第2章對弧焊電源的基本要求ppt課件

1、第第2章章 對弧焊電源的根本要求對弧焊電源的根本要求 2.1 對弧焊電源外特性的要求對弧焊電源外特性的要求2.2 對弧焊電源調(diào)理性能的要求對弧焊電源調(diào)理性能的要求2.3 對弧焊電源動特性的要求對弧焊電源動特性的要求 本章論述了對弧焊電源的根本要求，著重討論弧焊工藝對弧焊電源的空載電壓、外特性、調(diào)理性能和動特性的要求。內(nèi)容提要內(nèi)容提要 l 弧焊工藝對電源的要求弧焊工藝對電源的要求l 弧焊電源需具備對弧焊工藝的順應性，即弧焊電源需具備對弧焊工藝的順應性，即滿足弧焊工藝對弧焊電源的下述要求：滿足弧焊工藝對弧焊電源的下述要求： l 1保證引弧容易。保證引弧容易。l 2保證電弧穩(wěn)定。保證電弧穩(wěn)定。l 3

2、保證焊接參數(shù)穩(wěn)定。保證焊接參數(shù)穩(wěn)定。l 4具有足夠?qū)挼暮附訁?shù)調(diào)理范圍。具有足夠?qū)挼暮附訁?shù)調(diào)理范圍。l 弧焊電源的電氣性能弧焊電源的電氣性能l 為滿足上述工藝要求，弧焊電源的電氣性能應思索以下為滿足上述工藝要求，弧焊電源的電氣性能應思索以下四個方面四個方面 ：l 1對弧焊電源空載電壓的要求。對弧焊電源空載電壓的要求。l 2對弧焊電源外特性的要求。對弧焊電源外特性的要求。l 3對弧焊電源調(diào)理性能的要求。對弧焊電源調(diào)理性能的要求。l 4對弧焊電源動特性的要求。對弧焊電源動特性的要求。2.1 對弧焊電源外特性的要求對弧焊電源外特性的要求2.1.1 電源的外特性電源的外特性在電源參數(shù)一定的條件下，改

3、動負載時，在電源參數(shù)一定的條件下，改動負載時，電源輸出的電壓穩(wěn)定值電源輸出的電壓穩(wěn)定值 與輸出的電與輸出的電流穩(wěn)定值流穩(wěn)定值 之間的關系之間的關系 ，稱，稱為電源的外特性。對于直流電源，為電源的外特性。對于直流電源， 和和 為平均值，對于交流電源那么為有效值。為平均值，對于交流電源那么為有效值。 普通直流電源的外特性方程式為：普通直流電源的外特性方程式為：yUyIyy()Uf IyUyIyy 0UEI r普通直流電源的外特性普通直流電源的外特性 圖2-1 普通直流電源的外特性 2.1.2 “電源一電弧系統(tǒng)的穩(wěn)定電源一電弧系統(tǒng)的穩(wěn)定性性l在電弧焊接過程中，電源起供電作用，電弧作為供電對象而用電，

4、從而構成l “電源一電弧系統(tǒng)。l所謂“電源一電弧系統(tǒng)的穩(wěn)定性應包含兩方面的含義： l 1系統(tǒng)在無外界要素干擾時，能在給定電弧 電壓和電流下，維持長時間的延續(xù)電弧放 l 電，堅持靜態(tài)平衡。l Uf 和If 為電弧電壓和電弧電流的穩(wěn)定值。 l 2當系一致旦遭到瞬時的外界干擾，破壞了原來的靜態(tài)平衡，呵斥了焊接參數(shù)的變化。但當干擾消逝之后，系統(tǒng)可以自動地恢復穩(wěn)定平衡，使得焊接參數(shù)重新恢復。 l “電源電弧系統(tǒng)的穩(wěn)定條件是 ：fyUUfyII0)(fIyfWIUIUK圖2-2 “電源電源系統(tǒng)電路的電路圖2.1.3.1 對弧焊電源外特性任務區(qū)對弧焊電源外特性任務區(qū) 段外形的要求段外形的要求l焊條電弧焊焊條

5、電弧焊 在焊條電弧焊中，普通是任務于電弧靜特在焊條電弧焊中，普通是任務于電弧靜特性的程度段上。采用下降外特性的弧焊電源，便可以滿足性的程度段上。采用下降外特性的弧焊電源，便可以滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。 l熔化極弧焊熔化極弧焊 熔化極弧焊包括埋弧焊、混合氣體維護焊熔化極弧焊包括埋弧焊、混合氣體維護焊(MAG)等。這些弧焊方法，不僅要根據(jù)其電弧靜特性的外等。這些弧焊方法，不僅要根據(jù)其電弧靜特性的外形，而且還要思索送絲的方式來選擇適宜的弧焊電源外特形，而且還要思索送絲的方式來選擇適宜的弧焊電源外特性任務部分的外形。性任務部分的外形。 熔化極弧焊可分為兩種熔化極弧焊可分為兩種 根據(jù)送絲

