第8次课-电弧焊电源.ppt

金属材料焊接工艺,材料与冶金学院材控系,讲授：闫文青,第二节电弧焊电源,一、电源的分类,二、各种弧焊电源的特点和应用,三、对弧焊电源的基本要求,对弧焊电源外特性的要求,对弧焊电源调节性能的要求,对弧焊电源动特性的要求,弧焊电源是用来向电弧提供能量的一种装置。电弧将电源提供的能量转化为热能，以作为焊接工作的热源。弧焊电源对电弧的稳定燃烧和焊接过程都有着重要的影响,一、电源的分类,二、对弧焊电源的基本要求,弧焊工艺对电源的要求：需具备对弧焊工艺的适应性，即满足弧焊工艺对弧焊电源的下述要求：（1）保证容易引弧（2）保证电弧稳定燃烧（3）保证焊接规范稳定（4）具有足够宽的焊接规范调节范围,对弧焊电源电气性能的要求：为满足上述工艺要求，弧焊电源的电气性能应考虑以下四个方面：（1）对弧焊电源空载电压的要求（2）对弧焊电源外特性的要求（3）对弧焊电源调节性能的要求（4）对弧焊电源动特性的要求,电源外特性：在电源参数一定的条件下，改变负载时，电源输出的电压稳定值Uy与输出的电流稳定值Iy之间的对应关系曲线称为电源的外特性。对于直流电源，Uy和Iy为平均值，对于交流电源则为有效值。一般直流电源的外特性方程式为：,1、对弧焊电源外特性的要求,当电阻r00时，随着输出电流的增加，输出电压下降，即外特性是一条下倾直线（如图）。电阻越大，电源外特性下倾程度越大,当电阻r0=0时，输出电压为E，即电源外特性平行于横轴，称为平特性或恒压特性。对一般负载，要求供电电源内阻越小越好（即外特性尽可能平）,弧焊电源外特性形状的种类：分为三类，即下降特性、平特性和双阶梯形特性（分类及应用范围如下图所示）,对弧焊电源空载电压的要求：一般应遵循以下原则保证容易引弧（要求空载电压越高越好）保证电弧的稳定燃烧（要求）保证电弧功率稳定（要求）要有良好的经济性（空载电压高，需材料多，能耗高，效率低）保证人身安全（空载电压不能太高）,一般规定空载电压不超过100V，在特殊用途中，若超过100V时必须备有自动防触电装置。直流电源空载电压下限较交流约低10V,3,4,电源调节性能：在焊接过程中，由于焊件的材质、厚度和坡口形式不同，必须选取不同的焊接工艺参数。因此，与电源有关的焊接参数电弧电压和电弧电流必须具备调节的性能，以使得电源电弧系统能够稳定工作。即弧焊电源能够满足不同工作电压和电流要求而具有的可调性能称为弧焊电源的调节性能,2、对弧焊电源调节性能的要求,工作点位于电源外特性与电弧静特性两条曲线的交点上,电源-电弧系统保持稳定的条件：系统有外界干扰时，在工作点上电弧静特性曲线的斜率必须大于电源外特性曲线的斜率,物理意义：当电弧工作点移至B2，这时UyUf，供大于求，这就使电流增加，从而使电弧电流偏移量减小If，直至恢复到原来的平衡点A0,无外界干扰,有外界干扰,对弧焊电源外特性工作区段形状的要求,手工电弧焊：手工弧焊一般是工作于电弧静特性的水平段。当外特性电源为恒流时电流偏差小，但引弧困难，故采用下降外特性的弧焊电源，便可以满足系统稳定性的要求,熔化极弧焊：熔化极弧焊包括埋弧自动焊、气体保护焊等。这些弧焊方法，要根据电弧静特性形状和送丝方式来选择合适的弧焊电源外特性工作部分的形状。,电弧静特性为上升形状时电源外特性对电流偏差的影响,等速送丝控制系统的熔化极弧焊：熔化极弧焊CO2MAG、MIG焊或细丝（直径）的直流埋弧自动焊，电弧静特性均是上升的。弧焊电源外特性为下降、平、微升（但上升的陡度需小于电弧静特性上升的陡度）都可以满足“电源一电弧”系统稳定条件,变速送丝控制系统的熔化极弧焊：通常的埋弧自动焊（焊丝直径大于3mm）和一部分MIG焊，它们的电弧静特性是平的。为满足Kw0，只能采用下降外特性电源。而且，这类焊接方法焊丝中电流密度较小，自身调节作用不强，不足以在弧长变化时维持焊接规范稳定，所以也就不宜采用等速送丝控制系统，而应采用变速送丝,非熔化极弧焊：包括钨极氩弧焊(TIG)、不熔化极等离子弧焊以及不熔化极脉冲弧焊等。它们的电弧静特性工作部分呈平的或上升的形状。其稳定焊接规范主要是指稳定焊接电流，故最好采用恒流特性的电源。