弧焊設備及控制技術實驗指導書

1、弧焊設備及控制技術實驗指導書實驗一、直流TIG電弧靜態(tài)伏安特性及弧壓與弧長特性的測定一、實驗目的1了解直流TIG電弧在30300A范圍內(nèi)，電弧電壓與電弧電流及弧壓與弧長之間的相互關系。2掌握電弧靜態(tài)伏安特性的測試方法。二、實驗裝置及器材1直流TIG焊機一臺；2水冷銅板一塊，3.0鎢棒一根；3氬氣瓶，流量計及減壓閥一組；實驗裝置如簡圖1所示。圖1. 實驗裝置三、說明電弧靜態(tài)伏安特性（簡稱電弧靜特性）是焊接電弧的重要電特性之一。在一定的弧長下，電弧電流從小到大逐漸遞增時，伏安特性似呈U形，如圖2所示。在I段電弧呈負阻特性，即電弧電阻隨電流增大而減小；在段呈等壓特性，電弧呈無阻特性；在段，電弧電壓隨

2、電弧增大而增加，呈正阻特性，在各種不同材料、不同尺寸的電極以及不同介質中所產(chǎn)生的電弧其靜特性的變化趨勢基本一致。IfUf圖2UfIf圖3當電弧穩(wěn)定燃燒時，電弧電流及電壓既處于電弧靜特性上，又要處于電流外特性曲線上，所以電弧靜特性與電源外特性曲線的交點就是電弧的穩(wěn)定工作點，見圖3。改變電源的外特性，就可改變電弧的工作點，從而測得電弧的伏安特性。為了測量完整的U形電弧靜特性，必須采用可變陡降外特性電源，此外，為了擴展小電流的測試范圍并增加小電流電弧的穩(wěn)定性，在電源的輸出端串接一只鎮(zhèn)定電阻器。當電弧電流處在靜特性的段時，電弧電壓與弧長的關系可用公式：Uf=a+blf表示（lf弧長），由此可見，弧壓與

3、弧長呈線性關系，直線的斜率b表示電弧弧柱區(qū)的電場強度，截距a則表示電弧的陰極區(qū)與陽極區(qū)壓降之和。在實際生產(chǎn)中，可以通過改變保護氣體種類和電極材料來改變電弧弧柱區(qū)的電場強度及陰極區(qū)，陽極區(qū)壓降，以滿足工藝上的需要。四、實驗方法1測量電弧靜特性（1）按圖1接線，接線完畢后檢查一遍接線是否正確。然后給焊槍和水冷銅板通入冷卻水。（2）把電板間的距離和氬氣的流量調(diào)節(jié)到合適的數(shù)值，（氬氣流量調(diào)在10升/min左右），接通焊機的振蕩器的電源，啟動振蕩器產(chǎn)生電弧。（3）分別在電極距離為2mm，4mm，6mm時使電流在20A300A范圍內(nèi)變化，測量記錄相應的電流與電弧電壓數(shù)值。2測量弧壓與弧長特性（1）用和上述

4、相同的程序產(chǎn)生電弧。（2）將電弧電流保持在150A左右，測定電極距離為2mm，4mm，6mm時的電弧電壓值。五、實驗數(shù)據(jù)整理1取電弧電壓為縱軸，電弧電流為橫軸，繪出電弧的靜特性曲線。2取電弧電壓為縱軸，弧長為橫軸，繪出弧壓與弧長的關系曲線，并求出弧柱區(qū)的電場強度及陰極區(qū)、陽極區(qū)壓降之和。六、分析1分析影響弧柱區(qū)電位梯度及陰極區(qū)、陽極區(qū)壓降的因素；2分析影響測量精度的因素。實驗二 弧焊電源外特性的測量一、實驗目的1掌握弧焊電源外特性的測試方法2了解弧焊電源外特性的調(diào)節(jié)原理與焊接規(guī)范調(diào)節(jié)方式。二、實驗裝置和器材1弧焊整流器及交流弧焊變壓器各一臺；2電壓表（直流和交流）各一只；3電流表（直流和交流）

5、附分流器或互感器各一套；4鎮(zhèn)定電阻箱一只；5強力接觸器（或焊鉗、鋼板）一只；實驗裝置接線圖如圖4所示。圖4. 實驗裝置接線圖三、說明弧焊電源的外特性是指在電源內(nèi)部參數(shù)一定的條件下，改變負載時電源輸出電壓穩(wěn)定值與輸出電流穩(wěn)定值之間的關系曲線。由于焊接電弧是一個動態(tài)的非線性負載，因此對為其供電的電源外特性有特殊要求。一般說來，弧焊電源的外特性除了滿足“電弧電源供電系統(tǒng)”的動態(tài)穩(wěn)定性，即在外特性上的工作區(qū)段其曲線的斜率要小于電弧的靜特性曲線斜率外，還應滿足弧焊工藝對外特性上空載電壓、工作區(qū)段的形狀及穩(wěn)態(tài)短路電流的要求，而且不同的弧焊工藝要求也不一樣，因為這些會影響引弧性能、電弧的穩(wěn)定性、規(guī)范的穩(wěn)定性

