焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

1、第三節(jié) 焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理圖36焊機分類焊條電弧焊所用焊機按電源的種類可分為交流弧焊機和直流弧焊機兩大類。其中直流弧焊機按變流的方式不同又分為：弧焊整流器、逆變弧焊機和旋轉(zhuǎn)式直流弧焊發(fā)電機(現(xiàn)已淘汰)等。每一類型的焊機根據(jù)原理和結(jié)構(gòu)特點又可分為多種型式，具體見圖36一、交流弧焊機(一)結(jié)構(gòu)交流弧焊機的三個類別的結(jié)構(gòu)分別如圖37圖39所示。圖37 BX1330交流弧焊機1初級繞組；2、3次級繞組；4動鐵芯；5靜鐵芯；6接線板；7搖把圖38 BX2500型(同體式)焊機結(jié)構(gòu)示意圖1固定鐵心 2初級繞組 3次級繞組 4電抗線圈 5活動鐵心圖39 BX3300型(動圈式)焊機

2、結(jié)構(gòu)示意圖1初級線圈 2次級線圈 3鐵心(二)工作原理目前應用最廣泛的“動鐵式”交流焊機如圖37所示。它是一個結(jié)構(gòu)特殊的降壓變壓器，屬于動鐵芯漏磁式類型。焊機的空載電壓為6070V。工作電壓為30V，電流調(diào)節(jié)范圍為50450A。鐵芯由兩側(cè)的靜鐵芯5和中間的動鐵芯4組成，變壓器的次級繞組分成兩部分，一部分緊繞在初級繞組1的外部，另一部分繞在鐵芯的另一側(cè)。前一部分起建立電壓的作用，后一部分相當于電感線圈。焊接時，電感線圈的感抗電壓降使電焊機獲得較低的工作電壓，這是電焊機具有陡降外特性的原因。引弧時，電焊機能供給較高的電壓和較小的電流，當電弧穩(wěn)定燃燒時，電流增大，而電壓急劇降低；當焊條與工件短路時，

3、也限制了短路電流。焊接電流調(diào)節(jié)分為粗調(diào)、細調(diào)兩檔。電流的細調(diào)靠移動鐵芯4改變變壓器的漏磁來實現(xiàn)。向外移動鐵芯，磁阻增大，漏磁減小，則電流增大，反之，則電流減少。電流的粗調(diào)靠改變次級繞組的匝數(shù)來實現(xiàn)。該電弧焊機的工作條件為應在海拔不超過1000m，周圍空氣溫度不超過+40、空氣相對濕度不超過85等條件下使用，不應在有害工業(yè)氣體、水蒸汽、易燃、多灰塵的場合下工作。二、直流弧焊機(一)結(jié)構(gòu)由于整流或直流弧焊機與直流弧焊發(fā)電機比較，因沒有機械旋轉(zhuǎn)部分，具有噪音小，空載損耗小、效率高、成本低和制造維護簡單等優(yōu)點。因此，有取代直流弧焊發(fā)電機的趨勢，在這里只介紹整流式直流弧焊機。整流式直流弧焊機常用型號如Z

4、XG300、ZXG400等。硅整流電弧焊機是利用硅半導體整流元件(二極管)將交流電變?yōu)橹绷麟娮鳛楹附与娫?。圖310為硅整流電弧焊機的結(jié)構(gòu)示意圖。圖310 硅整流電弧焊機1硅整流器組 2三相變壓器 3三相磁飽和電抗器 4輸出電抗器 5通風機組(二)工作原理工作原理見圖311。接通開關(guān)K1，通風機組FM運轉(zhuǎn)，風壓開關(guān)KEY閉合，主接觸器Jc-1閉合，三相弧焊變壓器B1工作。與此同時Jc-2閉合，控制變壓器B2工作，磁放大器運行，硅整流器工作，輸出一定的直流電壓，這就是焊機的空載電壓。由于沒有焊接電流，磁放大器的電抗繞組FD電抗壓降幾乎為零，使焊機輸出端具有較高的空載電壓，便于引弧。當施焊時，由于有

5、輸出，形成電流，電抗繞組FD通過交流電，使其得到較大的電抗壓降，并隨電流的增大，電抗壓降隨之增大，從而得到陡降外特性。當短路時，由于短路電流很大，F(xiàn)D通過的交流電急增，它產(chǎn)生的電抗壓降使工作電壓幾乎接近于零，這就限制了短路電流。圖311 ZXG300型硅整流電焊機電氣原理圖改變控制回路磁盤電阻R10，使磁放大器控制繞組FK中直流電發(fā)生變化，鐵芯中的磁通就相應發(fā)生變化，從而改變了磁放大器交流繞組FD的電流。為減少網(wǎng)路電壓波動對焊接的影響，在控制回路中采用了鐵磁諧振式穩(wěn)壓器，以保證激磁電流的穩(wěn)定，減少對焊接電流的影響。按動K2，通風機組FM停止工作，風壓開關(guān)KEY開啟，主接觸器Jc-1斷開，主回路

6、斷電。同時Jc-2斷開，控制回路斷電，焊機全部停止工作。焊接電流的調(diào)節(jié)依靠面板上的電流調(diào)節(jié)控制器，來改變磁放大器控制或線圈中直流電大小使鐵芯中的磁通發(fā)生相應變化，從而調(diào)整了焊接電流的大小。熱將接線板燒毀或使由焊鉗過熱而無法工作。三、負載持續(xù)率焊接設(shè)備銘牌中都標有負載持續(xù)率。負載持續(xù)率是用來表示焊接設(shè)備工作狀態(tài)的參數(shù)，它是在選定的工作時間周期內(nèi)允許焊接設(shè)備連續(xù)負載的時間。眾所周知，焊接設(shè)備工作時會發(fā)熱，溫升過高會把焊接設(shè)備的線包絕緣燒毀(一般焊接設(shè)備的溫度不得超過6080)。溫升與焊接電流大小有關(guān)，同時也與焊機使用狀態(tài)有關(guān)，連續(xù)運轉(zhuǎn)與斷續(xù)使用時溫升情況不一樣。負載持續(xù)率計算方法如下：標準規(guī)定：5