6、方式不同，熔化極弧焊可分為兩種：1等速送絲控制系統(tǒng)的熔化極弧焊 CO2MAG、MIG焊或細絲(直徑)的直流埋弧焊，電弧靜特性均是上升的?；『鸽娫赐馓匦詾橄陆?、平、微升(但上升的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。 2變速送絲控制系統(tǒng)的熔化極弧焊 通常的埋弧焊(焊絲直徑大于3mm)和一部分MIG焊，它們的電弧靜特性是平的。 圖2-5 電弧靜特性為上升外形時電源外特性對電流偏向的影響 圖2-6 等速送絲a控制系統(tǒng)表示圖 b弧焊電源外特性與電弧靜特性l非熔化極弧焊非熔化極弧焊 這種弧焊方法包括鎢極氬這種弧焊方法包括鎢極氬l 弧焊弧焊(TIG)、非熔化極等離子弧焊以及非

7、熔、非熔化極等離子弧焊以及非熔l 化極脈沖弧焊等。它們的電弧靜特性任務部分呈化極脈沖弧焊等。它們的電弧靜特性任務部分呈l 平的或略上升的外形。平的或略上升的外形。l熔化極脈沖弧焊熔化極脈沖弧焊 普通采用等速送絲，利用普通采用等速送絲，利用“電源一電弧電源一電弧系統(tǒng)的本身調(diào)理作用來穩(wěn)定焊接參數(shù)，維弧階段和脈沖系統(tǒng)的本身調(diào)理作用來穩(wěn)定焊接參數(shù)，維弧階段和脈沖階段分別任務于兩條電源外特性上。根據(jù)不同的焊接工藝階段分別任務于兩條電源外特性上。根據(jù)不同的焊接工藝要求，脈沖電弧和維弧電弧的任務點也可以分別在恒壓和要求，脈沖電弧和維弧電弧的任務點也可以分別在恒壓和恒流特性段，或者恣意組合，即所謂可控外特性。

8、恒流特性段，或者恣意組合，即所謂可控外特性。 圖2-7 變速送絲a控制安裝表示圖 b弧焊電源與電弧靜特性2.1.3.2 對弧焊電源空載電壓的要求對弧焊電源空載電壓的要求 l弧焊電源空載電壓確實定應遵照以下幾項原那么： l 1保證引弧容易l 2保證電弧的穩(wěn)定熄滅l 3保證電弧功率穩(wěn)定l 4要有良好的經(jīng)濟性l 5保證人身平安l 對于通用的交流和直流弧焊電源的空載電壓規(guī)定如下： l 交流弧焊電源：為了保證引弧容易和電弧的延續(xù)熄滅，l通常采用l (18225)l 焊條電弧焊電源 ： l 埋弧焊電源：l 直流弧焊電源： 直流電弧比交流電弧易于穩(wěn)定。但為了容易引弧，普通也取接近于交流弧焊電源的空載電壓，只

9、是下限減少10 V。 0UfU055 70VU 070 90VU 1. 在不同任務條件下的額定空載電壓不在不同任務條件下的額定空載電壓不允許超越其如下規(guī)定的平安規(guī)范允許超越其如下規(guī)定的平安規(guī)范l觸電危險性較大的環(huán)境：直流113V峰值、交流68V峰值和48V有效值。l觸電危險性不大的環(huán)境：直流113V峰值、交流113V峰值和80 V有效值。l對操作人員加強維護的機械夾持焊炬情況下：直流141V峰值、交流141V峰值和100 V有效值。l等離子切割：直流500V峰值。2. 綜合思索引弧、穩(wěn)弧工藝需求，空載電壓通綜合思索引弧、穩(wěn)弧工藝需求，空載電壓通常詳細要求如下常詳細要求如下 l 弧焊變壓器 ：

