焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

1、第三節(jié) 焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理第三節(jié) 焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理第三節(jié) 焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理圖 36 焊機分類焊條電弧焊所用焊機按電源的種類可分為交流 弧焊機和直流弧焊機兩大類。其中直流弧焊機按 變流的方式不同又分為：弧焊整流器、逆變弧焊 機和旋轉(zhuǎn)式直流弧焊發(fā)電機（現(xiàn)已淘汰）等。每一一 類型的焊機根據(jù)原理和結(jié)構(gòu)特點又可分為多種 型式，具體見圖 36 一、交流弧焊機（一）結(jié)構(gòu)交流弧焊機的三個類別的結(jié)構(gòu)分別如圖37圖 39 所示。匚埶L気埠機（r_Ll劫*式盍式U）外形團（b）線齡圈圖 3 7 BX1 330 交流弧焊機1 初級繞組；

2、2、3次級繞組；4動鐵芯；5靜鐵芯；6接線板；7搖把46圖 38 BX2500 型（同體式）焊機結(jié)構(gòu)示意圖1固定鐵心 2初級繞組 3次級繞組 4電抗線圈 5活動鐵心圖 39 BX3300 型（動圈式）焊機結(jié)構(gòu)示意圖1 初級線圈 2次級線圈 3鐵心（二）工作原理目前應(yīng)用最廣泛的“動鐵式”交流焊機如圖 3 7 所示。它是一個結(jié)構(gòu)特殊的降壓變壓器，屬于 動鐵芯漏磁式類型。焊機的空載電壓為6070V。 工作電壓為 30V， 電流調(diào)節(jié)范圍為 50 450A。鐵芯由兩側(cè)的靜鐵芯 5 和中間的動鐵芯 4 組成， 變壓器的次級繞組分成兩部分， 一部分緊 繞在初級繞組1 的外部，另一部分繞在鐵芯的另 一側(cè)。前一

3、部分起建立電壓的作用，后一部分相 當(dāng)于電感線圈。焊接時，電感線圈的感抗電壓降 使電焊機獲得較低的工作電壓，這是電焊機具有 陡降外特性的原因。引弧時，電焊機能供給較高 的電壓和較小的電流，當(dāng)電弧穩(wěn)定燃燒時，電流 增大，而電壓急劇降低；當(dāng)焊條與工件短路時， 也限制了短路電流。焊接電流調(diào)節(jié)分為粗調(diào)、細調(diào)兩檔。電流的細調(diào) 靠移動鐵芯 4 改變變壓器的漏磁來實現(xiàn)。向外移 動鐵芯，磁阻增大，漏磁減小，則電流增大，反 之，則電流減少。電流的粗調(diào)靠改變次級繞組的 匝數(shù)來實現(xiàn)。該電弧焊機的工作條件為應(yīng)在海拔不超過 1000m,周圍空氣溫度不超過+40 C、空氣相對 濕度不超過85%等條件下使用，不應(yīng)在有害工 業(yè)

4、氣體、水蒸汽、易燃、多灰塵的場合下工作。二、直流弧焊機（一）結(jié)構(gòu)由于整流或直流弧焊機與直流弧焊發(fā)電機比較， 因沒有機械旋轉(zhuǎn)部分，具有噪音小，空載損耗小、 效率高、成本低和制造維護簡單等優(yōu)點。因此， 有取代直流弧焊發(fā)電機的趨勢，在這里只介紹整 流式直流弧焊機。整流式直流弧焊機常用型號如ZXG 300、ZXG 400 等。硅整流電弧焊機是 利用硅半導(dǎo)體整流元件（二極管）將交流電變?yōu)橹?流電作為焊接電源。圖 310 為硅整流電弧焊機 的結(jié)構(gòu)示意圖。圖 310 硅整流電弧焊機1硅整流器組 2三相變壓器 3三相磁飽和 電抗器4輸出電抗器 5通風(fēng)機組（二）工作原理 工作原理見圖 311。接通開關(guān) Ki,通

