第一單元焊接電弧及對(duì)弧焊電源要求

1、第一單元第一單元 焊接電弧及焊接電弧及對(duì)弧焊電源的要求對(duì)弧焊電源的要求n學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過(guò)學(xué)習(xí)（1）明確焊接電弧的物理本質(zhì)、分類和焊接電弧的引燃條件；（2）熟悉焊接電弧的結(jié)構(gòu)、壓降分布和伏安特性；（3）了解交流電弧的有關(guān)問(wèn)題及焊接電弧的種類和特點(diǎn)；（4）重點(diǎn)掌握焊接電弧的電特性和電源-電弧系統(tǒng)的穩(wěn)定條件，弧焊電源外特性的形狀及選擇，對(duì)弧焊電源調(diào)節(jié)特性的要求；（5）學(xué)會(huì)焊接電弧靜特性的測(cè)試方法和弧焊電源外特性的測(cè)定方法 焊接電弧的物理本質(zhì)和引燃焊接電弧的物理本質(zhì)和引燃綜合知識(shí)模塊一綜合知識(shí)模塊一n焊接電弧不是一般的燃燒現(xiàn)象，它是在一定條件下電荷通過(guò)兩極間氣體空間的一種導(dǎo)電過(guò)程 圖圖1-1 焊接電弧導(dǎo)

2、電示意圖焊接電弧導(dǎo)電示意圖 焊接電弧的物理本質(zhì)焊接電弧的物理本質(zhì)n一般情況下，氣體不含有帶電粒子（電子、正離子、負(fù)離子），是由中性的分子或原子組成的。要使氣體產(chǎn)生電弧導(dǎo)電，必須使氣體分子或原子電離成帶電粒子-氣體電離；同時(shí)，為了使電弧維持“燃燒”，還必須不斷的輸送電能給電弧，以補(bǔ)充氣體電離時(shí)所消耗的電能，即電弧的陰極要不斷的發(fā)射電子。綜上所述，氣體電離和陰極發(fā)射電子是電弧產(chǎn)生的必要條件。能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn) 11氣體電離氣體電離n在外加能量作用下，中性氣體分子或原子分離成正離子和電子的現(xiàn)象稱為氣體電離。n氣體電離有如下三種形式，即碰撞電離、熱電離和光電離n在高溫焊接電弧中，主要是以熱電離為主，

3、而且進(jìn)行的很激烈2陰極電子發(fā)射陰極電子發(fā)射n陰極表面在外加能量作用下連續(xù)向外發(fā)射電子的現(xiàn)象稱為陰極電子發(fā)射。 n陰極電子發(fā)射可分為熱電子發(fā)射、場(chǎng)致電子發(fā)射、光電子發(fā)射和撞擊電子發(fā)射等四種形式。n陰極所用的材料不同，其電子發(fā)射形式也不同，有的以熱電子發(fā)射為主，有的以場(chǎng)致電子發(fā)射為主，而光電子發(fā)射和撞擊電子發(fā)射在焊接電弧中占次要地位。 焊接電弧的引燃焊接電弧的引燃n把造成兩電極間氣體發(fā)生電離和陰極電子發(fā)射而引起電弧燃燒的過(guò)程，稱為焊接電弧的引燃。焊接電弧的引燃一般有兩種方式：接觸引弧和非接觸引弧。能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn) 21接觸引弧接觸引弧n弧焊電源接通后，電極（焊條或焊絲）與工件直接短路接觸，隨后

4、迅速拉起電極（約24mm）而引燃電弧n在接觸引弧中，電極與工件短路接觸的方式有兩種：撞擊法和劃擦法2非接觸引弧非接觸引弧n電極與工件之間保持一定的間隙，然后在電極與工件之間施以高電壓擊穿間隙使電弧引燃n非接觸引弧主要應(yīng)用于鎢極氬弧焊和等離子弧焊【綜合訓(xùn)練綜合訓(xùn)練】n一、填空題答案n1氣體放電 ； 2在外加能量作用下，中性氣體分子或原子分離成正離子和電子的現(xiàn)象； 3熱電離，強(qiáng)；4 碰撞電離、熱電離、光電離；5光電離；6陰極電子發(fā)射；7氣體電離和陰極發(fā)射電子；8熱電子發(fā)射、場(chǎng)致電子發(fā)射、光電子發(fā)射和撞擊電子發(fā)射n二、判斷題答案 1；2；3 ；4 ； 5 。n三、選擇題答案n1a；2b；3c。n四、

