弧焊電源的基本特性實用教案

1、3.1 弧焊電源(dinyun)的基礎(chǔ)知識工業(yè)電網(wǎng)與焊接電源(dinyun)的要求 交流，直流，逆變電子控制技術(shù)第1頁/共36頁第一頁，共37頁。0rIEUyy 兩者的Er0IyUy第2頁/共36頁第二頁，共37頁。Er0IyUy電源(dinyun)負載(fzi)UyIyr0=0r000第3頁/共36頁第三頁，共37頁。工作過程(guchng)中可調(diào)參數(shù)只有兩個：E 和 r0調(diào)節(jié)E和r0使Uy和Iy發(fā)生變化，適應(yīng)電弧(dinh)負載變化的要求。因此，從本質(zhì)上講，弧焊電源甚至分為兩類：v調(diào)節(jié) r0的-如弧焊變壓器，多數(shù)(dush)機械調(diào)節(jié)式弧焊電源v調(diào)節(jié)E的-如弧焊逆變器，部分弧焊整流器，電子控

2、制式弧焊電源第4頁/共36頁第四頁，共37頁。v 調(diào)節(jié)(tioji) r0的方法q調(diào)節(jié)(tioji)電阻性內(nèi)阻q調(diào)節(jié)(tioji)電感性內(nèi)阻q電阻性內(nèi)阻+電感性內(nèi)阻的調(diào)節(jié)(tioji)Uy=f (Iy)UyIy0直線型橢圓型介于(ji y)上兩者之間UyIyr0=0r000第5頁/共36頁第五頁，共37頁。v 調(diào)節(jié)(tioji) E的方法q改變變壓器的變比q調(diào)節(jié)(tioji)輸出占空比q兩者皆有方波正弦波控制輸出的外特性不受弧焊電源(dinyun)結(jié)構(gòu)的影響，理論上可以是任意形狀第6頁/共36頁第六頁，共37頁。UIA0U00IwdUIU00平特性平緩特性UIU00IwdUIU00IwdUIU

3、00Iwd圖3-3 常用的弧焊電源的外特性(txng)曲線第7頁/共36頁第七頁，共37頁。 3.2.2 “電源(dinyun) 電弧”系統(tǒng)的穩(wěn)定性“電源 電弧”系統(tǒng)的穩(wěn)定有兩個方面的含義：Uy=f (Iy)UIyUf=f (If)A0B2B1If0IfUy=f (Iy)UIyUf=f (If)A0B2B1If0If圖3-4 “電源(dinyun)電弧”系統(tǒng)穩(wěn)定原理圖a）穩(wěn)定系統(tǒng) b）不穩(wěn)定系統(tǒng) 系統(tǒng)穩(wěn)定的物理本質(zhì)是：電源能根據(jù)電弧的需要調(diào)整能量輸出，類似于有電流負反饋作用第8頁/共36頁第八頁，共37頁。綜上所述，系統(tǒng)穩(wěn)定(wndng)的條件是：特性Uyf（Iy）與特性Uff（If）有交點，

4、并且在交點的左邊保證Uy Uf，而在交點的右邊Uy U I第9頁/共36頁第九頁，共37頁。3.2.3 電源(dinyun)外特性曲線的確定電源的外特性曲線(qxin)形狀除了影響“電源一電弧”系統(tǒng)的穩(wěn)定性之外，還關(guān)聯(lián)著焊接工藝參數(shù)的穩(wěn)定。第10頁/共36頁第十頁，共37頁。UIA0A1A3A2I1I2I3l1l2123Iwd3Iwd2Iwd1U00圖3-6 弧長變化引起的電流偏差以恒流為主，加上短路外拖理想特性第11頁/共36頁第十一頁，共37頁。電弧的自身調(diào)節(jié)作用：當(dāng)焊接(hnji)弧長發(fā)生變化時，引起焊接(hnji)電流和焊絲熔化速度的變化，從而可以使弧長自動恢復(fù)的作用 弧焊電源工件送絲

