焊接工藝和設(shè)備.ppt

1、焊接工藝與設(shè)備,南華大學(xué) 張?jiān)?弧焊電源概述,電弧焊是焊接方法中最重要的一個(gè)大類(lèi) 焊條電弧焊設(shè)備：弧焊電源、焊鉗 埋弧焊設(shè)備：弧焊電源、控制箱、小車(chē)、送絲機(jī)構(gòu) 氣體保護(hù)焊和等離子焊：弧焊電源、控制箱、送絲機(jī)構(gòu)、焊槍、氣路、水路等。 不同的電弧焊需要相應(yīng)的電弧焊機(jī)，而弧焊電源則是電弧焊機(jī)中的核心部分。是為焊接電弧提供電能的一種裝置。必須具備電弧焊接所要求的電氣性能。,弧焊電源的發(fā)展趨勢(shì),1、IGBT式弧焊逆變器（絕緣柵晶體管） 2、數(shù)字式控制技術(shù) 3、短路熔滴過(guò)渡電流波形的數(shù)字化控制 4、多個(gè)弧焊電源的組合工作與協(xié)同數(shù)字化控制，雙絲、三絲高速高效MIG/MAG脈沖焊/埋弧焊。,第一章 焊接電弧

2、及基本要求,一、焊接電弧的物理本質(zhì)和引燃 氣體原子的激發(fā)與電離 電子發(fā)射 接觸引弧 非接觸引弧,二、焊接電弧的伏安特性,1、焊接電弧的結(jié)構(gòu)與壓降分布 陽(yáng)極區(qū)寬度： 10-510-6 陰極區(qū)寬度： 10-310-4 弧柱區(qū)溫度：500050000K 陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)壓降可視為常數(shù)，弧柱區(qū)壓降與弧長(zhǎng)成正比。,2、焊接電弧的電特性 焊接電弧的靜特性（伏安特性） 一定長(zhǎng)度的電弧在穩(wěn)定狀態(tài) 下，電弧電壓與電弧電流之間的 關(guān)系。焊接電弧是非線性負(fù)載。 Uf=f(If) U形特性曲線由三段組成： 段：下降特性 段：平特性 段：上升特性 焊條焊、埋弧焊，TIG焊、等離子焊的電弧一般工作在平特性段，MIG焊、水下

3、焊工作在上升段。,焊接電弧的動(dòng)特性 在一定弧長(zhǎng)下，當(dāng)電弧電流很快變化時(shí)，電弧電壓與電流瞬時(shí)值之間關(guān)系。 uf=f(if) 由于熱慣性，電壓的變化總 是滯后于電流的變化。 當(dāng)電流變化速度越小， 靜、動(dòng)特性就越接近。,三、交流電弧,交流電弧在本質(zhì)上與直流電弧相同，但有如下特點(diǎn)： 1、電弧周期性的熄滅與引燃 2、電弧電壓和電流波形發(fā)生畸變 3、熱慣性作用較為明顯,四、焊接電弧的分類(lèi)及其特點(diǎn),按電流種類(lèi)：交流電弧、直流電弧、脈沖電弧 按電弧狀態(tài)：自由電弧、壓縮電弧 按電極材料：熔化極電弧、非熔化極電弧,第二章 對(duì)弧焊電源的基本要求,除了一般對(duì)電力電源的要求外，從滿足弧焊工藝角度看，應(yīng)滿足以下要求： 1

