《焊接電源》課程講義 第1章 緒論

1、College of Materials Science and Engineering, HUST編輯編輯ppt華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心College of Materials Science and Engineering, HUST編輯編輯ppt2l1.1 弧焊電源概述l1.2 弧焊電源的分類、特點及應(yīng)用l1.3 弧焊電源的發(fā)展l1.4 本課程的目的和主要內(nèi)容本章的重點與難點：本章的重點與難點： 重點掌握弧焊電源的概念、分類和特點。重點掌握弧焊電源的概念、分類和特點。College of Materials Science and Engineering, HUST編輯編輯

2、ppt3v焊接（welding）的概念 通過適當(dāng)?shù)氖侄?，使分離的物體（同種或異種材料）產(chǎn)生原子（或分子）間結(jié)合而成為一體的連接方法。v焊接一般特點 采用加熱或加壓，或兩者并用，用或不用填充材料 局部加熱熔化，產(chǎn)生各種物理與化學(xué)變化 材料間產(chǎn)生原子或分子之間的結(jié)合 形成的接頭一般是永久性的、不可拆卸的 弧焊電源概述弧焊電源概述College of Materials Science and Engineering, HUST編輯編輯ppt4l常用焊接方法介紹l熔化焊 Fusion welding 電弧焊 Arc Welding 激光焊 Laser welding 電子束焊 Electron Be

3、am Weldingl壓力焊 Pressure Welding 電阻焊 Resistance welding 摩擦焊 Friction Welding 攪拌摩擦焊 FSW 擴(kuò)散焊 Diffusion Weldingl釬焊 Brazing/Soldering其中，應(yīng)用最廣泛的是電弧焊工藝其中，應(yīng)用最廣泛的是電弧焊工藝v電弧焊是電弧焊是采用電極與工件之間燃燒的電弧作為熱源來加熱熔化工件采用電極與工件之間燃燒的電弧作為熱源來加熱熔化工件進(jìn)行焊接的。進(jìn)行焊接的。 College of Materials Science and Engineering, HUST編輯編輯ppt5埋弧自動焊埋弧自動焊焊條

4、電弧焊焊條電弧焊熔化極氣體熔化極氣體保護(hù)電弧焊保護(hù)電弧焊鎢極氬弧焊鎢極氬弧焊等離子弧焊等離子弧焊l常用的電弧焊方法及設(shè)備 College of Materials Science and Engineering, HUST編輯編輯ppt6焊接設(shè)備不同的焊接方法需要相應(yīng)的焊接設(shè)備電弧焊設(shè)備： 電源 焊槍 送絲機(jī) 氣路和水路激光焊設(shè)備： 激光器電子束焊設(shè)備 電子束發(fā)生器 真空室釬焊和擴(kuò)散焊 加熱爐College of Materials Science and Engineering, HUST編輯編輯ppt7弧焊電源弧焊電源是電弧焊機(jī)中的核心部分：是電弧焊機(jī)中的核心部分： 供給電弧能量（提供電流

5、電壓），并具有適于電弧焊工藝電氣特供給電弧能量（提供電流電壓），并具有適于電弧焊工藝電氣特性的設(shè)備或者裝置。性的設(shè)備或者裝置。v 弧焊電源的主要作用弧焊電源的主要作用 提供電弧燃燒的能量提供電弧燃燒的能量 保證電弧穩(wěn)定燃燒保證電弧穩(wěn)定燃燒 調(diào)節(jié)電弧能量調(diào)節(jié)電弧能量電焊機(jī)：供完成各種焊接工藝操作的專用設(shè)備。電焊機(jī)：供完成各種焊接工藝操作的專用設(shè)備。 包括電源，控制箱，焊接小車，送絲機(jī)，焊炬等。包括電源，控制箱，焊接小車，送絲機(jī)，焊炬等。沒有先進(jìn)的弧焊電源，不可能實現(xiàn)先進(jìn)的弧焊工藝沒有先進(jìn)的弧焊電源，不可能實現(xiàn)先進(jìn)的弧焊工藝v不同的電弧焊方法需要不同的電弧焊機(jī)。不同的電弧焊方法需要不同的電弧焊機(jī)。

