电弧焊方法及设备：弧焊电源.pdf

第三篇! 电弧焊方法及设备 第一章!弧焊电源 弧焊电源是用来对焊接电弧提供电能的一种专用设备， 是电弧焊机中的核心部分。 和一般电力电源不同， 弧焊电源的负载是电弧， 它必须具有弧焊工艺所要求的电气性能， 如合适的空载电压， 一定形状的外特性， 良好的动特性和灵活的调节特性等。 第一节!弧焊电源的类型、 基本特点及其适用范围 一、 弧焊电源的类型 弧焊电源有各种分类方法： 按输出电流的种类分， 有直流的、 交流的和脉冲的三大弧 焊电源类型； 按输出外特性特征分， 有恒流 （垂直下降） 外特性、 恒压 （平） 外特性和介乎 这两者之间的缓降外特性等三大弧焊电源类型； 按对外特性和焊接参数等的控制与调节 分， 有机械控制、 电磁控制和电子控制等三大弧焊电源类型。 按输出电流种类进行分类， 比较便于选用， 它在每一大类中又按其工作原理、 结构特 征或使用的关键器件不同细分成若干种型式， 见图 “ #$ #$。另外两种分类法在后面介 绍各种弧焊电源的工作原理中将述及。 二、 弧焊电源的基本特点和适用范围 工业上普遍应用的是交流和直流弧焊电源， 而脉冲弧焊电源目前只在有限范围内使 用。它们的基本特点和适用范围列于表 “ #$ #$。 “%$7、 连续 约定负载电压+ 8776 时， “%*,8776 时， “%*“,8776 时， “%*,8776 时， “%*,8776 时， “%*,）(,+ 额定输出功率8 ? 输 ! 入 电网电压8 “=,+,8;,+,8;,+,8;, 额定容量8 ?“/%+,a = 效! 率 （）:; 重! 量8 ?d?#$#$#$ 额定电流6 7“/ #“:)8 额定容量6 %0 %?,# 输 出 额定焊接电流 (“#(+“=#=#,# 电流调节范围 a# b(“#(# b(+“=# b=# b=#+ b,# 空载电压 c“=#“+ 额定工作电压 c+“ b(d(=+, b=d“ b=“ 额定负载持续率 （$）+#5#5#5# 额定输出功率 ef 输 入 电网电压 c(,#(,#(,#dd#(,#=+“(,#=# 电源相数( 频率 gh“#5#“#5#“#5#“#5#“#5# 额定初级相电流 额定容量 ecd#d(+() ,5a 功率因数 ij9! #) k, 效率 （$） 质量 e 5(“ 第三篇! 电弧焊方法及设备 型! ! 号 （旧型号） “#$%)* 98;* 9)8* 电源3 93:* 96? 逆变弧焊 整流器 额定输出电流 5*?0$) “%的控制。 -） 给定及电路反馈电路! 从分流器上取得的输出电流反馈信号 #?送至 ;%$%*和由 # 端送来的给定信号 #进行比较， 然后输出控制电压 #， 以实现获得恒 流外特性的控制。 1） 分频及驱动电路! ;%-： 2 为 / 触发器， 其输出端与 / 端相连构成一分频电路， 由 +.$和 .与 +.-和 .1等器件分别组成脉冲产生回路， 从 / 触发器输出信号， 经与非门 ;%1 使 +.$和 .与 +.-和 .1交替输出触发脉冲。 ） 变频电路! 由两单稳态触发器 ;%$： 2 和 ;%$： 3 以及 / 触发器 ;%-： 3 等组成。 4） 一次过流保护! 由 ,a$获得电流信息， 经 +/4( +/*整流桥和 ;%$ 能使触发脉 冲停止而实现对逆变器的过电流保护。 1和 %,两组场效应管 （每组由 * 只 -1和 %,、 电容器 #1和 0 第三篇! 电弧焊方法及设备 “#、 中频变压器 $ 等组成半桥对称式逆变电路， 获得中频交流电， 其工作频率为 % 控制器， 经驱动电路控制 678$ 的通断， 在电流、 电压反馈和给定值共同作 用下获得所需外特性。