工学第章 对弧焊电源的基本要求

1、第2章 对弧焊电源的基本要求,弧焊工艺对电源的要求 弧焊电源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）保证引弧容易。 2）保证电弧稳定。 3）保证焊接参数稳定。 4）具有足够宽的焊接参数调节范围。,弧焊电源的电气性能 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。,2.1 对弧焊电源外特性的要求,2.1.1 电源的外特性 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 与输出的电流稳定值 之间的关系 ，称为电源的外特性。对

2、于直流电源， 和 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：,图2-1 一般直流电源的外特性,0,2.1.2 “电源电弧”系统的稳定性,1)系统在无外界因素干扰时，能在给定的电弧电压和电流下，维持长时间的连续放电，保持静态平衡。,此时： UfUy ；IfIy 电源的外特性Uy=f(Iy)与电弧的静特性Uf=f(If)必须相交。,电源的外特性,电弧的静特性,Uf,Uy,图2-2 “电源电源”系统电路的电路图,2)当系统一旦受到瞬时的外界干扰，破坏了原来的静态平衡，造成了焊接规范的变化，当干扰消失后，系统能够自动的达到新的稳定平衡，使焊接规范重新恢复。,数学推导 系统的动平

3、衡方程：,外界干扰电流发生变化：,A0B1和A0B2可近似地认为是直线，将对应于B1、B2的电压以及初始条件代入求得电流增量变化的瞬时值为：,分析：在满足上式的条件下，系统所产生的电流偏差值能够逐渐消失，如上图所示。符合Kw0条件的工作点为稳定工作点。也就是说，相交点的电弧（负载）静特性曲线斜率应当大于电源外特性曲线的斜率。因此A0点为稳定工作点,稳定工作点的物理过程分析,2.1.3 对弧焊电源外特性曲线的要求,(一)对弧焊电源外特性工作区段曲线的要求,1焊条电弧焊 工作于电弧静特性的水平段上，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。,最好采用恒流带外拖特性的弧焊电源。焊接工艺参

4、数稳定，提高了引燃性能和电弧熔透能力。可以根据焊条类型、板厚和工件位置的不同来调节外拖拐点和外拖部分斜率。,2熔化极弧焊,(1)等速送丝控制系统 熔化极弧焊CO2MAG、MIG焊或者细丝(直径3mm)的直流埋弧焊，电弧静特性是上升的.,图2-6 等速送丝 a）控制系统示意图 b）弧焊电源外特性与电弧静特性,图2-7 变速送丝 a）控制装置示意图 b）弧焊电源与电弧静特性,(2)变速送丝控制系统 通常的埋弧焊(焊丝直径大于3mm)和一部分MIG焊，它们的电弧静特性是平的。采用下降外特性的电源都能满足Kwo的条件。,3. 不熔化极弧焊 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

5、焊等。 它们的电弧静特性工作部分呈平的或略上升的形状。对于这几种焊接方法稳定焊接工艺参数主要是指稳定焊接电流，故最好采用恒流特性的电源。,4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工艺参数，维弧阶段和脉冲阶段分别工作于两条电源外特性上。,弧焊电源空载电压的确定应遵循以下几项原则： （1）保证引弧容易 （2）保证电弧的稳定燃烧 （3）保证电弧功率稳定 （4）要有良好的经济性 （5）保证人身安全,（二）对弧焊电源空载电压的要求,对于通用的交流和直流弧焊电源的空载电压规定如下： 交流弧焊电源：为了保证引弧容易和电弧的连续燃烧， 通常采用 (18225) 焊条电

6、弧焊电源 ： 埋弧焊电源： 直流弧焊电源： 取接近于交流弧焊电源的空载电压,在不同工作条件下的额定空载电压不允许超过其如下规定的安全标准:,触电危险性较大的环境：直流113V峰值、交流68V峰值和48V有效值。 触电危险性不大的环境：直流113V峰值、交流113V峰值和80 V有效值。 对操作人员加强保护的机械夹持焊炬情况下：直流141V峰值、交流141V峰值和100 V有效值。 等离子切割：直流500V峰值。,综合考虑引弧、稳弧工艺需要，空载电压通常具体要求如下:,弧焊变压器 ： 80 V 弧焊整流器、弧焊逆变器： 85 V 弧焊发电机 ： 100 V 一般规定空载电压不得超过100 V，在

7、特殊用途中，若超过100 V时必须备有自动防触电装置。,（三）对弧焊电源稳态短路电流的要求 Uf=0时对应的电流为稳态短路电流Iwd,2.1.4 弧焊电源外特性形状的分类,a)垂直陡降特性 b)陡降特性 c)缓降特性 d)平特性(恒压特性) e)平特性(稍上升),(一)下降特性 特点：当输出电流在运行范围内增加时,其输出电压随着输出电流的增加而急剧下降。 1. 垂直下降(恒流)特性 2. 缓降特性 3恒流带外拖特性,(三)双阶梯形特性 这种特性的电源用于脉冲电弧焊。维弧阶段工作于L形特性上，而脉冲阶段工作于反L形特性上。由这两种外特性切换而成双阶梯形特性，或称框形特性。,(二)平特性 1. 平