6、、熔滴過渡過程等。此外，弧焊電源的外特性還必須可調(diào)，且具有足夠寬的調(diào)節(jié)范圍，弧焊電源在為一定條件下的電弧供電時，“電源電弧”系統(tǒng)有一個穩(wěn)定的工作點，這個工作點就是電源外特性曲線與電弧靜特性的交點，這點處的電流、電壓值亦稱為焊接規(guī)范。由于在實際生產(chǎn)中，針對不同焊接對象（工件）或工藝條件需要采用不同的焊接規(guī)范，即要求電源的外特性與電弧靜特性有不同的交點，而電弧靜特性是由電弧空間的氣體粒子性質決定的，往往難以改變。這就要求弧焊電源的外特性必須可調(diào)，以獲得一系列與電弧靜特性的交點，滿足焊接生產(chǎn)的需要。對于不同類別的弧焊電源其外特性曲線形狀可能是不一樣的，外特性的調(diào)節(jié)原理及可調(diào)范圍也可能是不一樣的。認識

7、這一點，對于在生產(chǎn)實際中根據(jù)不同焊接工藝選配合適的弧焊電源是必要的。四、實驗方法1按實驗裝置接線圖接線，并查看所用弧焊電源上的各個旋鈕或按鍵，了解各自的功能和操作方法，記下電源銘牌上的額定參數(shù)。2檢查接線無誤后，合上主電源，并將弧焊電源的輸出調(diào)在最小檔，電阻箱的所有閘刀都斷開，記下這時電壓表的讀數(shù)。3按下強力接觸器或將焊鉗夾到鋼板上造成暫時短路，記下電流表的讀數(shù)，然后迅速斷開。4依次合上電阻箱的閘刀，使電源輸出電流依次遞增，依次記下對應的電壓表和電流表讀數(shù)。5分別將弧焊電源的輸出調(diào)到中間檔和最大檔，重復2、3、4的過程。五、實驗結果整理取電子的電壓為縱軸、電弧電流為橫軸、繪出電源的外特性曲線。

8、六、分析與思考1繪出弧焊電源在小、中、大檔輸出情況下，其輸出電壓與輸出電流的關系曲線。2指出所測弧焊電源的的外特性屬哪一種類，它適用于哪些弧焊方法。3分析所測弧焊電源的外特性調(diào)節(jié)原理與調(diào)節(jié)方式。實驗三 平特性弧焊電源的輸出參數(shù)調(diào)節(jié)一、實驗目的： 1. 認識和理解平特性弧焊電源的輸出參數(shù)調(diào)節(jié)原理；2. 了解平特性弧焊電源的應用，掌握等速送絲熔化極氣保護電弧焊的焊接參數(shù)設定及調(diào)節(jié)方法；二、實驗設備及材料 1.  YD-350GL3全數(shù)字脈沖MIG/MAG焊機一臺； 2. 氬氣瓶、CO2氣瓶、混合氣體配比器及供氣系統(tǒng)； 3. 可調(diào)速行走小車及軌道；4. ER50-6（H08Mn2Si）1.

9、2焊絲一盤，厚度在10mm以上的A3鋼材質的焊接試板等。三、實驗原理簡介平特性弧焊電源是指外特性曲線工作區(qū)段近似為水平直線的一類弧焊電源，其完整的外特性曲線一般為“L” 形狀。這類弧焊電源主要用于等速送絲的熔化極氣體保護焊，如CO2氣保護焊（MAG焊）、熔化極氬弧焊（MIG焊）和活性氣體保護焊（MAG焊），其中MAG焊（Ar CO2混合氣體）是當今鋼結構工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用的弧焊方法，優(yōu)點是焊接質量好、生產(chǎn)效率高、相對成本較低。 YD-350GL3全數(shù)字脈沖MIG/MAG焊機的輸出參數(shù)控制有獨立調(diào)節(jié)和一元化調(diào)節(jié)兩種方式。選用獨立調(diào)節(jié)時，焊接電流、電弧電壓的調(diào)定是分兩個方面獨立進行的，其