图 - 0% 0#5 中的 !是预置电流门限值， 通过 6“#与由 “%取得的 信号进行比较以实现电源短路特性控制， 同时还能起到瞬时过电流保护作用。 “-、 “-和 “.、 #.组成阻容吸收回路进行过压保护， 以吸收管子关断过程中产生的电 =- 第三篇! 电弧焊方法及设备 压尖峰， 抑制过高的“! “， 保证 #$% 和 #$89 以上， 高达 76;89。管子开关时间 短， 有自关断能力。优点是工作频率高， 有利于减轻重量和体积， 控制方便， 容易获得任 意外特性和无级调节工艺参数。无关断困难。缺点是管子容量小， 须多管并联使用， 管 子有负温度系数， 须解决均流问题， 热稳定性不理想； 其过载能力弱， 有二次击穿问题； 属 电流控制型， 需设驱动电路， 电路较复杂， 制造与维修技术难度大。 对开关晶体管的要求是高电压、 大电流、 适当增益和低的功率损耗。 14 场效应管式逆变孤焊电源 601 第三篇! 电弧焊方法及设备 场效应管式逆变弧焊电源逆变器使用的是功率场效应管， 属单极型全控器件， 一般 采用 “#$ 调制方式控制。其工作频率在 %4, ! 78“$6%， 78$6%， 984,%， 98:$4,%， 98,3%“, ;3% ! 78“,%， 78“%， 78$4,%， 983%， 98:$3%,% ;6% ! 78“3%， 78$3%， 78$,%2% ;+% ! ! （“） 电缆的选择 $） 动力线! 是网路与弧焊电源连接的导线， 在不影响使用性能条件下尽量选用铝电 缆， 一般耐压为交流 ,% 伏。对于位置固定的弧焊电源可选用单芯电缆， 经常移动的应 53“ 第三篇! 电弧焊方法及设备 选用柔软的多芯电缆。通常按允许温升来确定许用电流密度和电缆的截面积。对于一 般长度的单芯铜电缆是以电流密度 “ #$%& ()选择截面积； 对于多芯铜电缆或长度 * +%( 时， 则以电流密度 + #,& ()选择截面积。若选用铝电缆时， 其截面积应比铜电缆 增大 $- , 倍。 表 + .$ .+) 为动力线的通用橡套软电缆。 )） 焊接电缆! 选择时应考虑绝缘性、 耐磨性和柔软性， 而且能承受较大机械力。电 缆的截面积是根据焊接电流和导线长度来选择。此外， 还要注意电缆压降对焊接质量的 影响， 一般压降宜小于 / 伏 （约为工作电压的 $%0） 。当电缆长度较大时， 应适当加大电 缆的截面。表 + .$ .+ 列出焊接电缆和电流、 导线长度的关系， 供选择参考。 通常是选用 122 型电焊机用橡套电缆和 1223 型电焊机用橡套特软电缆， 其产品 规格见表 + .$ .+/ 和表 + .$ .+“。 表 + .$ .+)! 通用橡套软电缆载流量 主线芯截面 () 载流量 & 14， 14516， 165 二芯三芯四芯单芯二芯三芯四芯 $7$/$+ $- “)$8$8 ),) )- “+%)“)“+7+%),)7 /$+“+,/7+9+/+/ ,“+/“/“)“$/+/ $%7“7/,+,+ $,$)988/8/ )“$/8$+“$“$, +“$8+$,7$/)$/+ “%),)%8$7,$77 7%)89)“9)/)/ 9“)“+$8)7+)7+ $)%/$“+7$+$,+$, ! !表 + .$ .+! 按焊接电流和导线长度选择焊接电缆截面积 导线长度 ( 电缆截面积 () 焊接电流 & )%+%/%“%,%7%8%9%$% $%)“)“)“)“)“)“)“)8+“ $“%+“+“+“+“%“%,%7%7% 8/+ 第三篇! 