5、風(fēng)機組 FM 運轉(zhuǎn)， 風(fēng)壓開關(guān) KEY閉合， 主接觸器 Jc-1閉 合，三相弧焊變壓器 Bi工作。與此同時 Jc-2閉合，控制變壓器 B2工作，磁放大器運行，硅整流器 工作，輸出一定的直流電壓，這就是焊機的空載 電壓。由于沒有焊接電流，磁放大器的電抗繞組 FD 電抗壓降幾乎為零，使焊機輸出端具有較高 的空載電壓，便于引弧。當(dāng)施焊時，由于有輸出， 形成電流，電抗繞組 FD 通過交流電，使其得到 較大的電抗壓降，并隨電流的增大，電抗壓降隨 之增大，從而得到陡降外特性。當(dāng)短路時，由于 短路電流很大，F(xiàn)D 通過的交流電急增，它產(chǎn)生 的電抗壓降使工作電壓幾乎接近于零， 這就限制 了短路電流。圖 311

6、ZXG 300 型硅整流電焊機電氣原理圖改變控制回路磁盤電阻 Rio， 使磁放大器控制繞 組 FK中直流電發(fā)生變化，鐵芯中的磁通就相應(yīng) 發(fā)生變化，從而改變了磁放大器交流繞組 FD 的 電流。為減少網(wǎng)路電壓波動對焊接的影響， 在控 制回路中采用了鐵磁諧振式穩(wěn)壓器， 以保證激磁 電流的穩(wěn)定，減少對焊接電流的影響。按動 K2,通風(fēng)機組 FM 停止工作，風(fēng)壓開關(guān) KEY開啟，主接觸器 Jc-i斷開，主回路斷電。同時 Jc-2斷開，控制回路斷電，焊機全部停止工作。焊接電流的調(diào)節(jié)依靠面板上的電流調(diào)節(jié)控制器， 來改變磁放大器控制或線圈中直流電大小使鐵 芯中的磁通發(fā)生相應(yīng)變化，從而調(diào)整了焊接電流 的大小。熱將

7、接線板燒毀或使由焊鉗過熱而無法 工作。三、負載持續(xù)率焊接設(shè)備銘牌中都標有負載持續(xù)率。負載持續(xù)率 是用來表示焊接設(shè)備工作狀態(tài)的參數(shù)， 它是在選 定的工作時間周期內(nèi)允許焊接設(shè)備連續(xù)負載的 時間。眾所周知，焊接設(shè)備工作時會發(fā)熱，溫升過高會 把焊接設(shè)備的線包絕緣燒毀（一般焊接設(shè)備的溫 度不得超過 6080C）。溫升與焊接電流大小有 關(guān)，同時也與焊機使用狀態(tài)有關(guān)，連續(xù)運轉(zhuǎn)與斷 續(xù)使用時溫升情況不一樣。負載持續(xù)率計算方法如下：標準規(guī)定：500A 以下的焊接設(shè)備選定的工作時 間周期為 5 分鐘。計算時，每個 5 分鐘內(nèi)測出電 弧燃燒時間，代入式中即得出焊機負載持續(xù)率。表 33 和表 34 給出了交流弧焊機

8、BX3 300 的負載持續(xù)率和硅整流弧焊機 ZXG 一 300 的負 載持續(xù)率及相應(yīng)的工作電流。表 3 3 BX3300 交流弧焊機負載持續(xù)率負載持續(xù)率焊接電流(%)(A)10023060300表 34 ZXG 300 硅整流弧焊機負載持續(xù)率負載持續(xù)率焊接電流(%)(A)10023260300四、焊機的外特性在規(guī)定范圍內(nèi)，焊機穩(wěn)態(tài)輸出電流和輸出電壓的負載持續(xù)率=在選定的工作時間內(nèi)負載的時間選定的工作時間周期100%關(guān)系稱為焊機的外特性。焊機的外特性如圖 3 12所示。焊機外特性有三種形式： 即下降特性（陡降、 緩 降） 、平特性和上升特性。由于熔滴過渡和熱慣 性以及操作等原因，焊接時電弧長度總

