焊接电弧及弧焊电源问答.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除焊接电弧及弧焊电源问答1 什么是焊接电弧？它有何主要性质？电弧是一种空气导电的现象，在两电极之间产生强烈而持久的放电现象，称为电弧。由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与焊件间、在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象称为焊接电弧。其主要性质为：1） 维持电弧放电的电压较低 一般为1050V。2） 电弧中的电流很大，可从几安到几千安。3） 具有很高的温度，弧柱中心温度可达500030000K，某些情况下可达50000K以上（等离子弧）。正是由于弧柱中心具有如此高的温度，超过了金属的熔点，因此可以用来熔化金属，作为各种电弧焊方法的热源。2 什么是等离子弧？它有何特点？利用等离子焊炬，将阴极（如钨极）和阳极之间的自由电弧压缩成高温、高电离度及高能量密度的电弧，称为等离子弧。等离子弧的主要特点是：能量高度集中 能量密度大，因此等离子弧对焊件加热集中，熔透能力强，可采用比钨极氩弧焊高得多的焊接速度进行焊接。温度高 生产中使用的等离子弧其弧柱中心温度可达1800024000K，比普通焊接电弧高出很多。焰流速度大，可达300m/s以上。因此，等离子弧被广泛应用于焊接、喷涂、堆焊以及金属和非金属的切割。3 焊接电弧由哪几部分所组成？各部分的性质如何？焊接电弧在其轴线方向由阴极区、阳极区和弧柱三部分所组成，见图1。阴极区 电弧紧靠负电极的区域。阴极区很窄，约为10-510-6cm。电弧放电时，负电极表面上集中发射电子的微小区域，称为阴极斑点。阴极斑点是负电极上具有光亮的部分，是阴极区温度最高的地方。阳极区 电弧紧靠正电极的区域。阳极区较阴极区宽，约为10-310-4cm。电弧放电时，正电极表面上集中接收电子的微小区域，称为阳极斑点。阴极斑点是正电极上具有光亮的部分，是阳极区温度最高的地方。弧柱 电弧阳极区和阴极区之间的部分为弧柱。阴极区、阳极区和弧柱长度之和组成焊接电弧的长度，简称弧长，即 L=L阴+L阳+L柱式中 L弧长（cm） L阴阴极区长度（10-510-6cm） L阳阳极区长度（10-310-4cm） L柱弧柱长度（cm）由于阴极区和阳极区的长度都是极短的，而弧柱的长度占了弧长的极大部分，故弧柱长度就可以认为是弧长。4 试述焊接电弧中各区段的温度分布。焊接电弧中三个区段的温度分布极不均匀：阳极斑点的温度高于阴极斑点的温度，但都低于该种材料的沸点。但铝阴极斑点和阳极斑点的温度均高于铝的沸点，这是由于铝的表面有氧化铝存在，对测量温度产生影响所致。不同电极材料阴极斑点和阳极斑点的温度，见表1。表1 阴极斑点和阳极斑点的温度电极材料温度（K）CWFeNiCuA1阴极斑点阳极斑点熔 点沸 点350042003000420036836203240026001812301324002400172830032200240013562868340034009332333弧柱的温度受电极材料、气体介质、电流大小和弧柱压缩程度等影响，在常压下当焊接电流由11000A变化时，弧柱温度可在500030000K之间变化。5 试述焊接电弧中各区段的电压降。焊接电弧中的电压降可分成阴极压降、阳极压降和弧柱压降三部分。阴极压降 阴极压降是指电弧阴极区两端的电压降。因为阴极表面总是不断地堆积着一批从电弧中被电离出来的正离子，所以形成一个电压降，以U阴表示。阳极压降 阳极压降是指电弧阳极区两端的电压降。因为阳极表面总是不断地堆积着一批从电弧中被电离出来的电子，所以形成一个电压降，以U阳表示。弧柱压降 弧柱压降是指焊接电弧弧柱两端的电压降，以U柱表面示。由于U阴、U阳在一定电极材料和气体介质的场合下，基本上是固定的数值，U柱在一定的气体介质条件下和弧柱长度（实际上就是弧长）成正比。所以电弧电压可表示为 U=+L式中 U电弧电压（V）； U阴U阳（V）； 弧柱单位长度上的电压降（V/mm）； L弧长（mm）当电极材料、电源种类和极性以及气体介质一定时，a和b均是确定的数值，此时电弧电压仅决定于电弧的长度，即当电弧拉长时，电弧电压升高；弧长缩短时，电弧电压降低。 6 试述用接触短路引弧法引燃焊接电弧的过程。引弧时，首先接通焊接电源，再将焊条或焊丝与焊件接触短路，这时在接触点上由于通过较大的短路电流而产生高温，电极金属和接触焊件的表面立刻熔化，形成液态金属间层，充满在电极和焊件之间。当将焊条或焊丝提起时，液态金属间层的横截面减小，电流密度增加，温度升高，当液态金属间层被拉断瞬时，间层的温度达到沸点，产生大量金属蒸气，在电场的作用下，气体被电离，因而产生焊接电弧。整个引弧过程见图2。手弧焊、埋弧焊、CO2焊广泛采用接触短路法引弧，其优点是可以采用较低的电压（100V）即能引燃电弧，避免高电压给焊工带来的危险。7 试述用高频高压引弧法引燃焊接电弧的过程。钨极氩弧焊时，一般不采取接触短路引弧法引燃焊接电弧，因为接触短路引弧一方面由于较大的短路电流使钨极烧损严重；另一方面钨会进入焊缝中引起夹钨，这是一种类似于夹渣的缺陷。