5、簡(jiǎn)答題答案（略）n五、實(shí)踐部分 組織學(xué)生在焊接實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地進(jìn)行引弧訓(xùn)練，學(xué)會(huì)撞擊法和劃擦法兩種引弧方法，并使學(xué)生明白在什么情況下采用撞擊法，在什么情況下采用劃擦法 焊接電弧的結(jié)構(gòu)、壓降分布和伏安特性焊接電弧的結(jié)構(gòu)、壓降分布和伏安特性綜合知識(shí)模塊二綜合知識(shí)模塊二 焊接電弧的結(jié)構(gòu)及壓降分布焊接電弧的結(jié)構(gòu)及壓降分布n焊接電弧分為三個(gè)區(qū)域，即陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)、弧柱區(qū)。陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)的長(zhǎng)度很短，因此，電弧長(zhǎng)度可近似認(rèn)為等于弧柱長(zhǎng)度n三個(gè)區(qū)的電壓降分別稱為陰極壓降Ui、陽(yáng)極壓降Uy 和弧柱壓降Uz 。它們組成了總的電弧電壓Uhn zyihUUUU能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn) 1n經(jīng)驗(yàn)公式：n n由于上式中a為陰極壓降與

6、陽(yáng)極壓降之和，基本可認(rèn)為常數(shù)，所以可以說(shuō)電弧電壓與弧柱長(zhǎng)度成正比碳極電弧其陽(yáng)極溫度約為4200K，陰極溫度約為3500K,弧柱中的溫度比兩極高，約為50008000K。通?；≈鶇^(qū)放出的熱量?jī)H占電弧總熱量的21左右。zblaUh 焊接電弧的伏安特性焊接電弧的伏安特性n焊接電弧的伏安特性即電特性，包括靜態(tài)伏安特性（靜特性）和動(dòng)態(tài)伏安特性（動(dòng)特性）能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn) 21焊接電弧的靜特性焊接電弧的靜特性n在電極材料、氣體介質(zhì)和電弧弧長(zhǎng)一定的情況下，電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)電弧電壓和焊接電流之間的關(guān)系稱為靜特性。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：n焊接電弧的靜特性 近似呈U形曲線： )(hhIfU 圖圖1-3 焊接電弧的靜特性

7、曲線焊接電弧的靜特性曲線nU形靜特性曲線由三個(gè)區(qū)段組成。在區(qū)段，電弧電壓隨著電流的增加而下降，稱該段為下降特性段；在區(qū)段，電弧電壓基本上不隨電流的變化而變化，稱該段為平特性段，或稱恒壓特性；在區(qū)段，電弧電壓隨電流的增加而上升，稱該段為上升特性段。n不同的焊接方法，它們的電弧靜特性曲線有所不同，并且在其正常使用范圍內(nèi)并不包括電弧靜特性曲線的所有區(qū)段。對(duì)于小電流鎢極氬弧焊、微束等離子弧焊以及脈沖氬弧焊中的“維弧”狀態(tài)，通常使用電弧靜特性的下降段；對(duì)于焊條電弧焊、粗絲CO2氣體保護(hù)焊、埋弧焊，多工作在電弧靜特性的水平段；對(duì)于細(xì)絲大電流CO2氣體保護(hù)焊、等離子弧焊，則通常工作在電弧靜特性的上升段。n弧

8、長(zhǎng)對(duì)靜特性曲線的影響 當(dāng)焊接電流不變時(shí)，弧長(zhǎng)增加，電弧電阻增大，根據(jù)歐姆定律，電弧電壓自然會(huì)增加。如圖1-4所示。 圖圖1-4 弧長(zhǎng)對(duì)電弧靜特性的影響弧長(zhǎng)對(duì)電弧靜特性的影響2焊接電弧的動(dòng)特性焊接電弧的動(dòng)特性n所謂電弧的動(dòng)特性，是指在一定的弧長(zhǎng)下，當(dāng)電弧電流以很快的速度變化時(shí)，電弧電壓和焊接電流瞬時(shí)值之間的關(guān)系，即 。電弧動(dòng)特性曲線如圖1-5中的虛線所示。)(hhifU 圖圖1-5 電弧動(dòng)特性的說(shuō)明示意圖電弧動(dòng)特性的說(shuō)明示意圖【綜合訓(xùn)練綜合訓(xùn)練】n一、填空題答案 1電場(chǎng)強(qiáng)度E；2熱陰極、冷陰極；3電極材料；4下降段；5上升段。n二、判斷題答案 1 ；2 ；3 ；4 ； 5 ；6 ；7 ；8 ；9

9、 ；10 ；11 ；12 ；13 ；14 ；n三、選擇題答案 1b；2d；3c；4 c；5 cn四、簡(jiǎn)答題答案（略）n五、實(shí)踐部分 焊接電弧靜特性測(cè)定實(shí)訓(xùn) 通過(guò)該項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，一方面使學(xué)生驗(yàn)證電弧靜特性曲線的形狀；另一方面加深對(duì)電弧靜特性曲線測(cè)定原理的理解。并根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)畫出所測(cè)電弧的靜特性曲線。 交流電弧交流電弧綜合知識(shí)模塊三綜合知識(shí)模塊三 交流電弧的特點(diǎn)交流電弧的特點(diǎn)n交流電弧有以下特點(diǎn)：（1）電弧周期性地熄滅和再引燃（2）電弧電壓和電流的波形發(fā)生畸變 （3）熱慣性的作用較明顯能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn) 1 交流電弧連續(xù)燃燒條件交流電弧連續(xù)燃燒條件 n電感性電路，電壓與電流的波形圖（圖1-7）能力知