9、是在不斷 的變化，因而電弧電壓和焊接電流也在不斷地變 化。為保證焊接質(zhì)量穩(wěn)定，總希望焊接過程中焊 接電流變動越小越好。從圖 3 13 可以看出，具 有陡降外特性的焊機和緩降外特性的焊機， 當(dāng)焊 接電流發(fā)生相應(yīng)的變化值 I 時， 陡降外特性曲 線引起的電壓變化值 U2大于緩降外特性曲線 引起的電壓變化值 Ui。換句話說，對于相同的 弧長變化，陡降外特性焊機所引起的電流變化要 比緩降外特性焊機所引起的焊接電流變化小得 多。焊條電弧焊過程中，弧長變化是經(jīng)常發(fā)生的， 為了保證焊接電流穩(wěn)定，顯然要求焊機具有陡降 的外特性。圖 312 焊機外特性曲線1陡降外特性曲線 2緩降外特性曲線 3上升特性曲線 4乎

10、特性曲線1圖 313 兩種不同下降程度的外特性曲線1緩降外特性曲線 2陡降外特性曲線五、焊條電弧焊輔助設(shè)備和工具焊條電弧焊輔助設(shè)備和工具包括電焊鉗、焊接電 纜、面罩及其它防護用具。(一一) 電焊鉗電焊鉗是夾持焊條并傳導(dǎo)焊接電流的操作器具。 對電焊鉗的要求是：在任何斜度都能夾緊焊條； 具有可靠的絕緣和良好的隔熱性能；電纜的橡膠 包皮應(yīng)伸入到鉗柄內(nèi)部，使導(dǎo)體不外露，起到屏 護作用；輕便、易于操作。電焊鉗的規(guī)格和主要 技術(shù)數(shù)據(jù)見表 35。表 35 電焊鉗的規(guī)格和主要技術(shù)數(shù)據(jù)規(guī)格額定值適用耐電 能連 接負載持續(xù)工作 電壓工作電流率(%)(V)(A)(mm)(V /min)電纜 截面(mm2)50060

11、405004.08.010009530060323002.55.910005010060261602.04.0100035(二二) 焊接電纜焊條電弧焊在工作中除焊接設(shè)備外，還必須有焊 接電纜。焊接電纜應(yīng)采用橡皮絕緣多股軟電纜， 根據(jù)焊機的容量，選取適當(dāng)?shù)碾娎|截面，選取時 可參考表 3 6。如果焊機距焊接工作點較遠，需要較長電纜時，應(yīng)當(dāng)加大電纜截面積使在焊接 電纜上的電壓降不超過 4V，以保證引弧容易及 電弧燃燒穩(wěn)定。不允許用扁鐵搭接或其它辦法來 代替連接焊接的電纜，以免因接觸不良而使回路 上的壓降過大，造成引弧困難和焊接電弧的不穩(wěn)表 36 焊:接電纜選用表最大焊接電200300450600流(

12、A)焊接電纜截面積(mm2)25507095焊機和焊接手柄與焊接電纜的接頭必須擰緊， 表 面應(yīng)保持清潔，以保證其良好的導(dǎo)電性能。不良 的接觸會損耗電能，還會導(dǎo)致焊機過熱將接線板 燒毀或使電焊鉗過熱而無法工作。(三三) 面罩及其它防護用具面罩的主要作用是保護電焊工的眼睛和面部不 受電弧光的輻射和灼傷，面罩分手持式和頭盔式 兩種。面罩上的護目玻璃起到減弱電弧光并過濾 紅外線、紫外線的作用。護目玻璃有不同色號、 目前以黑綠色的為多，應(yīng)根據(jù)電焊工的年齡和視 力情況盡量選擇顏色較深的護目玻璃以保護視 力。護目玻璃外還加有相同尺寸的一般玻璃， 以 防金屬飛濺沾污護目玻璃。焊工用護目遮光鏡片 的選用可按表 118 進行。其它防護用品有電焊工在工作時需佩帶的專用 電焊手套和護腳，以及清渣時應(yīng)戴的平光眼鏡。六、交流弧焊機與直流弧焊機的比較 交流弧焊機的主要優(yōu)點是成本低、制造維護簡 單，噪聲較??；缺點是不能適應(yīng)堿性焊條，且焊 接電壓、電流容易受到電網(wǎng)波動的