4、、保證引弧容易 2、保證電弧穩(wěn)定 3、保證焊參數(shù)穩(wěn)定 4、具有足夠?qū)挼暮附訁?shù)調(diào)節(jié)范圍,為滿足上述工藝要求，弧焊電源的電特性就考慮以下四個(gè)基本方面： 1、對(duì)電弧電源空載電壓的要求 2、對(duì)弧焊電源外特性的要求 3、對(duì)弧焊電源調(diào)節(jié)性能的要求 4、對(duì)弧焊電源動(dòng)特性的要求,一、對(duì)弧焊電源空載電壓和外特性的要求,1、電源外特性 在電源參數(shù)一定的條件下，改變負(fù)載時(shí)，電源輸出的電壓穩(wěn)定值Uy與輸出的電流穩(wěn)定值Iy之間的關(guān)系。 Uy= f(Iy) 直流電源Uy 和Iy為平均值，交流電源為有效值。 一般直流電源的外特性方程式為 Uy= E-Iyr0 E直流電源的電動(dòng)勢(shì)，r0電源的內(nèi)阻,當(dāng)內(nèi)阻r00時(shí)，隨著Iy增

5、加Uy下降，此時(shí)外特性為下傾直線。 r0越大外特性下傾程度越大。 內(nèi)阻r0=0時(shí)， Uy= E，這時(shí)輸出電壓不隨電流變化，電源外特性為平特性或恒壓特性。 一般負(fù)載（如電燈、電爐等），要求r0越小越好， 這樣當(dāng)與電源并聯(lián)的某一個(gè)負(fù)載變化時(shí)，不會(huì)影響其他負(fù)載的運(yùn)行。,2、電弧電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性 穩(wěn)定性包含兩個(gè)方面： 1）系統(tǒng)在無(wú)外界因素干擾時(shí)，能在給定電弧電壓和電流下維持長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)電弧放電，保持靜態(tài)平衡： Uf= Uy ， If=Iy 為滿足上式，電源外特性曲線 Uy= f(Iy)與電弧靜特性曲線 Uf= f(If)必須能夠相交。,2）當(dāng)系統(tǒng)一旦受到瞬時(shí)的外界干擾，破壞了原來(lái)的靜態(tài)平衡，造成了焊接

6、參數(shù)的變化，但當(dāng)干擾消失后，系統(tǒng)能夠自動(dòng)地恢復(fù)穩(wěn)定平衡，使焊接規(guī)范重新恢復(fù)。 對(duì)于A0點(diǎn)： 當(dāng)某種因素使工作點(diǎn)A0的電弧電流減小If時(shí)，電源工作點(diǎn)B1，此時(shí)弧焊電源電壓為： Uy= Uf+Uy,電弧工作點(diǎn) B2，此時(shí)UyUf ，供大于求，使電流增加 If A0 （平衡點(diǎn)） 同理，當(dāng)電弧電流增大時(shí)，也能使電弧電流自動(dòng)恢復(fù)到平衡點(diǎn)A0 。,對(duì)于A1點(diǎn)： 當(dāng)電弧電流增加時(shí)，同樣會(huì)出現(xiàn)UyUf ，使電流繼續(xù)增加直至工作點(diǎn)A0達(dá)到平衡，不能回到原工作點(diǎn)A1。 如果電弧電流減小，則出現(xiàn)相反的情況，電流繼續(xù)直至電弧熄滅。 所以A1不是穩(wěn)定工作點(diǎn)。 以上結(jié)論由直流電弧得出，其系統(tǒng)穩(wěn)定條件同樣適于交流弧焊電源。

7、,弧焊電源外特性必須同時(shí)滿足兩個(gè)方面的要求： 滿足“電源電弧”的穩(wěn)定性； 保證焊接工藝參數(shù)的穩(wěn)定。 一定形狀的電弧靜特性需要選擇適當(dāng)形狀的弧焊電源外特性與之相配合，才能滿足以上兩個(gè)要求。 弧焊電源外特性還關(guān)系到電源的引弧性能、熔滴過(guò)渡過(guò)程和使用安全性。,3、對(duì)弧焊電源外特性曲線的要求,不同的焊接方法對(duì)弧電源外特性有不同的要求。 1）對(duì)弧焊電源外特性工作區(qū)段曲線的要求 焊條電弧焊： 要求弧焊電源具有緩降外特性 熔化極弧焊： 等速送絲：平外特性 變速送絲：較陡的下降外特性,不熔化極弧焊：恒流外特性 熔化級(jí)脈沖弧焊：雙階梯外特性（可控外特性） 脈沖階段：恒流外特性 維弧階段：恒壓外特性 這種可控外特