10、識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn) 2圖圖1-7 電感性電路交流電的電壓電感性電路交流電的電壓和電流波形圖和電流波形圖n由（圖1-7）可以看出，只要電路中電感值L足夠大，就能使焊接電流ih滯后于電源電壓u一定的相位角 ，并且在 時(shí)，電源電壓的值已經(jīng)達(dá)到了引弧電壓 ，便能保證交流電弧連續(xù)、穩(wěn)定地燃燒。n綜上所述，要使交流電弧穩(wěn)定燃燒，就應(yīng)保證焊接回路中有足夠大的電感，這樣才能保證電流改變極性時(shí)電弧能迅速地自行恢復(fù)燃燒，保證交流電弧穩(wěn)定性，提高焊接質(zhì)量。 20、tyrU 影響交流電弧燃燒的因素影響交流電弧燃燒的因素和提高電弧穩(wěn)定性的措施和提高電弧穩(wěn)定性的措施 n1影響交流電弧燃燒的因素影響交流電弧燃燒的因素（1）空載

11、電壓（2）再引燃電壓（3）電路參數(shù)（4）焊接電流（5）電源頻率 （6）電極的熱物理性能和尺寸能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn) 3n2提高交流電弧穩(wěn)定性的措施提高交流電弧穩(wěn)定性的措施（1）提高弧焊電源的頻率 由于大功率電子元件和電子技術(shù)的發(fā)展，采用較高頻率的交流弧焊電源已成為可能。（2）提高電源的空載電壓 提高電源的空載電壓能提高交流電弧的穩(wěn)定性。但空載電壓過(guò)高會(huì)帶來(lái)對(duì)人身不安全，材料消耗增加，功率因數(shù)降低等不良后果，所以提高空載電壓是有限度的。（3）改善電弧電流的波形 如果把正弦波改為矩形波，則電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)將具有較大的增長(zhǎng)速度，從而可降低電弧熄滅的傾向。（4）疊加高壓電 在鎢極交流氬弧焊時(shí)，由于鋁工件的熱

12、容量和熱導(dǎo)率高，熔點(diǎn)低，尺寸又大，因而在負(fù)極性的半周再引弧困難。為此，需在這個(gè)半周再引燃電弧時(shí)加上高壓脈沖或高頻高壓電，使電弧穩(wěn)定燃燒，提高焊接質(zhì)量?！揪C合訓(xùn)練綜合訓(xùn)練】n分別采用交流電焊機(jī)和直流電焊機(jī)進(jìn)行施焊，體會(huì)交流電弧和直流電弧的特點(diǎn)。焊接電弧的分類及特點(diǎn)焊接電弧的分類及特點(diǎn)綜合知識(shí)模塊四綜合知識(shí)模塊四n從不同的角度，焊接電弧可作如下分類：（1）按電流種類：分為交流電弧、直流電弧和脈沖電?。òǜ哳l脈沖電?。＃?）按電弧狀態(tài)：分為自由電弧和壓縮電弧。（3）按電弧周圍介質(zhì)：可分為焊條電弧焊電弧、焊劑層下“燃燒”的電弧、氣體保護(hù)電弧焊電弧以及介于明弧和埋弧之間的電弧。（4）按電極材料：可分

13、為熔化極電弧和非熔化極電弧。 自由電弧自由電弧 n1非熔化極電弧非熔化極電弧 焊接過(guò)程中電極本身不熔化，沒(méi)有金屬熔滴過(guò)渡，通常采用惰性氣體（如氬氣、氦氣等）保護(hù)。由于氦氣十分昂貴，大多數(shù)情況下我國(guó)都采用氬氣保護(hù)， 電極多采用鎢極或摻有少量稀土金屬的鎢極，如稀土釷或鈰，這種電弧通常稱為鎢極氬弧。能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn) 1n鎢極氬弧又分為直流電弧與交流電弧兩種。直流鎢極氬弧一旦點(diǎn)燃之后，電弧非常穩(wěn)定，電流最小可達(dá)5A，故經(jīng)常用于薄板的焊接；交流鎢極氬弧，電流每秒鐘有100次過(guò)零點(diǎn)，故每秒鐘要有100次重新引燃。除此之外，氬氣的電離電壓很高，所以氬弧的引燃電壓比一般電弧要高得多，導(dǎo)致交流鎢極氬弧的電弧