6、College of Materials Science and Engineering, HUST編輯編輯ppt8Er0IyUy電源負(fù)載電源技術(shù)廣泛應(yīng)用，幾乎任何設(shè)備都要使用電源(power source)。任何電源都可以簡化成下圖：College of Materials Science and Engineering, HUST編輯編輯ppt9電源工作過程中可調(diào)參數(shù)只有兩個：E 和 r0調(diào)節(jié)E和r0使Uy和Iy發(fā)生變化，適應(yīng)負(fù)載變化的要求。因此，從本質(zhì)上講，電源分為兩類：v調(diào)節(jié) r0的-如弧焊變壓器，多數(shù)機(jī)械調(diào)節(jié)式弧焊電源v調(diào)節(jié)E的-如弧焊逆變器，部分弧焊整流器，電子控制式弧焊電源Er0

7、IyUyCollege of Materials Science and Engineering, HUST編輯編輯ppt10l弧焊電源是一種特殊的電源。l弧焊電源技術(shù)和許多電源技術(shù)是相通的。l它的負(fù)載是焊接電弧。l它的任務(wù)是保證電弧引燃和穩(wěn)定燃燒。College of Materials Science and Engineering, HUST編輯編輯ppt11l弧焊電源的分類方法按輸出電流種類分類：直流、交流、脈沖等弧焊電源按關(guān)鍵器件分類：弧焊變壓器、整流器、逆變器等按輸出特性分類：平特性、緩降特性、恒流特性等按用于不同焊接方法分類：焊條電弧焊電源、埋弧焊電源等 1.2 弧焊電源的分類、

8、特點及應(yīng)用弧焊電源的分類、特點及應(yīng)用College of Materials Science and Engineering, HUST編輯編輯ppt12機(jī)械調(diào)節(jié)式機(jī)械調(diào)節(jié)式單相整流式脈沖弧焊電源單相整流式脈沖弧焊電源滑動調(diào)節(jié)式弧焊整流器滑動調(diào)節(jié)式弧焊整流器抽頭式弧焊整流器抽頭式弧焊整流器動鐵式弧焊整流器動鐵式弧焊整流器動繞組式弧焊整流器動繞組式弧焊整流器抽頭式弧焊變壓器抽頭式弧焊變壓器動鐵式弧焊變壓器動鐵式弧焊變壓器動繞組式弧焊變壓器動繞組式弧焊變壓器柴油汽油內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動式弧焊發(fā)電機(jī)柴油汽油內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動式弧焊發(fā)電機(jī)電動式弧焊發(fā)電機(jī)電動式弧焊發(fā)電機(jī)磁放大器式脈沖弧焊電源磁放大器式脈沖弧焊電源磁放大

9、器式弧焊整流器磁放大器式弧焊整流器串聯(lián)飽和電抗器式弧焊電源串聯(lián)飽和電抗器式弧焊電源電子控制式電子控制式電磁控制式電磁控制式移相式移相式磁放大器式脈沖弧焊電源磁放大器式脈沖弧焊電源串聯(lián)飽和電抗器式弧焊電源串聯(lián)飽和電抗器式弧焊電源模擬式模擬式模擬式晶體管脈沖弧焊電源模擬式晶體管脈沖弧焊電源模擬式晶體管弧焊電源模擬式晶體管弧焊電源開關(guān)式開關(guān)式逆變式晶閘管矩形波交流弧焊電源逆變式晶閘管矩形波交流弧焊電源數(shù)字開關(guān)式晶閘管矩形波交流弧焊電源數(shù)字開關(guān)式晶閘管矩形波交流弧焊電源開關(guān)式電力電子器件脈沖弧焊電源開關(guān)式電力電子器件脈沖弧焊電源開關(guān)式電力電子器件弧焊電源開關(guān)式電力電子器件弧焊電源逆變式逆變式IGBT式

10、弧焊逆變器式弧焊逆變器場效應(yīng)管式弧焊逆變器場效應(yīng)管式弧焊逆變器晶體管式弧焊逆變器晶體管式弧焊逆變器晶閘管式弧焊逆變器晶閘管式弧焊逆變器數(shù)字式數(shù)字式單片機(jī)控制式數(shù)字化弧焊電源單片機(jī)控制式數(shù)字化弧焊電源DSP控制式數(shù)字化弧焊電源控制式數(shù)字化弧焊電源紅色紅色(亮紅燈亮紅燈)淘汰或即將淘汰或無應(yīng)用意義淘汰或即將淘汰或無應(yīng)用意義黑色黑色維持狀態(tài)，仍有應(yīng)用價值維持狀態(tài)，仍有應(yīng)用價值淺綠淺綠有一定的發(fā)展前途有一定的發(fā)展前途綠色綠色很有發(fā)展前途很有發(fā)展前途整流式整流式College of Materials Science and Engineering, HUST編輯編輯ppt13機(jī)械調(diào)節(jié)式機(jī)械調(diào)節(jié)式借助于