10、80 Vl 弧焊整流器、弧焊逆變器： 85 Vl 弧焊發(fā)電機 ： 100 Vl 普通規(guī)定空載電壓不得超越100 V，在特殊用途中，假設超越100 V時必需備有自動防觸電安裝。 0U0U0U2.1.3.3 對弧焊電源穩(wěn)態(tài)短路電流的要求對弧焊電源穩(wěn)態(tài)短路電流的要求l 當電弧引燃和金屬熔滴過渡到熔池時，經(jīng)常發(fā)生短路。假設穩(wěn)態(tài)短路電流過大，會使焊條過熱，藥皮易零落，使熔滴過渡中有大的積存能量而添加金屬飛濺。但是，假設短路電流不夠大，會因電磁緊縮推進力缺乏而使引弧和焊條熔滴過渡產(chǎn)生困難。對于下降特性的弧焊電源，普通要求穩(wěn)態(tài)短路電流對焊接電流的比值范圍為： wdf1.252II2.1.4 弧焊電源外特性外

11、形的分類弧焊電源外特性外形的分類l從電弧焊接工藝的要求出發(fā)，目前已研制出具有各種各樣外特性外形的弧焊電源。2.1.4.1 下降特性下降特性l這種外特性的特點是，當輸出電流在運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)添加時，其輸出電壓隨著輸出電流的添加而急劇下降。其任務部分每添加100A電流，其電壓下降普通應大于7V。根據(jù)斜率的不同又分為垂直下降恒流特性、緩降特性和恒流帶外拖特性等。 l垂直下降恒流特性垂直下降恒流特性 垂直下降特性也叫恒流特性。其特點垂直下降特性也叫恒流特性。其特點是，在任務部分當輸出電壓變化時輸出電流幾乎不變是，在任務部分當輸出電壓變化時輸出電流幾乎不變 。l緩降特性緩降特性 其特點是當輸出電壓變化時，輸出

12、電流變化較恒流其特點是當輸出電壓變化時，輸出電流變化較恒流特性的大。特性的大。 l恒流帶外拖特性恒流帶外拖特性 其特點是在其任務部分的恒流段，輸出電流其特點是在其任務部分的恒流段，輸出電流根本上不隨輸出電壓變化。根本上不隨輸出電壓變化。 2.1.4.2 平特性平特性l平特性有兩種：一種是在運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，隨著電流增大，電弧電壓接近于恒定不變又稱恒壓特性或稍有下降，電壓下降率小于7V/100A，見表2-1的圖e；另一種是在運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)隨著電流增大，電壓稍有添加有時稱上升特性，電壓上升率應小于10V/100A。 2.1.4.3 雙階梯形特性雙階梯形特性l 這種特性的弧焊電源用于脈沖電弧焊。維弧階段任務于

13、L形特性上，而脈沖階段任務于形特性上。由這兩種外特性切換而成雙階梯形特性，或稱框形特性 。圖2-8 雙階梯形特性 表2-1 弧焊電源外特性外形的分類及其運用范圍2.2 對弧焊電源調(diào)理性能的要求對弧焊電源調(diào)理性能的要求 l焊接時需根據(jù)被焊工件的材質(zhì)、厚度與坡口方式等選用不同的焊接參數(shù)。而與弧焊電源有關的焊接參數(shù)是電弧任務電壓和任務電流。為滿足所需的電弧任務電壓和任務電流， 弧焊電源必需具備可以調(diào)理的性能。2.2.1 弧焊電源的調(diào)理性能弧焊電源的調(diào)理性能l電弧電壓和電流是由電弧靜特性和弧焊電源外特性曲線相交的一個穩(wěn)定任務點決議的。同時，對應于一定的弧長，只需一個穩(wěn)定任務點。因此，為了獲得一定范圍所

14、需的焊接電流和電壓，弧焊電源的外特性必需可以均勻調(diào)理，以便與電弧靜特性曲線在許多點相交，從而得到一系列的穩(wěn)定任務點 。l在穩(wěn)定任務的條件下，電弧電流、電壓、l空載電壓和等效阻抗之間的關系，可用l下式表示：ll 或者f0fUUI Z0ffUUIZ1. 改動等效阻抗時的外特性改動等效阻抗時的外特性 圖2-10 改動等效阻抗時的外特性a下降外特性 b平外特性 2. 改動空載電壓時的外特性改動空載電壓時的外特性 圖2-11改動空載電壓時的外特特性 a) 下降外特性 b) 平外特性2.2.1.1 焊條電弧焊焊條電弧焊l 這種焊接方法所用為電流，它的調(diào)理范圍不大，即使電弧電壓不變，也能保證得到所要求的焊縫

15、成形，所以在焊接不同厚度的工件時，電弧電壓普通是堅持不變的，只調(diào)理焊接電流，普通要求交流弧焊電源空載電壓為：l。 fIfU0f(1.8 2.25)UU1. 焊條電弧焊常用的弧焊電源調(diào)理外特性方式焊條電弧焊常用的弧焊電源調(diào)理外特性方式 圖2-12 改動 和Z的外特性 0U2.2.1.2 埋弧焊埋弧焊l在自動焊中，普通當 添加時熔深隨著增大，那么要求增大 以使熔寬相應添加，從而堅持適宜的焊縫幾何尺寸。當增大 時，那么要求相應提高 ，以使電弧穩(wěn)定。 fIfUfU0U2.2.1.3 等速送絲氣體維護焊等速送絲氣體維護焊l電弧靜特性為上升的熔化極氣體維護焊可選用平外特性的弧焊電源和等速送絲的焊機 。2.