14、穩(wěn)定性較差。2熔化極電弧熔化極電弧n熔化極電弧，就是在焊接電弧燃燒過(guò)程中作為電弧的一個(gè)極不斷熔化，并按一定規(guī)律過(guò)渡到焊接工件上去的。根據(jù)電弧是否可見(jiàn)，熔化極電弧又可分為明弧和埋弧兩大類。n明弧的電極分兩種：一種是在金屬絲表面敷有藥皮，如焊條電弧焊所用的焊條。另一種是采用光電極，即光焊絲。光焊絲通常采用保護(hù)氣體。隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了在焊絲中摻入合金元素的冶金技術(shù)，其中合金元素起保護(hù)作用，而不必采用保護(hù)氣體，這種電弧稱為自保護(hù)電弧。采用藥芯焊絲的焊接電弧就屬這種情況。n采用光焊絲的電弧多數(shù)用直流弧焊電源，特別是采用活性氣體保護(hù)焊的電弧必須采用直流電弧，而惰性氣體保護(hù)焊的電弧，則可采用脈

15、沖弧焊電源、矩形波交流弧焊電源或普通的交流弧焊電源。n埋弧即所指埋弧焊，也是采用光焊絲，但在焊接過(guò)程中要不斷地往電弧周圍送給顆粒狀焊劑，電弧在焊劑中燃燒，即電弧被埋在焊劑下進(jìn)行燃燒，而燃燒的電弧不可見(jiàn)。因?yàn)楹竸┲泻蟹€(wěn)弧元素，故電弧能夠穩(wěn)定燃燒。這類電弧既可以是直流電弧，也可以是交流電弧。n在熔化極電弧焊中，電極不斷地熔化并以一定形式過(guò)渡到焊縫中去，這就要求電極連續(xù)不斷地向電弧區(qū)送進(jìn)，以維持弧長(zhǎng)的基本恒定。n對(duì)于普通的熔化極電弧，電極在熔化過(guò)程中形成的熔滴有大有小，短路過(guò)渡電弧是經(jīng)常應(yīng)用的電弧現(xiàn)象之一。這種電弧在燃燒過(guò)程中，不僅弧長(zhǎng)發(fā)生激烈的變化，更主要的是在熔滴短路之后必有一個(gè)重新引燃電弧的

16、問(wèn)題存在。因此，對(duì)于有熔滴短路的電弧，使電弧變得不穩(wěn)定，而需對(duì)弧焊電源提出很高的要求，如弧焊電源必須具備良好的動(dòng)特性。 壓縮電弧壓縮電弧 n把自由電弧的弧柱強(qiáng)迫壓縮，就可獲得一種比一般電弧溫度更高、能量更集中的熱源，即壓縮電弧。壓縮電弧典型實(shí)例就是等離子弧，它是利用熱壓縮、磁壓縮和機(jī)械壓縮效應(yīng)，使弧柱截面縮小，能量集中，從而提高了電弧能量密度，形成高溫等離子弧。 能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn) 2n等離子弧分為以下三種型式：（1）轉(zhuǎn)移型等離子弧 電極接負(fù)極，工件接正極，等離子弧產(chǎn)生于電極與工件之間，如圖1-8a）所示。（2）非轉(zhuǎn)移型等離子弧 電極接負(fù)極，噴嘴接正極，等離子弧產(chǎn)生在電極與噴嘴表面之間，如圖

17、1-8b）所示。（3）混合型等離子弧 把上述兩種等離子弧結(jié)合起來(lái)，工作時(shí)兩種電弧同時(shí)存在，就稱為混合型等離子弧，如圖1-8c）所示。它常用于徽束等離子弧焊和等離子弧噴焊。n三種形式的等離子弧a) b) c) 圖圖1-8 三種形式等離子弧示意圖三種形式等離子弧示意圖a)轉(zhuǎn)移型轉(zhuǎn)移型 b)非轉(zhuǎn)移型非轉(zhuǎn)移型 c)混合型混合型n三種型式的等離子弧電極均是不熔化電極，因此它們除了具有高能量密度壓縮電弧的特點(diǎn)外，還具有非熔化極自由電弧的特點(diǎn)，即影響電弧穩(wěn)定燃燒的主要因素是電弧電流和空載電壓。要保持電弧的穩(wěn)定燃燒，應(yīng)盡可能使電弧電流不變，并且空載電壓較高。等離子弧通常是采用直流和脈沖電流，但也有采用交流的。