高频高压引弧法是将钨极接近焊件，但不直接接触，留有25mm的间隙，扳动焊枪上的引弧开关后，立即在钨极与焊件之间加上20003000V的空载电压，利用这种高电压直接将空气击穿电离，引发电弧。但由于高压电对操作者的人身安全会带来危险，因此，需同时将电流的频率提高到150200kHz，即利用高频电强烈的集肤效应，可以避免高压电对人体造成的危害。如果使用的钨极氩弧焊机无高压、高频装置时，则亦可采用接触短路法引弧，但为避免焊缝中产生夹钨，此时可在接缝附近放上一块铜板，作为引弧板先在铜板上用接触短路法引燃电弧，然后再将电弧移至焊接部位，进行施焊。8 什么是焊接电弧的静特性？在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流和电弧电压变化的关系称为电弧的静特性。电弧的静特性可以用一条曲线来表示，这条曲线就称为焊接电弧的静特性曲线，见图3。整个静特性曲线可分为三部分：下降特性段ab，当焊接电流较小时，随着焊接电流的增加，电弧电压迅速地减小；水平特性段bc，当焊接电流增加到一定程度时，随着焊接电流的增加，电弧电压值基本上保持不变；上升特性段cd，当焊接电流增加得很大时，随着焊接电流的增加，电弧电压值也随之增加。由于电弧电压决定于弧长，所以当弧长增加时，电弧静特性曲线上移；弧长缩短时，电弧静特性曲线下移。9 试问各种电弧焊方法的电弧静特性有何不同？不同的电弧焊方法，在一定条件下，其电弧静特性只是曲线的某一部分，并且各不相同，见图4。手弧焊 当使用的焊接电流较小时（100A）静特性为下降段，中等焊接电流时（100150A）为水平段，这是静特性曲线中广泛使用的工作段，其特点是当焊接电流改变时，电弧电压值基本上不变（只决定于弧长）。钨极氩弧焊 在小电流范围内焊接时，其静特性为下降段；在较大电流范围内焊接时，其静特性为水平段。由于受使用电流的限制，不会出现上升段。熔化极气体保护焊 由于受保护气体（CO2、Ar）的冷却作用，弧柱截面不会扩大，当焊接电流增加时，电弧电压随之增大，其静特性仅有上升段。电弧静特性曲线的工作段形状，决定了它对焊接电源的要求。10 什么是弧焊电源？对弧焊电源空载电压有何要求？弧焊机中，供给焊接电弧电能，并具有适宜于电弧焊电气特性的设备，称为弧焊电源。设备中变压器、整流器或发电机以及所有其它各种电器元件，均视为弧焊电源的组成部分。弧焊电源的空载电压是指在无负载状态运行时，即焊接回路开路时，弧焊电源的输出端电压。以U0表示。对弧焊电源的空载电压有如下要求：当空载电压（UO）较高时，电弧容易引燃，对于交流弧焊电源，空载电压高则电弧燃烧稳定。但空载电压高则相应设备体积大、质量大、功率因数低，不经济，此外也不利于焊工的人身安全，增加了焊工触电的危险性。为此在确保容易引弧、电弧能稳定燃烧的条件下，空载电压应尽可能低些。我国有关标准中规定各种弧焊电源的最大电压U0max为：弧焊变压器U0max80V弧焊整流器U0max90V弧焊发电机U0max100V（单头焊机） U0max60V（多头焊机）11 对弧焊电源的短路电流有何要求？当电极和焊件短路时，电压为零（不计回路上的压降），此时焊机的输出电流称为短路电流，以Ix表示。弧焊过程中，在引弧和熔滴过渡时，经常发生短路。如果短路电流过大，弧焊电源将出现过载并烧坏的危险，同时还会使焊条过热，药皮脱落，并使飞溅增加，这一点在CO2气体保护焊时更为明显。但是如果短路电流过小，将使引弧和熔滴过渡发生困难。为此，短路电流值应满足以下要求Ix 125 2I式中 Ix短路电流（A）； I工作电流（A）。由于普通电动机的短路电流太大，若发生短路现象将会造成严重后果，轻则熔丝爆断，重则电动机被烧坏，引起灾害。弧焊电源由于限制了短路电流值，所以即使频繁出现短路现象，对焊机本身也无妨害，当然长时间的短路最终也将会对焊机产生不利影响。12 对弧焊电源的外特性有何要求？在规定范围内，弧焊电源稳态输出电流与输出电压之间的关系，称为电源的外特性。外特性可用曲线来表示，这种曲线称为焊接电源的外特性曲线。外特性曲线与纵坐标的交点即为弧焊电源的空载电压；外特性曲线与横坐标的交点即为弧焊电源的短路电流。各种常见弧焊电源的外特性见图5。由图可知，焊接电源的外特性分为平特性和下降特性两大类。平特性 这种弧焊电源的外特性具有输出电压基本上不随输出电流变化的特征。呈一条略微倾斜的直线，即当输出电流增加时，输出电压略有减少，又称恒压特性，适用于作为熔化极气体保护焊和电渣焊的电源。下降特性 这种弧焊电源的外特性具有输出电压随输出电流增加而降低的特征。呈一条倾斜下降的曲线，即当输出电流增加时，输出迅速下降。根据输出电压下降的快慢程度，又可分为缓降、陡降和垂降三种。其中垂降外特性又称恒流特性，因为当弧长发生变化时，输出电流基本保持不变。下降特性适用于作为手弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊的电源。13 为什么手弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊要选用具有陡降外特性的电源？手弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊的电弧静特性曲线呈下降或水平型。当弧长发生同样长度的变