8、性的電源 只有電子控制或數(shù)字化控制 才能得到。,2）對(duì)弧焊電源空載電壓的要求 確定空載電壓的原則 保證引弧容易 保證電弧的穩(wěn)定燃燒 U0 (1.82.25 )Uf 保證電弧功率穩(wěn)定 2.5U0/Uf1.57 良好的經(jīng)濟(jì)性 保證人身安全 在滿足弧焊工藝需要、確保引弧容易和電弧穩(wěn)定的前提下，盡可能采用較低的空載電壓。,對(duì)于通用交流和直流弧焊電源的空載電壓規(guī)定,交流弧焊電源 按照 U0 (1.82.25 )Uf 焊條電弧焊電源： U0=5570V 埋弧焊電源： U0=7090V 直流弧焊電源 與交流電弧焊接近，但下限低10V。 為保證人身安全，國(guó)家對(duì)弧焊電源的空載電壓有規(guī)定。,3）對(duì)弧焊電源穩(wěn)態(tài)短路

9、電流的要求,當(dāng)Uf=0時(shí)對(duì)應(yīng)的電流為穩(wěn)態(tài)短路電流Iwd Iwd過(guò)大時(shí)，焊條過(guò)熱，藥皮易脫落、增大金屬飛濺。 Iwd過(guò)小時(shí)，電磁壓縮推動(dòng)力不足而使引弧和熔滴過(guò)渡困難。 對(duì)于下降特性的弧焊電源：1.25Iwd/If2,4、弧焊電源外特性形狀的分類(lèi),下降特性,平特性,二、對(duì)電弧電源調(diào)節(jié)性能的要求,弧焊電源必須具備的可調(diào)節(jié)性能：Uf和If 的可調(diào) 1、弧焊電源的調(diào)節(jié)性能 一定的弧長(zhǎng)只有一個(gè)穩(wěn)定工作點(diǎn)，為了調(diào)節(jié)Uf和If，弧焊電源的外特性必須可以均勻調(diào)節(jié)，以便與電弧靜特性曲線有多個(gè)交點(diǎn)，從而得到一系列的穩(wěn)定工作點(diǎn)。 弧焊電源能滿足不同工作電壓和電流的需求的可調(diào)性能電源調(diào)節(jié)性能,弧焊電源可調(diào)外特性曲線,穩(wěn)

10、定工作條件下，電弧電流If、電壓Uf、空載電壓U0和等效阻抗Z之間的關(guān)系：,不同的焊接方法采用不同的外特性調(diào)節(jié)方式 焊條電弧焊 一般只需調(diào)節(jié)電流（通過(guò) 改變阻抗Z），但小電流時(shí)也 需改變U0，以便引弧。 埋弧焊 通過(guò)改變空載電壓的方式(圖2-11a) 等送絲氣體保護(hù)焊 調(diào)節(jié)阻抗（圖2-10b),2、可調(diào)參數(shù),下降外特性弧焊電源可調(diào)參數(shù) 1）工作電流If 2）工作電壓Uf 3）最大焊接電流Ifmax 4）最小焊接電流Ifmin 5）電流調(diào)節(jié)范圍，通常 Ifmax /Ie 1.0 Ifmin /Ie 0.20 Ie 額定焊接電流,平外特性弧焊電源可調(diào)參數(shù) 1）工作電流If 2）工作電壓Uf 3）最大工作電壓Ufmax 4）最小工作電壓Ufmin 5）工作電壓調(diào)節(jié)范圍,3、弧焊電源的負(fù)載持續(xù)率,何為