[发明专利]高气压环境自适应引弧系统

说明书

一种高气压环境自适应引弧系统包括高频振荡器(1)、直线滑台(2)、控制单元(3)、气压传感器(4)和焊接电源回路(8)。高频振荡器(1)包括一级高压变压器(T1)和二级高频耦合变压器(T2)，直线滑台(2)与二级高频耦合变压器(T2)的次级线圈(L2)可滑动接触，控制单元(3)与直线滑台(2)和气压传感器(4)电连接，高频振荡器(1)通过串联方式接入焊接电源回路(8)。两级变压器对交流输入电压分别进行升压和耦合。气压传感器将密闭压力环境的气体压力信号传送给控制单元，控制单元对压力信号进行分析计算并驱动直线滑台移动相应距离，焊接电源回路将直线滑台所确定的对应高频高压施加在密闭压力环境中的焊枪(6)与工件(7)之间，实现自适应引弧。本发明结构简单，环境适应性好。

技术领域

本发明涉及一种高气压环境自适应引弧系统。该高气压环境自适应引弧系统能够实现自适应感知环境气压，输出与之相匹配的高频高压，从而实现电极与工件之间的引弧。

背景技术

在一些重大工程的建设及维护中，往往需要在非一个大气压力的环境中进行焊接切割。高于一个大气压力的环境称为高气压环境，低于一个大气压力的环境称为低气压环境。最具代表性的低气压环境是太空焊接，主要是在高真空环境中进行空间站维修。高气压环境应用更为广泛，主要包括在海洋以及江河湖泊进行海洋平台、管道等水下结构物的焊接维修，在核电站反应堆压力容器、泛燃料存储水池的硼酸水环境中进行构件的焊接维修，以及在地下水突出的隧道盾构机刀盘舱中进行刀盘、刀具的焊接维修。

对于变高气压环境维修而言，电弧焊和电弧切割都是适应性强而又经济的维修工艺，例如氩弧焊、等离子弧焊、等离子切割以及熔化极气体保护焊。对于这些焊接切割方法而言，高频振荡器是实现电极与工件之间引弧的基础装置。

目前通用的商品化焊接切割电源是在一个大气压力的环境中进行应用。气体的电离度与环境气压有关，随环境气压升高而降低。当高气压环境中的压力高于一个大气压力时，因为气体密度增加，焊接切割电源现有的高频振荡器提供的能量有可能不足以实现电极与工件之间高密度空气的击穿，从而难以成功引弧。

环境气压不同，高频振荡器应该能够提供与之相应的能量，以将电极与工件之间的高密度空气击穿而实现引弧，因而迫切需要开发出一种高气压环境自适应引弧系统。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种高气压环境自适应引弧系统，其可以自适应感知环境气压，输出与之相匹配的高频高压，从而实现电极与工件之间的引弧。

引弧过程是将电极与工件之间的空气气隙击穿，本质上是通过外加能量使得空气发生电离。对于足够高的温度下的气体，原子之间的碰撞将使某些原子电离。通常束缚于原子的一个或更多个电子将从原子发射出来，形成一团电子气体，与电离的原子和中性原子的气体共存，这个状态称为等离子体。把等离子体的电离程度用温度、气压(气体密度)和原子的电离能的函数来描述，就是下面的萨哈方程：

上述方程(1)中，x为气体的电离度(％)，P为气压(Pa)，T为气体温度(K)，e为电子的电量(C)，k为玻耳兹曼常数(1.38×10^－23J/K)，Ui为气体的电离电压(即电离能)(V)。

上述方程(1)说明：气体的电离度x与其温度T、气压P有关，随着温度T降低、气压P升高、电离能Ui增加，电离度x则降低。

焊接切割电源普遍采用非接触式引弧，也就是通过高频高压将气体电离。目前市场销售的焊接切割电源高频引弧电路振荡所产生的高频高压(约为1MHz、11250V)信号将电极与工件之间的空气气隙击穿，从而产生高温的等离子电弧。