18、 脈沖電弧脈沖電弧n電流為脈沖波形的電弧，稱為脈沖電弧。它可用于鎢極、熔化極電弧焊。n脈沖電弧分為直流脈沖電弧和交流脈沖電弧。脈沖電弧電流周期地從基本電流（維弧電流）幅值增至脈沖電流幅值。也可以認(rèn)為：脈沖電弧是由維持電弧和脈沖電弧兩種電弧組成的。維持電弧用于在脈沖休止期間來(lái)維持電弧的穩(wěn)定燃燒；脈沖電弧用于加熱熔化工件和焊絲，并能使熔滴從焊絲脫落并向工件過(guò)渡。能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn) 3n脈沖電弧的電流波形有許多種形式，如常見(jiàn)的矩形波脈沖、梯形波脈沖、正弦波脈沖和三角形波脈沖等。圖1-9所示為直流矩形波脈沖電弧電流波形。n焊接過(guò)程中，因?yàn)槊}沖電弧的電流為脈沖波形，因而，在同樣平均電流下峰值電流較大，

19、熔池處于周期性地加熱和冷卻的循環(huán)之中，其可調(diào)焊接工藝參數(shù)較多。因此，它就可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)和控制焊接線能量及焊接熱循環(huán)；能有效地控制熔滴的過(guò)渡、熔池的形成和焊縫的結(jié)晶，而具有其獨(dú)到之處。n脈沖電弧包括非熔化極脈沖電弧、熔化極脈沖電弧和脈沖等離子弧，這三種脈沖電弧既有共同之處，又各自具有自身的特點(diǎn)?！揪C合訓(xùn)練】【綜合訓(xùn)練】n 分別進(jìn)行焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氬弧焊、等離子弧焊等焊接方法的施焊練習(xí)，體會(huì)各種電弧的特點(diǎn)。 對(duì)弧焊電源的要求對(duì)弧焊電源的要求 綜合知識(shí)模塊綜合知識(shí)模塊五五 對(duì)弧焊電源空載電壓的要求對(duì)弧焊電源空載電壓的要求 n弧焊電源的空載電壓是指弧焊電源處于非負(fù)載狀態(tài)時(shí)的端電壓，

20、用 表示，它是弧焊電源的重要技術(shù)指標(biāo)。n弧焊電源空載電壓的確定應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)原則：（1）保證引弧容易 空載電壓越高，引弧越容易。（2）保證電弧的穩(wěn)定燃燒 為確保交流電弧的穩(wěn)定燃燒，要求 。0U能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn) 1h0)25. 28 . 1 ( UU （3）符合經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn) 當(dāng)弧焊電源的額定電流 一定時(shí)，其額定容量 ，即 與 成正比，所以， 越高，則 越大，因此制造電源所消耗的鐵、銅材料越多，成本越高；同時(shí)，還會(huì)增加能量的耗損，弧焊電源的效率和功率因數(shù)均降低，故 不宜太高。（4）保證人身安全 弧焊電源的空載電壓越高，對(duì)操作者的安全越不利。n綜合考慮上述因素，一般對(duì)弧焊電源空載電壓的規(guī)定如下：弧焊

21、變壓器 80V；弧焊整流器 85V。eIe0eIUP eP0U0UeP0U0U0U 對(duì)弧焊電源外特性的要求對(duì)弧焊電源外特性的要求n弧焊電源和焊接電弧是一個(gè)供電與用電系統(tǒng)。在穩(wěn)定狀態(tài)下，弧焊電源的輸出電壓和輸出電流之間的關(guān)系，稱為弧焊電源的外特性，或弧焊電源的伏安特性，其數(shù)學(xué)函數(shù)式為 能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn) 2)(yyIfU 1“電源電源電弧電弧”系統(tǒng)的穩(wěn)定條件系統(tǒng)的穩(wěn)定條件n焊接過(guò)程中，弧焊電源是焊接電弧能量的提供者，焊接電弧是弧焊電源能量的使用者，因此，弧焊電源和焊接電弧組成“電源電弧”系統(tǒng)，如圖1-10所示。圖圖1-10 “電源電源電弧電弧”系統(tǒng)電路系統(tǒng)電路示意圖示意圖n“電源電弧”系統(tǒng)的穩(wěn)

22、定條件包括兩個(gè)方面，即系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定條件和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定條件。n（1）系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定條件（如圖1-11所示）。圖圖1-11 “電源電源-電弧電弧”系統(tǒng)穩(wěn)定性分析系統(tǒng)穩(wěn)定性分析n從圖上可以看出，在無(wú)外界因素干擾時(shí)，要保持“電源電弧”系統(tǒng)的靜態(tài)平衡，電源提供的能量必須等于電弧所需要的能量，即電源外特性曲線1和電弧靜特性曲線2必須能夠相交，如圖所示相交于A0、A1點(diǎn)。也可以用以下數(shù)學(xué)式表示： （1-3）式（1-3）即系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定條件。hyhyIIUUn（2）系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定條件 實(shí)際焊接過(guò)程中，由于操作的不穩(wěn)定、工件表面的不平整或電網(wǎng)電壓的波動(dòng)等外界干擾，會(huì)產(chǎn)生工作點(diǎn)的偏移，使系統(tǒng)的供求平衡狀態(tài)遭到

