便于锂电池的拆装，也为了防止舱室进水时对内部组件的影响，将电池仓1和电气仓3进行分割，不同舱室之间仅有电气连接。
31.电池仓1端盖处安装焊接开关2，该焊接开关2启动后，锂电池可以为电气仓3内的电路供电，启动焊接过程；焊接开关2关断后，则切断对电气仓3内的电路供电，结束焊接过程。
32.磁力接地装置6包括磁座61，磁座61内设置可上下运动且可伸出磁座61底部的接地端子64，接地端子64通过接地电缆62连接升压电路31和滤波电路36，接地端子64中部套有弹簧65，磁座61顶部设置磁座开关63。磁座61内部设置支撑架66，可供接地端子64上下运动。弹簧65一端限位于支撑架66上，另一端限位于接地端子64的底部凸起。
33.磁座61受磁座开关63的控制：当磁座开关63处于开启状态，磁座61对外产生磁力，当磁座开关63闭合时，磁座61对外无磁力作用。接地端子64为杆状，置于水密机壳4外，且与接地电缆62连接。接地端子64中串入弹簧65。如图4所示，当弹簧65处于松弛状态时，接地端子64伸出长度较长，超出水密机壳4底部的平面。当打开磁座开关63时，磁座61产生磁力，接地端子64被迫回缩，如图5所示，接地端子64伸出端与水密机壳4底部平面平行，此时弹簧65受压缩，对接地端子64产生一指向被焊钢材8侧的压力，促使接地端子64与钢材8紧密接触。磁座61强大的磁力一方面吸附钢材8，为潜水员提供有效的着力点，可以让潜水员水下作业
时作为抓手，另一方面还大幅压缩弹簧65，将使弹簧65对接地端子64产生压力，使接地端子64紧密接触钢材8，有效增加接地端子64与被焊钢材8之间的接触面积，从而降低接地端子64与钢材8之间的电阻值，从焊接输出端到焊条和被焊钢材8之间的功率损耗减少，焊接过程稳定性得到有效改善。
34.一种无供电接地电缆的水下湿法焊接方法，采用上述的焊接电源，包括如下过程：
35.步骤1、作业人员根据焊缝长度确定所需电池组11的电池数量，将电池安装于水密机壳4的电池仓1内，携带焊接电源到水下被焊钢材8附近；本实施例中，选取36v锂电池作为储能元件，以每个锂电池最大输出电流50a为例，考虑到实际焊接需求，共取3个锂电池将其并联后安装到电池仓1，为水下湿法焊接过程提供能源。
36.步骤2、当潜水员携带焊接电源到达工作区域时，先清理钢材8部分区域用于固定焊接电源，然后清理被焊区域，之后，通过磁力接地装置6固定焊接电源，实现焊接电源输出端与被焊钢材8之间的连接，便于焊工固定姿态；
37.步骤3、布放焊把线，并装夹焊条10；
38.步骤4、通过焊接开关2启动焊机后，进行焊接；焊接时的焊接控制方法如下：
39.打开焊接开关2，控制电路32检测到开机信号时，升压电路31将电池组11电压放大，用于引弧；在引弧阶段，升压电路31工作，以升压比例为输入电压一倍的升压电路31为例，锂电池提供的36v电经升压电路31后输出72v直流电用于引弧。当采样电路34检测到焊接电流高于5a时，确认引弧成功正常焊接时，升压电路31停止工作；正常焊接时，控制电路32根据采样电路34所采集到实时的焊接电流和电压值，通过对受控降压电路35进行控制，使焊机输出维持焊接稳定所需要的电压；当采样电路34检测到焊接电流再次低于5a，且持续时间大于0.1s时判定为断弧状态，此时需再次启动升压电路31，直至电弧复燃。
40.步骤5、焊接结束后，通过焊接开关切断电力供应，回收焊把线和焊把7，清理焊缝；
41.步骤6、关闭磁力接地装置6，完成水下焊接作业。
42.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。