电弧焊方法及设备 导线长度“ # 电缆截面积“ #$ 焊接电流“ % $&(&)&*&+&,&-&.& $&)&*&+&+&+&+& &)&*&*&+&+&+&,),) (&)&*&+&,),),)-)-) )&)&*&+&,)-)-)-).$&.$& *&*&+&,),)-)-).$&.$&.$& 表 /. /(! 011 型电焊机用橡套电缆 （工作电压“.$&2， 允许长时工作温度“ 3)4） 线芯数及 标称截面 “ #$ 导电线芯 铜线根数股数 单线直径 “ # 线芯直径 “ # 绝缘厚度 “ # 橡套厚度 “ # 电缆外 径“ # 铜重“ 565# /. 电缆重量“ 565# /. . 7.*$,.-&8 *8 $&8 ,.8 $8 ).()$,$ . 7$)($.-&8 +8 )&8 ,.8 (.$8 *$-+ . 7)(-(.-&8 -8 $&8 ,.8 *.)8 )$.)+ . 7)&+&.-&8 .&8 )&8 ,.8 ,.+8 &()+ . 7+&-+&8 .$8 -).8 &$8 $&8 *+-& . 7-).$+&8 .(8 +&.8 &$8 ($8 ,*- . 7.$&.+&$+&8 .+8 .).8 $8 ($)8 * . 7.)&$.&-+&8 .,8 -&.8 $8 ($+8 表 /. /)! 0119 型电焊机用橡套特软电缆 （工作电压“.$&2， 允许长时工作温度“ 3)4） 线芯数及 标称截面 “ #$ 导电线芯 铜线根数股数 单线直径 “ # 线芯直径 “ # 绝缘厚度 “ # 橡套厚度 “ # 电缆外径 “ # 铜重 “ 565# /. . 7*.,-+&8 $8 *-&8 ,.8 $,8 ) . 7.&$+&8 $(8 ,-&8 ,.8 $-8 &- . 7.*).-&8 $*8 .)&8 ,.8 $.&8 ,.() . 7$)+-.-&8 $,8 &8 ,.8 (.8 &$ . 7)$-&8 $-8 &8 ,.8 *.(8 )$. . 7)&.)-*.-&8 $.&8 *&8 ,.8 ,.*8 )()+ -( 第三篇! 电弧焊方法及设备 线芯数及 标称截面 “ #$ 导电线芯 铜线根数股数 单线直径 “ # 线芯直径 “ # 绝缘厚度 “ # 橡套厚度 “ # 电缆外径 “ # 铜重 “ %&%# ( ( )*+,-*+. -($. ,/(. +$. $+. +0-* ( ),/(-$-*+. -(1. *+(. +$. 1$. +20( ! ! $. 各类弧焊电源的安装 任何弧焊电源， 无论是新的还是长期放置未用的， 在安装之前都应按产品说明书或 有关国家标准进行检查， 安装时应根据弧焊电源的特点、 所处的工作环境与条件、 供电情 况等作分别处理。 各类弧焊电源的安装可参照表- ( -0 所列内容进行。 表 - ( -0! 各类弧焊电源的安装 类型内! ! 容 弧 ! ! 焊 ! ! 变 ! ! 压 ! ! 器 ! (） 安装前检查： ! !外观检查检! 查是否达到接线柱、 螺母、 垫圈等完整无损、 仪表完好正常， 机壳有 2# 以 上接地螺钉， 电流调节机构动作平稳， 焊机滚轮灵活、 手柄、 吊攀齐全可靠， 铭牌技术数据齐全 清晰， 漆层光整。 ! “内部机件检查! 应该是内部各机件完整无损、 电路接头无移动、 活动线圈 （或活动铁心） 移动正常 ! #绝缘电阻检查! 