5、電機及等速控制裝置UIl1l2UfA0A1A2I1I2IwdUf1Uf2IfIf2If1123403-7 等速送絲熔化極氣體(qt)保護焊接系統(tǒng)示意圖 第12頁/共36頁第十二頁，共37頁。2）變速送絲控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的熔化極電弧焊 弧焊電源工件送絲電機及變速控制裝置反饋信號處理電路UIl1l2UfA0A1IIwdUf1IfIf112340U圖3-8 變速送絲熔化極氣體保護焊接(hnji)系統(tǒng)示意圖 第13頁/共36頁第十三頁，共37頁。（3）不熔化(rnghu)極電弧焊 特點：電弧靜特性工作部分呈平的或略上升的形狀；弧長穩(wěn)定方法：鎢極氬弧焊（GTAW），等離子弧焊（PAW）以

6、及不熔化(rnghu)極脈沖弧焊要求：電流穩(wěn)定弧源穩(wěn)定下降外特性參數(shù)穩(wěn)定恒流特性不熔化極電弧焊較好的電源(dinyun)外特性以恒流為主，加上短路內(nèi)拐第14頁/共36頁第十四頁，共37頁。特點：一般采用等速送絲；利用電弧自身調(diào)節(jié)作用來穩(wěn)定工藝參數(shù)；脈沖(michng)段和維弧段采用不同的外特性段外特性組合：1）恒壓特性與恒壓特性配合等速送絲系統(tǒng)；特點：電弧自調(diào)節(jié)作用強；容易斷?。蝗菀讓?dǎo)致參數(shù)波動 2）恒流特性與恒壓特性熔滴過渡均勻；小電流下容易斷弧 3）恒流特性與恒流特性 熔滴過渡均勻；電弧彈性好；自調(diào)節(jié)作用差4）恒壓特性與恒流特性脈沖(michng)階段具有良好的電弧調(diào)節(jié)作用，但維弧容易短路

7、 （4）熔化(rnghu)極脈沖電弧焊 第15頁/共36頁第十五頁，共37頁。UI0A1B1A0B0l1l0a)UI0A1B1A0B0l1l0b)UI0A1B1A0B0l1l0c)UI0A1B1A0B0l1l0d)1）恒壓特性與恒壓特性拉長易斷??；熔滴受參數(shù)(cnsh)波動影響大 2）恒流特性(txng)與恒壓特性(txng)熔滴過渡均勻；小電流易斷?。换￠L波動大3）恒流特性與恒流特性 熔滴過渡(gud)均勻；電弧彈性好；自調(diào)節(jié)作用差，易粘絲（短路） ，弧長波動大4）恒壓特性與恒流特性脈沖階段具有良好的電弧調(diào)節(jié)作用，但維弧易粘絲（短路）。第16頁/共36頁第十六頁，共37頁。UI0A1B1A0

8、B0l1l0A2B2l2圖3-10 雙階梯(jit)外特性 好的外特性(txng)： 雙階梯外特性(txng)第17頁/共36頁第十七頁，共37頁。 2弧焊電源(dinyun)的空載電壓 弧 焊電源的空載電壓是指電源輸出為開路(kil)狀態(tài)時，電源輸出的電壓值。 空載(kn zi)電壓對引弧、維持電弧的穩(wěn)定燃燒有很大影響 空載電壓的選擇應(yīng)遵循以下幾項原則； （1）保證引弧容易。 （2）保證電弧的穩(wěn)定燃燒。在交流弧焊電源中為確保交流電弧的穩(wěn)定燃燒，一般：U0（1.82.25）Uf。（3）保證電弧功率穩(wěn)定。為了保證交流電弧功率穩(wěn)定，一般 要求： （3-3） U0-空載電壓（4）要有良好的安全性和經(jīng)

9、濟性。 571520.UU.f上述空載電壓范圍是對下降特性弧焊電源而言的。帶有引?。ɑ蚍€(wěn)弧）裝置的不熔化極氣體保護焊電源，可以降低空載電壓 用于熔化極自動、半自動弧焊的平特性弧焊電源可以具有較低的空載電壓 第18頁/共36頁第十八頁，共37頁。3弧焊電源的穩(wěn)態(tài)短路(dunl)電流 在弧焊電源外特性(txng)上，當(dāng) Uy0（ Uf0）時對應(yīng)的電流為穩(wěn)態(tài)短路電流Iwd。 主要是指下降特性中Uy0時對應(yīng)的電流(dinli)，一般要求： 2251fwdII.UIA0U0A10IwdUIA0U0A10Iwd圖3-11 恒流帶外拖外特性曲線a）外拖斜特性 b）外拖恒流特性 第19頁/共36頁第十九頁，共