23、破壞。 從供求平衡的角度分析圖1-11可以看出，A0點(diǎn)是穩(wěn)定的工作點(diǎn)，A1點(diǎn)不是穩(wěn)定的工作點(diǎn)。 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定條件還可以用數(shù)學(xué)的方法解釋，即電弧靜特性曲線在工作點(diǎn)處的斜率必須大于電源外特性曲線在該工作點(diǎn)處的斜率。其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下 （1-4）0)(dwyyhhdIdUdIdUK2弧焊電源外特性曲線的形狀及選擇弧焊電源外特性曲線的形狀及選擇n弧焊電源的外特性一般為下降特性和平特性兩大類，如圖1-12所示 圖圖1-12 弧焊電源的幾種外特性曲線弧焊電源的幾種外特性曲線a)垂直陡降特性垂直陡降特性 b)陡降特性陡降特性 c)緩降特性緩降特性d)平特性（恒壓特性）平特性（恒壓特性） e)平特性（稍上升）

24、平特性（稍上升）n下面結(jié)合具體焊接方法對(duì)電源外特性曲線的選擇進(jìn)行具體分析。n（1）焊條電弧焊 焊條電弧焊一般工作在電弧靜特性的水平段。采用下降外特性的弧焊電源，就可滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。但是怎樣下降的外特性曲線才更合適，還得從保證焊接工藝參數(shù)穩(wěn)定來(lái)考慮。n圖1-13中曲線1和曲線2是陡降度不同的兩條電源外特性曲線圖圖1-13 弧長(zhǎng)變化時(shí)引起的電流偏移弧長(zhǎng)變化時(shí)引起的電流偏移n分析圖1-13可見(jiàn)，當(dāng)弧長(zhǎng)變化時(shí)，電源外特性下降的陡度越大，則電流偏差就越小，焊接電弧和工藝參數(shù)穩(wěn)定。但外特性陡降度過(guò)大時(shí)，穩(wěn)態(tài)短路電流過(guò)小，影響引弧和熔滴過(guò)渡；陡降度過(guò)小的電源，其穩(wěn)態(tài)短路電流又過(guò)大，焊接時(shí)產(chǎn)生的飛濺大，

25、電弧不夠穩(wěn)定。因此，陡降度過(guò)大和過(guò)小的電源均不適合焊條電弧焊，故規(guī)定弧焊電源的外特性應(yīng)滿足下式： （1-5）225. 1hdwIIn焊條電弧焊最好是采用恒流帶外拖特性的弧焊電源，如圖1-14所示。它既可體現(xiàn)恒流特性焊接工藝參數(shù)穩(wěn)定的特點(diǎn)，又通過(guò)外拖增大短路電流，提高了引弧性能和電弧熔透能力。圖圖1-14 電源恒流帶外拖特性曲線示意圖電源恒流帶外拖特性曲線示意圖a)外拖為下傾斜線外拖為下傾斜線 b)外拖為階梯曲線外拖為階梯曲線n（2）熔化極電弧焊 熔化極電弧焊包括埋弧焊、熔化極氬弧焊（MIG）、C02氣體保護(hù)焊和含有活性氣體的混合氣體保護(hù)焊（MAG）等。這些焊接方法，在選擇合適的電源外特性工作部

26、分的形狀時(shí)，既要根據(jù)其電弧靜特性的形狀，又要考慮送絲方式。根據(jù)送絲方式不同，熔化極電弧焊可分為以下兩種。n1）等速送絲控制系統(tǒng)的熔化極電弧焊 C02、MAG、MIG焊或細(xì)絲（直徑3mm）的直流埋弧自動(dòng)焊，電弧靜特性均是上升的。電源外特性為下降、平、微升（但上升陡度需小于電弧靜特性上升的陡度）都可以滿足“電源一電弧”系統(tǒng)穩(wěn)定條件。對(duì)于這些焊接方法，特別是半自動(dòng)焊，電弧的自身調(diào)節(jié)作用較強(qiáng)，焊接過(guò)程的穩(wěn)定，是靠弧長(zhǎng)變化時(shí)引起焊接電流和焊絲熔化速度的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；￠L(zhǎng)變化時(shí)，如果引起的電流偏移越大，則電弧自身調(diào)節(jié)作用就越強(qiáng)，焊接工藝參數(shù)恢復(fù)得就越快。n2）變速送絲控制系統(tǒng)的熔化極弧焊 通常的埋弧焊和一