16、2.2 可調(diào)參數(shù)可調(diào)參數(shù) 2.2.2.1下降外特性弧焊電源的可調(diào)參數(shù)下降外特性弧焊電源的可調(diào)參數(shù) 下降特性電源的可調(diào)參數(shù)，如以下圖所示。下降特性電源的可調(diào)參數(shù)，如以下圖所示。圖2-13 下降特性弧焊電源的可調(diào)參數(shù) l任務電流任務電流 它是在進展弧焊時的電弧電它是在進展弧焊時的電弧電l流或這時弧焊電源輸出的電流。流或這時弧焊電源輸出的電流。l任務電壓任務電壓 它是在焊接時，弧焊電源輸出它是在焊接時，弧焊電源輸出l的負載電壓。的負載電壓。 l最大焊接電流最大焊接電流Ifmax 是弧焊電源經(jīng)過調(diào)理所能輸出的與是弧焊電源經(jīng)過調(diào)理所能輸出的與負載特性相應的上限電流。負載特性相應的上限電流。l最小焊接電流

17、最小焊接電流Ifmin 是弧焊電源經(jīng)過調(diào)理所能輸出的與是弧焊電源經(jīng)過調(diào)理所能輸出的與負載特性相應的最小電流。負載特性相應的最小電流。l電流調(diào)理范圍電流調(diào)理范圍 是在規(guī)定負載特性條件下，經(jīng)過調(diào)理所能是在規(guī)定負載特性條件下，經(jīng)過調(diào)理所能獲得的焊接電流范圍。通常要求：獲得的焊接電流范圍。通常要求：l l TIG焊要求焊要求Ifmin/Ie0.10，為，為額定焊接電流。額定焊接電流。 fIfUf maxe1.0II 20. 0minefII2.2.2.2 平外特性弧焊電源的可調(diào)參數(shù)平外特性弧焊電源的可調(diào)參數(shù)l任務電流任務電流 它的定義與下降特性弧焊電源的它的定義與下降特性弧焊電源的 一樣。在等速送絲一

18、樣。在等速送絲MIG/MAG/CO2焊時，焊接電流主要由送絲速度決議，與電壓無關。焊時，焊接電流主要由送絲速度決議，與電壓無關。l任務電壓任務電壓 它的定義亦同于下降特性弧焊電源的它的定義亦同于下降特性弧焊電源的 。亦要求它隨著。亦要求它隨著 增大增大而加大，等速送絲而加大，等速送絲MIG/MAG/CO2焊和藥芯焊絲自維護弧焊時規(guī)定的負載特性為焊和藥芯焊絲自維護弧焊時規(guī)定的負載特性為 l 當當If 600A時，時， Vl 當當If 600A時，時， (V)。l最大任務電壓最大任務電壓 為弧焊電源經(jīng)過調(diào)理所能輸出的，與規(guī)定負載特性相對應為弧焊電源經(jīng)過調(diào)理所能輸出的，與規(guī)定負載特性相對應的最大電壓

19、。的最大電壓。l最小任務電壓最小任務電壓 為弧焊電源經(jīng)過調(diào)理所能輸出的，與規(guī)定負載特性相對應的為弧焊電源經(jīng)過調(diào)理所能輸出的，與規(guī)定負載特性相對應的最小電壓。最小電壓。l任務電壓調(diào)理范圍任務電壓調(diào)理范圍 弧焊電源在規(guī)定負載條件下，經(jīng)調(diào)理而獲得的任務電壓范弧焊電源在規(guī)定負載條件下，經(jīng)調(diào)理而獲得的任務電壓范圍。圍。fIff140.05UIf44U fmaxUfminUfIfIfUfU 圖2-14 平特性弧焊接電源的可調(diào)參數(shù) 2.2.3 弧焊電源的負載繼續(xù)率與額定值弧焊電源的負載繼續(xù)率與額定值l弧焊電源能輸出多大功率，與它的溫升有著親密的關系。 l弧焊電源的溫升除取決于焊接電流的大小外，還決議于負荷的