7、00A以下的焊接設(shè)備選定的工作時間周期為5分鐘。計算時，每個5分鐘內(nèi)測出電弧燃燒時間，代入式中即得出焊機負載持續(xù)率。表33和表34給出了交流弧焊機BX3一300的負載持續(xù)率和硅整流弧焊機ZXG一300的負載持續(xù)率及相應的工作電流。表33 BX3300交流弧焊機負載持續(xù)率負載持續(xù)率()焊接電流(A)10060230300表34 ZXG300硅整流弧焊機負載持續(xù)率負載持續(xù)率()焊接電流(A)10060232300四、焊機的外特性在規(guī)定范圍內(nèi)，焊機穩(wěn)態(tài)輸出電流和輸出電壓的關(guān)系稱為焊機的外特性。焊機的外特性如圖312所示。 焊機外特性有三種形式：即下降特性(陡降、緩降)、平特性和上升特性。由于熔滴過渡

8、和熱慣性以及操作等原因，焊接時電弧長度總是在不斷的變化，因而電弧電壓和焊接電流也在不斷地變化。為保證焊接質(zhì)量穩(wěn)定，總希望焊接過程中焊接電流變動越小越好。從圖313可以看出，具有陡降外特性的焊機和緩降外特性的焊機，當焊接電流發(fā)生相應的變化值I時，陡降外特性曲線引起的電壓變化值U2大于緩降外特性曲線引起的電壓變化值U1。換句話說，對于相同的弧長變化，陡降外特性焊機所引起的電流變化要比緩降外特性焊機所引起的焊接電流變化小得多。焊條電弧焊過程中，弧長變化是經(jīng)常發(fā)生的，為了保證焊接電流穩(wěn)定，顯然要求焊機具有陡降的外特性。圖312 焊機外特性曲線1陡降外特性曲線 2緩降外特性曲線 3上升特性曲線 4乎特性

9、曲線圖313 兩種不同下降程度的外特性曲線1緩降外特性曲線 2陡降外特性曲線五、焊條電弧焊輔助設(shè)備和工具焊條電弧焊輔助設(shè)備和工具包括電焊鉗、焊接電纜、面罩及其它防護用具。(一)電焊鉗電焊鉗是夾持焊條并傳導焊接電流的操作器具。對電焊鉗的要求是：在任何斜度都能夾緊焊條；具有可靠的絕緣和良好的隔熱性能；電纜的橡膠包皮應伸入到鉗柄內(nèi)部，使導體不外露，起到屏護作用；輕便、易于操作。電焊鉗的規(guī)格和主要技術(shù)數(shù)據(jù)見表35。表35 電焊鉗的規(guī)格和主要技術(shù)數(shù)據(jù)規(guī)格(A)額定值適用焊條直徑(mm)耐電壓性能(Vmin)能連接的最大電纜截面(mm2)負載持續(xù)率()工作電壓(V)工作電流(A)50060405004.0

10、8.010009530060323002.55.910005010060261602.04.0100035(二)焊接電纜焊條電弧焊在工作中除焊接設(shè)備外，還必須有焊接電纜。焊接電纜應采用橡皮絕緣多股軟電纜，根據(jù)焊機的容量，選取適當?shù)碾娎|截面，選取時可參考表36。如果焊機距焊接工作點較遠，需要較長電纜時，應當加大電纜截面積使在焊接電纜上的電壓降不超過4V，以保證引弧容易及電弧燃燒穩(wěn)定。不允許用扁鐵搭接或其它辦法來代替連接焊接的電纜，以免因接觸不良而使回路上的壓降過大，造成引弧困難和焊接電弧的不穩(wěn)定。表36 焊接電纜選用表最大焊接電流(A)200300450600焊接電纜截面積(mm2)255070

11、95焊機和焊接手柄與焊接電纜的接頭必須擰緊，表面應保持清潔，以保證其良好的導電性能。不良的接觸會損耗電能，還會導致焊機過熱將接線板燒毀或使電焊鉗過熱而無法工作。(三)面罩及其它防護用具面罩的主要作用是保護電焊工的眼睛和面部不受電弧光的輻射和灼傷，面罩分手持式和頭盔式兩種。面罩上的護目玻璃起到減弱電弧光并過濾紅外線、紫外線的作用。護目玻璃有不同色號、目前以黑綠色的為多，應根據(jù)電焊工的年齡和視力情況盡量選擇顏色較深的護目玻璃以保護視力。護目玻璃外還加有相同尺寸的一般玻璃，以防金屬飛濺沾污護目玻璃。焊工用護目遮光鏡片的選用可按表118進行。其它防護用品有電焊工在工作時需佩帶的專用電焊手套和護腳，以及清渣時應戴的平光眼鏡。六、交流弧焊機與直流弧焊機的比較交流弧焊機的主要優(yōu)點是成本低、制造維護簡單，噪聲較?。蝗秉c是不能適應堿性焊條，且焊接電壓、電流容易受到電網(wǎng)波動的干擾。直流弧焊機的優(yōu)點是電弧穩(wěn)定，焊條適應性強；