当弧长由l1变为l2时，恒流特性的电流偏差很小,熔化极脉冲弧焊：一般采用等速送丝，利用“电源一电弧”系统的自身调节作用来稳定焊接规范，维弧阶段和脉冲阶段分别工作于两条电源外特性上。根据不同焊接工艺，脉冲电弧和维弧电弧的工作点也可分别在恒压和恒流特性段，或任意组合。采用“平一降”特性或“降一平”特性也还可以，最好是用双阶梯形特性,可调参数,下降外特性电源的可调参数：工作电流If；工作电压Uw；最大焊接电流Ifmax；最小焊接电流Ifmin；电流调节范围。不同焊接方法的负载特性（规定工作电压和电流之间为缓慢的直线关系）,平外特性电源的可调参数：工作电流If；工作电压Uw；最大工作电压Uwmax；最小工作电压Uwmin。规定负载特性如下：,弧焊电源的负载持续率：弧焊电源的温升除取决于焊接电流大小外，还与负荷的状态，即长时间通电还是间歇通电有关。对于不同负载状态，给弧焊电源规定了不同的输出电流。用负载持续率表示,弧焊电源的额定电流：指在额定电流Ie环境条件下，按额定负载持续率FSe规定的负载状态工作，而符合标准规定的温升限度下所输出的电流值。与额定电流相对应的工作电压称为额定电压Uwe。它们之间的关系如下：,负载持续率额定级按照国家标准新的规定一般有35%、60%和100%三种。手弧焊电源取60%，轻便型者可取15%、25%或35%。自动焊电源取100%或60%,3,4,弧焊电源动特性问题的提出：用熔化极进行电弧焊时，电极（焊条或焊丝）在被加热形成金属熔滴进入熔池时，经常会出现短路。这样，就会使电弧长度、电弧电压和电流产生瞬间的变化。因而，在熔化极弧焊时，焊接电弧对供电的弧焊电源来说，是一个动态负载。这就需要对弧焊电源动特性提出相应的要求,3、对弧焊电源动特性的要求,弧焊电源的动特性：所谓弧焊电源的动特性，是指电弧负载状态发生突然变化时，弧焊电源输出电压与电流的响应过程，可以用弧焊电源的输出电流和电压对时间的关系,即Uff（t）、If=f（t）来表示，它说明弧焊电源对负载瞬变的适应能力,焊接电弧对弧焊电源而言是一动负载。形成动负载的主要原因是熔滴过渡时弧长发生频繁变化。尤其短路过渡时这种变化尤为突出，使电弧燃烧过程经常处于不稳定状态。这就要求弧焊电源具有良好的动态特性，从而适应焊接电流和电弧电压的瞬态变化,电极（焊条或焊丝）被加热形成的金属熔滴进入熔池的过程被称为熔滴过渡。对熔化极弧焊来说，随所采用的工艺方法和焊接规范不同，熔滴过渡就有各种形式，动负载的变化情况也各异因此，对弧焊电源的动特性要求就有所不同对于短路过渡，由于它的电弧是较大变化的动载，使弧焊电源常在空载、负载、短路三态之间转换，故需对弧焊电源的动特性提出特殊要求我们需要了解弧焊电源动特性对焊接过程的影响，进而从保证引弧、燃弧、熔滴过渡能处于良好状态的客观要求出发，对弧焊电源动特性提出若干参考性的指标，用以指导弧焊电源的设计制造和评价它对弧焊工艺过程的适应能力,弧焊方法的负载特点及弧焊电源的动特性,射流过渡、滴状过渡电弧电压和电流基本不变，这时可以把的电弧看成静态负载。对电源的动特性没有特殊要求,手工电弧焊是滴状过渡加偶发的短路过渡，对电源动态性能也具有一定的要求，既要求电源时间常数要足够小，现在的电子类弧焊电源都能满足手工电弧焊的动特性要求,细丝CO2气体保护焊是典型的短路过渡过程，电流、电压变化曲线如上图（c），对于影响电流变化速度的输出滤波电感值有严格要求，即对电源动特性有严格要求，现在许多电子类气体保护焊机电源中采用了电子电抗器，其时间常数可调，更加合理的满足了不同焊接规范对动特性的细致要求,短路过渡电源不断在空载、负载、短路状态之间转换，所以对电源的动特性具有专门的要求,三、焊机的型号,注意其中1、2、3、6、8用字母表示；4、5、7用数字表示。,1.编制规定,2.举例,交流焊机：BX1-500；BX3-300；BX6-160；BX7-300。弧焊发电机：AX1-320；AXQ-320。焊弧整流器：ZXG-500；ZXK-500；ZX7-400。,3.焊机的基本参数额定焊接电流：指焊机在最经济可靠的情况下使用的规定值，单位是安培（A）。空载电