20、形狀，即長時間延續(xù)通電還是間歇通電。 l弧焊電源銘牌上規(guī)定的額定電流，就是指在規(guī)定的環(huán)境條件下，按額定負載繼續(xù)率規(guī)定的負載形狀任務，即符合規(guī)范規(guī)定的溫升限制下所允許的輸出電流值。與額定焊接電流相對應的任務電壓為額定任務電壓 。eIfeU2.3 對弧焊電源動特性的要求對弧焊電源動特性的要求 2.3.1 動特性問題的提出動特性問題的提出 用熔化極進展電弧焊時，電極用熔化極進展電弧焊時，電極(焊條或焊絲焊條或焊絲)在被在被加熱構成金屬熔滴進入熔池時，經(jīng)常會出現(xiàn)短加熱構成金屬熔滴進入熔池時，經(jīng)常會出現(xiàn)短路。這樣，就會使電弧長度、電弧電壓和電流路。這樣，就會使電弧長度、電弧電壓和電流產(chǎn)生瞬間的變化。因此

21、，在熔化極弧焊時，焊產(chǎn)生瞬間的變化。因此，在熔化極弧焊時，焊接電弧對供電的弧焊電源來說，是一個動態(tài)負接電弧對供電的弧焊電源來說，是一個動態(tài)負載。這就需求對弧焊電源動特性提出相應的要載。這就需求對弧焊電源動特性提出相應的要求。求。 所謂弧焊電源的動特性，是指電弧負載形狀發(fā)生所謂弧焊電源的動特性，是指電弧負載形狀發(fā)生忽然變化時，弧焊電源輸出電壓與電流的呼應忽然變化時，弧焊電源輸出電壓與電流的呼應過程，可以用弧焊電源的輸出電流和電壓對時過程，可以用弧焊電源的輸出電流和電壓對時間的關系即間的關系即、 來表示，它闡明弧焊電源對負載瞬變來表示，它闡明弧焊電源對負載瞬變的順應才干。的順應才干。 f( )uf

22、 tf( )if t2.3.2 各種弧焊方法的負載特點及各種弧焊方法的負載特點及弧焊電源的動特性弧焊電源的動特性l電極(焊條或焊絲)被加熱構成的金屬熔滴進入熔池的過程，稱為熔滴過渡。l對熔化極弧焊來說，隨所采用的工藝方法和焊接參數(shù)不同，熔滴過渡就有各種方式，動負載的變化情況也各異。因此，對弧焊電源的動特性要求就有所不同。 l對于短路過渡，由于它的電弧是較大變化的動載，使弧焊電源常在空載、負載、短路三態(tài)之間轉(zhuǎn)換，故需對弧焊電源的動特性提出特殊要求。 l我們需求了解弧焊電源動特性對焊接過程的影響，進而從保證引弧、燃弧、熔滴過渡能處于良好形狀的客觀要求出發(fā)，對弧焊電源動特性提出假設干參考性的目的，用

23、以指點弧焊電源的設計制造和評價它對弧焊工藝過程的順應才干。 圖2-15 熔滴過渡方式和電弧電壓、電流波形圖 a射流過渡 b滴狀過渡 c短路過渡 2.3.3 弧焊電源動特性對焊接過程弧焊電源動特性對焊接過程的影響及對它的要求的影響及對它的要求 l所謂動特性好，普通指引弧和重新引弧容易，電弧穩(wěn)定和飛濺少。就客觀評定而言，是用儀器測定參數(shù)后作出評定的(按規(guī)范目的)。 2.3.3.1 焊條電弧焊電源焊條電弧焊電源l對瞬時短路電流峰值的要求瞬時短路電流值，是當焊接回路忽然對瞬時短路電流峰值的要求瞬時短路電流值，是當焊接回路忽然短路時，輸出電流的值短路時，輸出電流的值 。普通需思索由空載到短路和由負載到短路。普通需思索由空載到短路和由負載到短路兩種兩種 。l對恢復電壓最低值的要求對恢復電壓最低值的要求 用直流弧焊發(fā)電機進展焊條電弧焊開場用直流弧焊發(fā)電機進展焊條電弧焊開場引弧時，在焊條與工件短路被拉開后，即由短路到空載的過程中，由引弧時，在焊條與工件短路被拉開后，即由短路到空載的過程中，由于焊接回路內(nèi)電感的影響，于焊接回路內(nèi)電感的影響， 弧焊弧焊 電源電壓不能瞬間就恢復到空載電電源電壓不能瞬間就恢復到空載電壓壓 ，而是先出現(xiàn)一個尖峰值時間極短，緊接著下降到電壓最，而是先出現(xiàn)一個尖峰值時間極短，緊接著下降到電壓最低值低值