11、機(jī)械裝置借助于機(jī)械裝置調(diào)節(jié)電源特性調(diào)節(jié)電源特性調(diào)節(jié)電源內(nèi)電磁器件的調(diào)節(jié)電源內(nèi)電磁器件的電磁狀態(tài)調(diào)節(jié)電源特性電磁狀態(tài)調(diào)節(jié)電源特性借助電子電路實現(xiàn)借助電子電路實現(xiàn)電源特性控制電源特性控制借助電子電路與軟借助電子電路與軟件程序?qū)崿F(xiàn)電源特件程序?qū)崿F(xiàn)電源特性控制性控制電磁調(diào)節(jié)式電磁調(diào)節(jié)式電子控制式電子控制式整流式整流式逆變式逆變式數(shù)字式數(shù)字式弧焊電源弧焊電源現(xiàn)現(xiàn)代代弧弧焊焊電電源源傳傳統(tǒng)統(tǒng)弧弧焊焊電電源源l常用的弧焊電源分類College of Materials Science and Engineering, HUST編輯編輯ppt14l常用的弧焊電源特點及其應(yīng)用機(jī)械調(diào)節(jié)式機(jī)械調(diào)節(jié)式結(jié)構(gòu)簡單成本低、

12、適應(yīng)性強(qiáng)；參數(shù)調(diào)結(jié)構(gòu)簡單成本低、適應(yīng)性強(qiáng)；參數(shù)調(diào)節(jié)不靈活不精細(xì)，電流脈動較大，電節(jié)不靈活不精細(xì)，電流脈動較大，電弧穩(wěn)定性較差，一般用于焊接質(zhì)量要弧穩(wěn)定性較差，一般用于焊接質(zhì)量要求不高的場合求不高的場合 堅固耐用，過載能力強(qiáng)；直流電源可用堅固耐用，過載能力強(qiáng)；直流電源可用于各種弧焊方法；效率低、電能和材料于各種弧焊方法；效率低、電能和材料消耗大，噪聲大，屬于淘汰產(chǎn)品。消耗大，噪聲大，屬于淘汰產(chǎn)品。 直流、脈沖、交流電流輸出，直流、脈沖、交流電流輸出，可調(diào)參數(shù)多、動態(tài)特性好，可調(diào)參數(shù)多、動態(tài)特性好，可控性好；電路比較復(fù)雜；可控性好；電路比較復(fù)雜；適用于各種焊接方法與工適用于各種焊接方法與工藝藝 。

13、 電磁調(diào)節(jié)式電磁調(diào)節(jié)式電子控制式電子控制式整流式整流式逆變式逆變式數(shù)字式數(shù)字式弧焊電源弧焊電源College of Materials Science and Engineering, HUST編輯編輯ppt15u機(jī)械調(diào)節(jié)型機(jī)械調(diào)節(jié)型電源的主要電氣特性如外特性，是由其結(jié)構(gòu)所決定的。電源輸出參數(shù)的調(diào)節(jié)也是靠機(jī)械裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)的，如動鐵芯、動繞組的移動等。該類電源具有結(jié)構(gòu)簡單、易造易修、成本低、效率高等優(yōu)點，但調(diào)節(jié)不靈活、不精細(xì)，電源比較笨重，耗材多。 u電磁控制型電磁控制型弧焊電源包括磁放大式弧焊整流器和直流弧焊發(fā)電機(jī)。此類電源耗材耗電多，電磁慣性很大，動態(tài)特性差，一般屬于淘汰產(chǎn)品。用柴油機(jī)或汽油

14、機(jī)代替電動機(jī)的直流弧焊發(fā)電機(jī)可以用于沒有電源的野外施工，使其還擁有一定的市場。 u電子控制型電子控制型弧焊電源控制靈活，系統(tǒng)響應(yīng)速度快。耗材少、節(jié)約電能，可用于各種弧焊方法。College of Materials Science and Engineering, HUST編輯編輯ppt161.3 弧焊電源的發(fā)展弧焊電源的發(fā)展弧焊電源的發(fā)展弧焊電源的發(fā)展新的焊接方法、焊接工藝的發(fā)展新的焊接方法、焊接工藝的發(fā)展新材料及其應(yīng)用新材料及其應(yīng)用相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的發(fā)展相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國家需求經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國家需求直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)弧焊變壓器弧焊變壓器整流電源整流電源晶閘管電源晶閘管電源逆變