10、37頁。4常用的外特性(txng)曲線及其應(yīng)用 外特性下降特性平特性雙階梯形特性斜緩特性緩降特性恒流特性恒流帶外拖恒壓特性平緩特性特點曲線形狀接近于一條斜線曲線形狀接近于1/4橢圓工作區(qū)段內(nèi)，焊接電流保持不變工作區(qū)段內(nèi)，焊接電流不變，外拖斜率、拐點可調(diào)工作區(qū)段內(nèi)，焊接電壓保持不變工作區(qū)段內(nèi)，焊接電壓隨電流增加略有下降由“”型和“”型特性組合構(gòu)成適用范圍焊條電弧焊，粗絲CO2 焊，埋弧焊焊條電弧焊，變速送絲埋弧焊鎢極氬弧焊，等離子弧焊焊條電弧焊等速送絲熔化極氣體保護焊、埋弧自動焊等速送絲熔化極氣體保護焊、埋弧自動焊脈沖熔化極氣體保護焊表3-1常用(chn yn)弧焊電源的外特性曲線的特點及其應(yīng)用

11、第20頁/共36頁第二十頁，共37頁。3.3 弧焊電源(dinyun)的調(diào)節(jié)特性對于一定的弧長的電弧，只有一個穩(wěn)定工作點。為了獲得一定范圍所需的焊接(hnji)電流和電壓，弧焊電源的外特性必須可以調(diào)節(jié)電弧靜特性和電源外特性曲線相交(xingjio)的穩(wěn)定工作點決定了焊接電壓和電流 3.3.2 調(diào)節(jié)參數(shù)及調(diào)節(jié)范圍（1）工作電流I2 焊接時電源輸出的電流或電弧的電流。（2）工作電壓U2 焊接時弧焊電源輸出的電壓。第21頁/共36頁第二十一頁，共37頁。常用弧焊方法的約定負載(fzi)特性為：（1）焊條電弧焊電源 U2 200.0 4 I 2 (V) I2 600A； U2 44 (V) I2 60

12、0A; （2）TIG焊電源 U2 100.0 4 I 2 (V) I2 600A； U2 34 (V) I2 600A;（3）MIGMAG焊電源 U2 140.0 5 I2 (V) I2 600A； U2 44 (V) I2 600A。（4）埋弧焊 下降特性的弧焊電源與焊條電弧焊電源的約定負載(fzi)特性相 同；平特性的弧焊電源與MIGMAG焊電源的約定負載(fzi)特性相同。其中，U2 約定負載(fzi)電壓, V； I2 約定負載(fzi)電流, A。第22頁/共36頁第二十二頁，共37頁。UIU2 f (I2)0I2minI2max電流調(diào)節(jié)范圍U01下降(xijing)特性弧焊電源的調(diào)

13、節(jié)參數(shù)及范圍圖3-13下降特性弧焊電源的調(diào)節(jié)(tioji)性能 （1）額定最大焊接電流I2max 在約定焊接狀態(tài)下，弧焊電源在最大調(diào)節(jié)位置時所能獲得的約定焊接電流的最大值。一般要求I2max 100% I2r，I2r為額定焊接電流。（2）額定最小焊接電流I2min 在約定焊接狀態(tài)下，弧焊電源在最小調(diào)節(jié)位置時所能獲得的約定焊接電流的最小值。對于手工電弧焊 I2min 20% I2r；對于TIG焊 I2min 10% I2r；對于埋弧焊 I2min 40% I2r。（3）電流調(diào)節(jié)范圍 在約定負載特性條件下，通過(tnggu)調(diào)節(jié)所能獲得的輸出電流范圍，即I2min I2max。第23頁/共36頁第