8、特性或微降特性（后者电压下降率应小于7V100A)。 2. 微升特性（电压上升率应小于10V100A）。,在稳定工作的条件下，电弧电流、电压、空载电压和等效阻抗之间的关系，可用下式表示： 或者,2.2 对弧焊电源调节性能的要求 2.2.1 弧焊电源的调节性能,(5),适合于埋弧焊,适合于气体保护焊,适合于焊条电弧焊,由抽头电源产生，空载电压等于工作电压,1. 焊条电弧焊 电流的调节范围不大，在焊接不同厚度的工件时，电弧电压一般保持不变，只调节焊接电流。,2. 埋弧焊 If增加时熔深随着增大，要求增大Uf以使熔宽相应增加，从而保持合适的焊缝几何尺寸当Uf增大时，则要求U0相应提高，以使电弧稳定。

9、,3. 等速送丝气体保护焊 电弧静特性为上升的熔化极气体保护焊，可选用平外特性的弧焊电源和等速送丝的焊机。,弧焊电源工作电压与工作电流的关系为一缓升直线，称为负载特性,2.2.2 可调参数 （一）下降外特性弧焊电源的可调参数,1工作电流If 2工作电压Uw,使用下降外特性电源的不同方法的负载特性： 焊条电弧焊、埋弧焊： If600A时，Uw(V)=20+0.04If (V) If600A时，Uw(V)=44(V)。 TIG焊、等离子弧焊： If600A时，Uw(V)=10+0.04If (V) If600A时，Uw(V)=34 (V)。,3最大焊接电流Ifmax,4最小焊接电流Ifmin,5电

10、流调节范围 Ifmax Ie 1.0 IfminIe0.20 (T1G焊要求IfminIe0.10),(二)平外特性弧焊电源的可调参数 1. 工作电流If （由送丝速度决定）,2. 工作电压Uw If600A时， Uw(V)14+0.05If (V) If600A时， Uw(V)44 (V),3最大工作电压Uwmax,5工作电压调节范围： 在规定负载条件下，工作电压是可以通过弧焊电源进行调 节的。而工作电流则必须通过调节送丝速度进行调节。,4最小工作电压Uwmin,2.2.3 弧焊电源的负载持续率及其额定值,弧焊电源的一个全工作周期T为：10min,弧焊电源铭牌上规定的额定电流Ie，就是指在规

11、定的环境条件下，按额定负载持续率FSe 的负载状态工作，符合标准规定的温升限度下所允许的输出电流值。与额定焊接电流相对应的工作电压为额定工作电压Uwe。,2.3 对弧焊电源动特性的要求,2.3.1 动特性问题的提出 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动态响应过程，可以用弧焊电源的输出电流和电压对时间的关系，即u=(t)、If=(t)来表示。 只有当弧焊电源的动特性合适，才能获得良好的引弧、燃弧和熔滴过渡状态(即电弧稳定、飞溅少等)，从而能得到满意的焊缝质量。,2.3.2 各种弧焊方法的负载特点及弧焊电源的动特性,1. 不熔化极电弧焊,2. 熔化极电弧

12、焊 随所采用的熔化极弧焊方法和焊接工艺参数不同，熔滴过渡形式不同，负载的动态变化情况不同，对弧焊电源的动态性能要求也不同。 动特性的实质就是电流电压变化的速度，或者说电流电压变化的快慢。不同焊接方法对电流电压变化快慢的要求不同。,电极(焊条或焊丝) 熔化形成熔滴，熔滴从电极端部进入熔池的过程，称为熔滴过渡。 射流过渡、滴状过渡电弧电压和电流基本不变，这时可以将电弧看成静态负载。对电源的动特性没有特殊要求。,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,各种熔滴过渡形式和相应的电弧电压、电流波形图,射流过渡,滴状过渡,短路过渡,峰值电流 空载短路,稳态短路电流,稳态燃弧电流,峰值电流 负载短路,该图是用弧焊发电机实验得来的，现在已经无实际价值，但是可以说明当时提出这一的意义,图一,图二,使用弧焊发电机电源短路引弧以及熔滴短路过渡的瞬态电流曲线,细丝二氧化碳气体保护焊短路过渡电流电压瞬态变化曲线,2.3.3 弧焊电源动特性对焊接过程的影响及对它的要求,(一)焊条电弧焊电源 1对瞬时短路电流峰值的要求 瞬时短路电流峰值，是当焊接回路突然短路时，输出电流的峰值。它分为由空载到短路和由负载到短路两种情况。,(1)由空载到短路 1)瞬时短路电流峰值Isd 以其与稳定短路电流之比I