一般使用 /+3 兆欧表检测， 应符合下列要求 检测部位绝缘电阻 （4$） # 一、 二次回路之间/ 一次侧回路与机架之间$. / 二次侧回路与机架之间$. / 控制回路与机架以及所有其他回路之间$. / ! $） 安装时注意事项 ! !弧焊变压器的一次电压与网络电压一致， 一次电压有 -2+3、 $+3 或两用的， 电网功率应 够用。 ! “弧焊变压器和电网间应装有独立的开关和熔断器。开关、 熔断器、 电缆的选择要正确， 导 线截面和长度要合适， 以保证在额定负载时动力线电压降不大于电网电压的/5， 焊接回路电 缆线压降不大于 13。电缆绝缘应良好 ! #弧焊变压器外壳应接地或接零。若电网电源为三相四线制， 应把外壳接到中性线上， 若 为不接地的三相制， 则应把机壳接地 ! %室内安装， 应置于通风、 干燥处。室外安装要有防雨淋日晒和防潮措施。焊机附近不得 有灰尘、 烟雾、 霉菌、 水蒸气及有害工业气体等。 ! &安装多台弧焊变压器时， 应分别接在三相电网上， 尽量保持三相负载均衡 +/- 第三篇! 电弧焊方法及设备 类型内! ! 容 弧 焊 整 流 器 和 弧 焊 逆 变 器 ! “） 安装前检查 ! 检查项目与弧焊变压器相同， 但内部检查时要注意整流元件保护电路的电阻、 电容接头是 否松动， 以防止使用时浪涌电压损坏整流元件， 在用 #$% 兆欧表作绝缘电阻检测之前， 应先 用导线将整流器或整流元件、 大功率电子器件等短路， 以防止这此器件检测时被过电压击穿。 ! &） 安装时注意事项 ! 除与前面弧焊变压器安装注意事项中的! “相同外， 还应注意： ! !接线时一定要保证冷却风扇转向正确， 以便内部热量顺利排出。 ! #安装晶闸管式弧焊整流器或逆变器时， 应注意主回路晶闸管的电流极性与触发信号极性 的配合 （相序配合） ! $当弧焊整流器作为其他设备的配套电源使用时， 其质量检查应先单独检查， 而后再配套 检查， 注意设备运行是否正常， 如空载电压、 工作电压、 电流是否正常等。 ! ! 三、 弧焊电源的使用与维护 “( 使用与维护注意事项 正确使用和经常维护弧焊电源， 才能正常发挥其工作性能和延长其使用寿命。一般 应当： “） 每次使用前都应检查一下动力线和焊接电缆接线有无异样， 所有接线柱接触是否 良好和紧固， 机壳是否接地等。 &） 注意弧焊电源的工作环境， 气温不得超过 )$*， 相对湿度不得超过 +#,。 -） 应在空载下启动、 调节焊接电流和变换极性。 )） 弧焊电源启动后空载动行时， 应观、 听有无异常现象， 正常后才操作使用。例如， 弧焊整流器的冷却风扇是否转动， 转动速度和方向是否正确等。 #） 使用时焊接电流和连续工作时间应符合弧焊电源规范要求， 通常是按照相应的负 载持续率来确定。焊接过程中不能长时间短路或过载运行， 发现过热应及时停歇。待冷 却后再继续操作， 以免被烧坏。弧焊电源的工作电压应符合 ./0 1 +“+“22# 中约定负 载电压的要求， 如焊条电弧焊 ! 3&$ 4$( $)“ （%） ， “ 为焊接电流。一台电源的焊接电流不 够用时， 可把多台电源并联使用。 5） 弧焊电源应在通风、 干燥、 不靠近高温和空气中粉尘多的地方运行； 若露天使用， 要防雨防晒； 搬移时， 不应使电源受剧烈振动， 特别对弧焊整流器更要小心； 严防铁屑、 螺 钉、 螺母、 焊剂、 焊条头等落入弧焊电源内部， 工作过程不得随意移动或打开外壳顶盖等。 6） 弧焊电源应建立操作规程和定期维修制度， 重要的或复杂的弧焊电源应有专人管 理和使用。经常保持各种接头或接线柱接触良好牢靠； 经常检查易磨损件， 经常保持弧 焊电源的清洁， 定期用干燥的压缩空气吹净内部的灰尘， 工作完毕或临时离开工作场地 “#- 第三篇! 