14、二十三頁，共37頁。 平特性電源的可調(diào)參數(shù)示于圖3-14。（1）額定最大工作電壓U2max 在約定(yudng)負載特性條件下，弧焊電源通過調(diào)節(jié)所能輸出電壓的最大值。（2）額定最小工作電壓 U2min 在約定(yudng)負載特性條件下，弧焊電源通過調(diào)節(jié)所能輸出電壓的最小值。（3）工作電壓調(diào)節(jié)范圍 在約定(yudng)負載特性條件下，通過調(diào)節(jié)所能獲得的輸出電壓范圍。即U2min U2max。UIU2 f (I2)0U2minU2max電壓調(diào)節(jié)范圍U0圖3-14平特性弧焊電源(dinyun)的調(diào)節(jié)性能 2 2平外特性弧焊電源平外特性弧焊電源(dinyun)(dinyun)的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)參數(shù)及范圍參

15、數(shù)及范圍第24頁/共36頁第二十四頁，共37頁。UIU2 f (I2)0I2minI2max電流調(diào)節(jié)范圍U02U013弧焊電源空載電壓(diny)U0的調(diào)節(jié)圖3-15 弧焊電源(dinyun)中U0的調(diào)節(jié)一般地，弧焊電源的空載電壓是確定的，在電流或電壓調(diào)節(jié)時，空載電壓不變。但是，在小電流焊接時，電子熱發(fā)射能力弱，需要靠強電場作用才容易引燃電弧和保持電弧的穩(wěn)定燃燒。因此，在小電流焊接時，往往需要較高的U0；在大電流焊接時，電子熱發(fā)射能力強，可以降低U0，以提高功率因數(shù)，節(jié)省電能。因此，在有些弧焊電源中，根據(jù)弧焊工藝的要求，空載電壓隨焊接電流或電壓的調(diào)節(jié)也進行(jnxng)調(diào)節(jié)（如圖3-15），從

16、而具有更好的調(diào)節(jié)特性。第25頁/共36頁第二十五頁，共37頁。3.3.3 弧焊電源(dinyun)的負載持續(xù)率與額定值設(shè)備(shbi)允許溫升%Tt%FC100100休止時間負載持續(xù)運行時間負載持續(xù)運行時間第26頁/共36頁第二十六頁，共37頁?；『鸽娫唇?jīng)常工作在非額定負載持續(xù)率的狀態(tài)下，實際工作時間與工作周期之比稱為(chn wi)實際負載持續(xù)率FC rrIFCFCI22FCr 額定負載持續(xù)率；FC 實際負載持續(xù)率；I2r 弧焊電源額定電流；I2 實際負載持續(xù)率下，允許輸出(shch)的最大電流。實際負載持續(xù)率條件下允許使用(shyng)的最大輸出電流可按下式計算：第27頁/共36頁第二十七

17、頁，共37頁。3.4 弧焊電源的動態(tài)(dngti)特性3.4.1 基本概念無論是電源的外特性還是(hi shi)電源的調(diào)節(jié)特性，主要是根據(jù)電弧的靜特性來討論的，即是弧焊電源必須滿足電弧穩(wěn)態(tài)燃燒的要求。但是，在實際焊接過程中，電弧處于穩(wěn)態(tài)的時間是短暫的、相對的，尤其是在熔化極電弧焊中，電極（焊條或焊絲）被加熱形成金屬熔滴，熔滴從小到大，電弧長度也要隨之變化，當(dāng)熔滴過渡到熔池中時，經(jīng)常會出現(xiàn)短路現(xiàn)象。所以，在焊接過程中，電弧長度、電弧電壓和電流不斷的變化，甚至?xí)霈F(xiàn)瞬間較大的變化，因而，電弧焊接中，尤其是熔化極電弧焊時，焊接電弧是電源的一個動態(tài)負載?；『鸽娫幢仨毦哂袧M足動態(tài)電弧負載要求的特性，該特

18、性就是弧焊電源的動特性弧焊電源的動特性： 電弧(dinh)負載狀態(tài)發(fā)生瞬態(tài)變化時，弧焊電源輸出電壓與電流的響應(yīng)特性。它表明了弧焊電源對電弧(dinh)負載瞬變的適應(yīng)能力。第28頁/共36頁第二十八頁，共37頁。3.4.2 3.4.2 電弧動態(tài)變化的特點及其對弧焊電源動特性電弧動態(tài)變化的特點及其對弧焊電源動特性(txng)(txng)的要的要求求圖3-16 熔滴過渡形式和電弧電壓、電流(dinli)的波形a) 射流過渡 b) 滴狀過渡 c) 短路過渡 熔化極電弧焊中，所采用的工藝方法和焊接工藝參數(shù)不同，熔滴過渡形式不同，負載的變化情況各異，因此，對弧焊電源的動特性要求就有所不同。如圖3-16a、