27、部分MIG焊，它們的電弧靜特性是平的，只能選擇下降外特性的電源。這類焊接方法的電流密度較小，自身調(diào)節(jié)作用不強(qiáng)，不能在弧長(zhǎng)變化時(shí)維持焊接工藝參數(shù)穩(wěn)定，應(yīng)該采用變速送絲控制系統(tǒng)，即利用電弧電壓作為反饋量來(lái)調(diào)節(jié)送絲速度的。當(dāng)弧長(zhǎng)增加時(shí)，電弧電壓增大，電壓反饋迫使送絲速度加快，使弧長(zhǎng)得以恢復(fù)；當(dāng)弧長(zhǎng)減小時(shí)，電弧電壓減小，電壓反饋迫使送絲速度減慢，使弧長(zhǎng)得以恢復(fù)。顯然，陡降度較大的外特性電源，在弧長(zhǎng)或電網(wǎng)電壓變化時(shí)所引起的電弧電壓變化較大，電弧均勻調(diào)節(jié)的作用也較強(qiáng)。因此，在電弧電壓反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中應(yīng)采用具有陡降外特性曲線的電源，這樣電流偏差較小，有利于焊接工藝參數(shù)的穩(wěn)定。n（3）非熔化極電弧焊 這種弧

28、焊方法包括鎢極氬弧焊（TIG）、等離子弧焊以及非熔化極脈沖弧焊等。它們的電弧靜特性工作部分呈平的或略上升的形狀，影響電弧穩(wěn)定燃燒的主要參數(shù)是電流，而弧長(zhǎng)變化不像熔化極電弧那樣大。為了盡量減小由外界因素干擾引起的電流偏移，應(yīng)采用具有陡降特性的電源，見(jiàn)圖1-12a）、b）。 對(duì)弧焊電源調(diào)節(jié)特性的要求對(duì)弧焊電源調(diào)節(jié)特性的要求 n焊接時(shí)，由于工件的材料、厚度及幾何形狀不同，選用的焊條（或焊絲）直徑及采用的熔滴過(guò)渡形式也不同，因而需要選擇不同的焊接工藝參數(shù)，即選擇不同的電弧電壓 和焊接電流 等。為滿足上述要求，電源必須具備可以調(diào)節(jié)的性能。n弧焊電源這種外特性可調(diào)的性能，稱弧焊電源的調(diào)節(jié)特性。hU能力知識(shí)

29、點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn)3hI不同的焊接方法對(duì)弧焊電源調(diào)節(jié)特性提出不不同的焊接方法對(duì)弧焊電源調(diào)節(jié)特性提出不同的要求同的要求 n1焊條電弧焊焊條電弧焊 焊條電弧焊焊接電流的調(diào)節(jié)范圍大，通常在100A400A之間，即使電弧電壓不變，也能保證得到所要求的焊縫成形，所以在焊接不同厚度的工件時(shí)，電弧電壓一般保持不變，只改變焊接電流即可。圖1-16就是焊條電弧焊常用的調(diào)節(jié)特性。調(diào)節(jié)特性曲線圖圖1-16 U0不變，只改變不變，只改變Z時(shí)時(shí)的電源外特性曲線的電源外特性曲線圖圖1-17 Z不變，只改變不變，只改變U0時(shí)時(shí)的電源外特性曲線的電源外特性曲線n當(dāng)使用小電流焊接時(shí)，由于電流小，電子熱發(fā)射能力弱，需要靠強(qiáng)電場(chǎng)作用才容

30、易引燃電弧，這就要求電源應(yīng)有較高的空載電壓；當(dāng)使用大電流焊接時(shí)，空載電壓可以降低。通常把能這樣改變外特性的弧焊電源，稱為具有理想調(diào)節(jié)特性的弧焊電源，如圖1-18所示。 n理想調(diào)節(jié)特性圖圖1-18 改變改變U0和和Z的的電源外特性（理想調(diào)節(jié)特性）電源外特性（理想調(diào)節(jié)特性）n2埋弧焊埋弧焊 在埋弧焊中，焊縫成形與焊接工藝參數(shù)關(guān)系密切。一般當(dāng)焊接電流增加時(shí)，焊縫熔深隨著增大；當(dāng)電弧電壓增加時(shí)，熔寬增加。埋弧焊時(shí)，要求焊縫的熔深與熔寬之間應(yīng)保持一定的比例關(guān)系。因此，在增加焊接電流時(shí)，電弧電壓也要增加。埋弧焊電源應(yīng)具有圖1-17所示的調(diào)節(jié)特性。n3等速送絲氣體保護(hù)電弧焊等速送絲氣體保護(hù)電弧焊 電弧靜特性

31、為上升的等速送絲氣體保護(hù)電弧焊，可選用平外特性的電源，如圖1-19所示。圖圖1-19 平外特性調(diào)節(jié)方式示意圖平外特性調(diào)節(jié)方式示意圖n4可調(diào)參數(shù)可調(diào)參數(shù)n（1）平特性弧焊電源調(diào)節(jié)特性參數(shù) 1）工作電壓 2）工作電流 3）最大工作電壓 4）最小工作電壓 5）工作電壓調(diào)節(jié)范圍n國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的負(fù)載特性為：gUgIgmaxUgminUgmingmaxUU；時(shí)，當(dāng)V)05. 014(A600hghIUIV44A600ghUI時(shí)，當(dāng)n（2）下降特性弧焊電源調(diào)節(jié)特性參數(shù)1）工作電流 2）工作電壓 3）最大焊接電流 4）最小焊接電流 5）工作電流調(diào)節(jié)范圍通常要求 ， n規(guī)定的負(fù)載特性為：焊條電弧焊和埋弧焊的負(fù)載