电弧焊方法及设备 时， 必须及时切断电源， 下班时应整理和打扫场地， 保护环境的整洁。 “） 发现故障， 应立即切断电源， 分析原因及时排除或修理。 #$ 弧焊电源的并联运用 当一台弧焊电源的焊接电流不够时， 可以把多台电源并联起来使用， 但必须注意均 衡电流和极性等问题。 （%） 弧焊变压器的并联 空载电压相同的弧焊变压器， 不论其型号、 容量是否相同均可并联使用。若空载电 压不同， 则并联后在空载情况下弧焊变压器之间即出现不均衡环流， 增加电能的消耗。 两台弧焊变压器并联时， 应将两者的一次绕组接在网路同一相， 二次绕组也必须同 相相联， 如图& % #( 所示， 多台并联时， 可分组分相接入电网， 以利于三相负载均衡。 使用时， 注意负载电流的协调分配， 可以通过各弧焊变压器的电流调节装置调配。 图 & % #(! 弧焊变压器并联线路图 （#） 弧焊整流器的并联 具有下降外特性的弧焊整流器都可以并联使用， 但接线时， 必须同极性相联， 见图 & % &)。由于整流器有整流元件彼此阻断作用， 故不致因空载电压不同而产生均衡电 流。不同的弧焊整流器并联， 最好是容量相接近， 使用时要注意电流的合理调配。 四、 弧焊电源的故障与检修 弧焊电源在使用过程中发现有不正常现象， 应停机查明原因并加以排除。某些机 件、 器件损坏或失效， 应及时修理或更换， 以恢复其原有性能和延长使用寿命。 %） 弧焊变压器常见故障及检修方法， 见表 & % &*。 #） 弧焊整流器常见故障及检修方法， 见表 & % &“。 #+& 第三篇! 电弧焊方法及设备 图 “ #$ #“%! 弧焊整流器并联使用线路图 表 “ #$ #“&! 弧焊变压器常见故障及检修方法 故障现象可能原因检修方法 空 载 电 压 不 正 常 无空载电压 ! !焊接电源开关工作不正常、 触点接触 不良 ! “动力线断或一、 二次绕组断路 ! #焊接电缆接触不良或断路 ! !检修电源开关 ! “检查动力线和一、 二次绕组的 通断， 更换断线 ! #检查焊接回路， 使之接触良好 空载电压低 ! !供电线路电阻太大 ! “二次绕组匝间短路， 焊接回路上接头 接触电阻过大 ! !检查动力线规格选择是否合 适， 如过长过细等 ! “检查线圈绝缘情况， 更换绝缘 材料或重绕线圈， 改善接头接触 条件 焊 接 电 流 不 正 常 焊接电流过小 ! !焊接电缆过长， 电阻大 ! “焊接电缆盘成盘形， 感抗大 ! #电缆有接头或与焊件接触不良 ! $铁芯绝缘破坏， 涡流增加 ! !减少电缆长度或加大电缆线径 ! “将电缆放开， 不绕成盘状 ! #改善接头接触状况， 使之良好 ! $检查磁路绝缘， 重新刷绝缘漆 焊接电流过大! 电抗器线圈有短路! 检查并修复电抗器线圈 !焊接电流不 稳定， 忽大忽小 ! !焊接回路接线处接触不良， 时松时紧 ! “电流调节机构随焊机震动而移动 ! !紧固接线处， 使接触良好 !“检修电流调节机构， 使可动部 分固定 过 热 线圈过热 ! !焊机过热 ! “变压器线圈短路 ! !按规定的负载持续率下的焊 接电流值使用 ! “重绕线圈或更换绝缘 铁芯过热 ! !电源电压超过额定值 ! “铁芯硅钢片的螺杆等的绝缘损坏 ! !检查电源开关并对照焊机铭 牌上的规定数值 ! “清洗硅钢片， 重刷绝缘漆 ! #更换绝缘材料 ! 接线处接触电阻过大或接线螺母松动 ! !清理接线部位 ! “旋紧螺母 “ 第三篇! 电弧焊方法及设备 故障现象可能原因 ! 经常烧断保险 ! !电源线有短路或接地 ! “