19、b所示，在射流過渡或滴狀過渡的熔化極電弧焊中，電弧電壓和電流基本不變，此時電弧可以看作靜態(tài)負載，因此對電源的動特性沒有什么特殊要求。而對短路過渡的熔化極電弧焊來說，電弧不停地在負載、短路和空載(kn zi)三態(tài)之間轉(zhuǎn)換，所以采用短路過渡的熔化極電弧焊對電源的動特性提出了較高的要求 第29頁/共36頁第二十九頁，共37頁。t1t2t3t4t5短路引弧 燃弧 短路 引弧空載00U0uiUdUfIsdIwdIfIfdtt1）2） 3）4） 5）圖3-17 手工(shugng)電弧焊時，弧焊電源輸出電壓和電壓變化示意圖（1）由空載到短路的瞬時短路電流峰值Isd，它主要影響引弧過程。太小不利于引弧階段的

20、熱發(fā)射和熱電離，使引弧困難；太大則容易造成飛濺大，甚至引起工件燒穿。因此，對Isd往往提出要求，一般是以其與焊接電流I2之比來要求，例如：Isd / I23.0。（2）由負載到短路的瞬時短路電流峰值Ifd，它主要影響熔滴過渡的情況。太大熔滴飛濺嚴重，使焊縫成形變壞，甚至引起焊件燒穿、電弧不穩(wěn)。太小則熔滴過渡困難。因此，對Ifd也要提出要求，一般是以其與焊接電流I2之比來要求，例如：Ifd / I22.5。第30頁/共36頁第三十頁，共37頁。2短路過渡(gud)細絲CO2焊接要求：1、瞬時短路(dunl)電流峰值Isd、Ifd2、短路(dunl)電流上升率di/dt熔滴短路過渡過程與電壓電流波

21、形示意圖t1 燃弧時間 t2 短路時間 t3 拉斷熔滴后的電壓恢復(fù)時間 T 短路周期 T= t1+ t2+ t3 Imax 最大電流(短路峰值電流) Imin 最小電流 Ia 平均焊接電流 Ua 平均電弧電壓di/dt過小，熔滴難以短路過渡，導(dǎo)致短路時間的延長和焊絲成段爆斷；didt過大，導(dǎo)致短路電流增長過快，瞬間達到短路電流的峰值，產(chǎn)生嚴重的小顆粒飛濺，使熔滴過渡困難。因此，didt必須有一合適值，表3-2給出了其推薦值僅供參考。第31頁/共36頁第三十一頁，共37頁。表3-2 CO2焊接(hnji)短路電流增長速率推薦值焊絲直徑 /mm0.81.21.6短路電流增長速率 / kAs-150

22、1504013020753.4.3 弧焊電源動特性(txng)標準和評價方法主觀評定，是由操作者經(jīng)試焊后作出的。所謂動特性好，一般指引弧和重新引弧容易，電弧穩(wěn)定(wndng)和飛濺少。 客觀評定，是用儀器測定一些參數(shù)后作出評定的（按有關(guān)國家標準規(guī)定的技術(shù)指標來評價）由于引起焊接電弧、焊接過程瞬態(tài)變化的影響因素很多，因此，通過一些具體的參數(shù)指標來衡量弧焊電源動態(tài)特性的優(yōu)異是很困難的，所以，目前國內(nèi)外對弧焊電源動態(tài)特性的客觀評價標準還處于研究中。第32頁/共36頁第三十二頁，共37頁。大多數(shù)的弧焊電源雖然還沒有具體的動態(tài)特性評價指標(zhbio)，但是都要求保證引弧容易、可靠，焊接飛濺小等。因此，引弧與飛濺情況往往是人們考核電源動態(tài)性能的重要內(nèi)容 第33頁/共36頁第三十三頁，共37頁。在檢測弧焊電源引弧情況時，一般(ybn)可以采用記憶示波器、光線示波器等儀器記錄焊接引弧過程的焊接電流和負載電壓波形，以三次引弧時間平均值的大小來確定引弧的難易。在評定熔