15、電源逆變電源2020世紀(jì)初期世紀(jì)初期2020世紀(jì)世紀(jì)2020年代年代2020世紀(jì)世紀(jì)4040年代年代2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代年代2020世紀(jì)世紀(jì)7070、8080年代年代College of Materials Science and Engineering, HUST編輯編輯ppt17現(xiàn)代弧焊電源與傳統(tǒng)弧焊電源的區(qū)別：l應(yīng)用了電力電子可控器件l電子控制技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)代替了機(jī)械、電磁控制技術(shù)l精確控制代替了粗糙控制l模塊化、集成化、多功能化，一機(jī)多用l智能化（“傻瓜”化）降低了對操作者的要求l外觀儀器化、美觀，便攜l抗噪性降低，對維修人員技術(shù)水平要求高逆變技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、遙控技術(shù)、智

16、能控制技術(shù)、逆變技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、遙控技術(shù)、智能控制技術(shù)、遠(yuǎn)程通訊技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)得到廣泛應(yīng)用遠(yuǎn)程通訊技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)得到廣泛應(yīng)用逆變弧焊電源；數(shù)字化弧焊電源逆變弧焊電源；數(shù)字化弧焊電源College of Materials Science and Engineering, HUST編輯編輯ppt18焊機(jī)調(diào)節(jié)焊機(jī)調(diào)節(jié) 人機(jī)對話系統(tǒng)人機(jī)對話系統(tǒng) 焊接工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫焊接工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫 一元化調(diào)節(jié)一元化調(diào)節(jié)數(shù)字化弧焊電源控制面板數(shù)字化弧焊電源控制面板College of Materials Science and Engineering, HUST編輯編輯ppt19焊機(jī)控制焊機(jī)控制 精確控制（

17、引弧、收?。ň_化）精確控制（引弧、收?。ň_化） 動態(tài)電弧控制（波形控制等）動態(tài)電弧控制（波形控制等） 協(xié)同控制（熔滴過渡、弧長控制等）協(xié)同控制（熔滴過渡、弧長控制等）焊后焊后 焊接工藝參數(shù)記錄焊接工藝參數(shù)記錄無飛濺引弧控制無飛濺引弧控制雙脈沖電弧控制雙脈沖電弧控制數(shù)字化數(shù)字化MIG/MAG電源電源波形控制波形控制參數(shù)記錄參數(shù)記錄College of Materials Science and Engineering, HUST編輯編輯ppt20控制原理與方法：控制原理與方法： PID PID 控制；模糊控制；專家系統(tǒng)控制；模糊控制；專家系統(tǒng) 開環(huán)控制；閉環(huán)控制開環(huán)控制；閉環(huán)控制 變結(jié)構(gòu)

18、控制：變給定參數(shù)；變結(jié)構(gòu)參數(shù)；變電路結(jié)構(gòu)變結(jié)構(gòu)控制：變給定參數(shù)；變結(jié)構(gòu)參數(shù)；變電路結(jié)構(gòu)控制技術(shù)：控制技術(shù)： 模擬電子技術(shù)；數(shù)字電子技術(shù)；數(shù)字模擬仿真技術(shù)模擬電子技術(shù)；數(shù)字電子技術(shù)；數(shù)字模擬仿真技術(shù) 微機(jī)控制技術(shù)；單片機(jī)控制技術(shù)微機(jī)控制技術(shù)；單片機(jī)控制技術(shù) 數(shù)字信號處理器（數(shù)字信號處理器（DSPDSP）控制）控制 技術(shù)技術(shù) （數(shù)字化電源）（數(shù)字化電源） College of Materials Science and Engineering, HUST編輯編輯ppt21l學(xué)習(xí)焊接電弧的主要電氣特性和弧焊工藝對弧焊電源的要求；l學(xué)習(xí)弧焊電源的基本理論和基本電氣特性；l學(xué)習(xí)電子控制弧焊電源的基礎(chǔ)知識和控制理論和技術(shù)；l系統(tǒng)學(xué)習(xí)弧焊變壓器、晶閘管弧焊整流器、弧焊逆變器的基本原理、結(jié)構(gòu)特點、