32、特性為： TIG焊的負(fù)載特性為：gIgUhmaxIhminIhminhmax II0 . 1ehmaxII25. 0ehminII；時(shí)，當(dāng)V)04. 020(A600hghIUIV44A600ghUI時(shí)，當(dāng)；時(shí)，當(dāng)V)04. 010(A600hghIUIV34A600ghUI時(shí)，當(dāng)n平特性和下降特性弧焊電源調(diào)節(jié)特性圖圖1-20 平外特性弧焊電平外特性弧焊電源的調(diào)節(jié)特性源的調(diào)節(jié)特性圖圖1-21 下降特性弧焊電源下降特性弧焊電源的調(diào)節(jié)特性的調(diào)節(jié)特性 對(duì)弧焊電源動(dòng)特性的要求對(duì)弧焊電源動(dòng)特性的要求 n所謂弧焊電源的動(dòng)特性，是指電弧負(fù)載狀態(tài)發(fā)生突變時(shí)，弧焊電源輸出電壓與電流的響應(yīng)過(guò)程，可以用弧焊電源的輸

33、出電流 和電壓 來(lái)表示，它反映弧焊電源對(duì)負(fù)載瞬變的適應(yīng)能力。只有當(dāng)弧焊電源的動(dòng)特性合適時(shí)，才能獲得預(yù)期有規(guī)律的熔滴過(guò)渡，電弧穩(wěn)定，飛濺小和良好的焊縫成形。)(htfi 能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn) 4)(htfu n對(duì)動(dòng)特性的要求主要有以下幾點(diǎn)：n（1）合適的瞬時(shí)短路電流峰值 焊條電弧焊時(shí)，從有利于引弧、加速金屬的熔化和過(guò)渡、縮短電源處于短路狀態(tài)的時(shí)間等方面考慮，希望短路電流峰值大一些好；但短路電流峰值過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致焊條和焊件過(guò)熱，甚至使焊件燒穿，并會(huì)使飛濺增大。因此必須要有合適的瞬時(shí)短路電流峰值。n（2）合適的短路電流上升速度 短路電流上升速度太小，不利于熔滴過(guò)渡；短路電流上升速度太大，飛濺嚴(yán)重。所以

34、，必須要有合適的短路電流上升速度。n（3）合適的恢復(fù)電壓最低值 在進(jìn)行直流焊條電弧焊開(kāi)始引弧時(shí)，當(dāng)焊條與工件短路被拉開(kāi)后，即在由短路到空載的過(guò)程中，由于焊接回路內(nèi)電感的影響，電源電壓不能瞬間就恢復(fù)到空載電壓，而是先出現(xiàn)一個(gè)尖峰值（時(shí)間極短），緊接著下降到電壓最低值，然后再逐漸升高到空載電壓。這個(gè)電壓最低值就叫恢復(fù)電壓最低值。如果過(guò)小，即焊條與工件之間的電場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)小，則不利于陰極電子發(fā)射和氣體電離，使熔滴過(guò)渡后的電弧復(fù)燃困難。n綜上所述，為保證電弧引燃容易和焊接過(guò)程的穩(wěn)定，并得到良好的焊縫質(zhì)量，要求弧焊電源應(yīng)具備對(duì)負(fù)載瞬變的良好反應(yīng)能力，即良好的動(dòng)特性?！揪C合訓(xùn)練綜合訓(xùn)練】 n一、填空題答案1越穩(wěn)定；2外特性；3動(dòng)特性n二、判斷題答案1 ；2 ；3 ；4 ；5 ；n三、選擇題答案1a；2B；3C；n四、簡(jiǎn)答題答案（略）n五、實(shí)踐部分 弧焊電源外特性曲線測(cè)定實(shí)訓(xùn) 學(xué)會(huì)測(cè)定弧焊電源外特性曲線的方法；加深對(duì)弧焊電源調(diào)節(jié)特性的理解。本單元小結(jié)本單元小結(jié)n焊接電弧按焊接電流種類，可分為交流電弧、直流電弧和脈沖電?。话措娀顟B(tài)，可分為自由電弧和壓縮電??；按電極材料，可分為熔化極電弧和非熔化極電弧。n焊接電弧產(chǎn)生和維持的必要條件是氣體電離和陰極發(fā)射電子。氣體電離有碰撞電離、光電離和熱電離三種