10、原理見下圖所示，即電弧電壓的調(diào)定是通過設定電源內(nèi)部參數(shù)，進而改變外特性工作區(qū)段平臺的高低來實現(xiàn)的；而焊接電流的調(diào)定是通過設定送絲速度來實現(xiàn)的（見右圖）。等速送絲熔化極氣體保護焊電弧的穩(wěn)定性、熔滴過渡方式、焊縫的外觀成型等焊接工藝性能取決于焊接電流與電弧電壓間的匹配，生產(chǎn)中根據(jù)經(jīng)驗給定了二者間的關系曲線稱之為負載特性曲線。該設備的一元化調(diào)節(jié)方式既是根據(jù)該原理設計而成。四、實驗內(nèi)容、方法及步驟1. 實驗準備（1）觀察設備構造、性能特點，檢查氣路、焊機外部接線和儀表接線，并熟悉操作方法；（2）準備好鋼板、焊絲，接通氬氣、CO2氣體及混合配比器，氣體流量設定為Ar：15L/min，CO2：5L/min

11、； （3）調(diào)節(jié)行走小車速度及焊炬位置； （4）測定實際送絲速度 將焊機上的電流調(diào)節(jié)旋鈕分別調(diào)至不同刻度，在空載下測量對應送絲長度。2. 電源外特性測定（1）將設備控制面板上的輸出參數(shù)控制方式選為“獨立調(diào)節(jié)”方式；（2）將焊機上的電壓旋鈕固定在某個刻度上，將送絲速度由快至慢均勻遞減，依次記錄過程中六個穩(wěn)定狀態(tài)下對應的電流、電壓讀數(shù)。觀察并記錄不同輸出參數(shù)下焊接電弧的弧長、熔滴過渡形式、焊接飛濺大小及對應的焊縫外觀成形情況，優(yōu)選出一組最佳規(guī)范；（3）改變電壓調(diào)節(jié)旋鈕位置，分別固定在另外兩個刻度上，重復進行步驟（1）；（3）根據(jù)實驗記錄數(shù)據(jù)及觀察結果制表并繪制電源的外特性曲線。3. 等熔化曲線測定（

12、1）將設備控制面板上的輸出參數(shù)控制方式保持為“獨立調(diào)節(jié)”方式；（2）將送絲速度旋鈕固定在某個刻度上，將電壓旋鈕由小至大均勻調(diào)節(jié)，依次記錄過程中六個穩(wěn)定狀態(tài)下對應的電流、電壓讀數(shù)。觀察并記錄不同輸出參數(shù)下焊接電弧的弧長、熔滴過渡形式、焊接飛濺大小及對應的焊縫外觀成形情況，優(yōu)選出一組最佳規(guī)范；（3）改變送絲速度調(diào)節(jié)旋鈕位置，分別固定在另外兩個刻度上，重復進行步驟（1）；（4）根據(jù)實驗記錄數(shù)據(jù)及觀察結果制表并在已繪制的電源外特性曲線圖形上補充繪制焊絲的等熔化曲線。 4. 一元化調(diào)節(jié)的輸出曲線測定（1）將設備控制面板上的輸出參數(shù)控制方式改為“一元化調(diào)節(jié)”方式；（2）對焊接電流（電弧電壓）作均勻遞增調(diào)節(jié)

13、，依次記錄過程中六個穩(wěn)定狀態(tài)下對應的電流、電壓讀數(shù)。觀察并記錄對應參數(shù)下焊接電弧的弧長、熔滴過渡形式、焊接飛濺大小及對應的焊縫外觀成形情況。五、實驗結果分析1分析該設備焊接電流與電弧電壓的調(diào)節(jié)方法及原理；2. 在Uf - If 坐標系中標定出通過“獨立調(diào)節(jié)”方式實驗優(yōu)選出的焊接規(guī)范，分析其分布規(guī)律；3. 繪制一元化調(diào)節(jié)方式下的焊接電流與電弧電壓的曲線，擬合出二者間的關系方程，并與“獨立調(diào)節(jié)”方式下的優(yōu)選結果進行對比性分析。附件1：實驗3所用設備的焊接電流與實際送絲速度對照表焊接電流（A）110130150170190210送絲速度(m/min)2.432.803.163.924.806.05附件2：實驗3推薦的記錄表格一、“電源外特性測定”實驗記錄表格外特性曲線1： 本組優(yōu)選出的焊接規(guī)范：序號實際電弧電壓（v）焊接電流（A）熔滴過渡特點電弧穩(wěn)定性飛濺程度焊縫外觀成型外特性曲線2： 本組優(yōu)選出的焊接規(guī)范：序號實際電弧電壓（v）焊接電流（A）熔滴過渡特點電弧穩(wěn)定性飛濺程度焊縫外觀成型外特性曲線3： 本組優(yōu)選出的焊接規(guī)范：序號實際電弧電壓（v）焊接電流（A）熔滴過渡特點電弧穩(wěn)定性飛濺程度焊縫外觀成型二、“等熔化曲線