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(jī)分類(lèi)焊條電弧焊所用焊機(jī)按電源的種類(lèi)可分為交流弧焊機(jī)和直流弧焊機(jī)兩大類(lèi)。其中直流弧焊機(jī)按變流的方式不同又分為：弧焊整流器、逆變弧焊機(jī)和旋轉(zhuǎn)式直流弧焊發(fā)電機(jī)(現(xiàn)已淘汰)等。每一類(lèi)型的焊機(jī)根據(jù)原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可分為多種型式，具體見(jiàn)圖36一、交流弧焊機(jī)(一)結(jié)構(gòu)交流弧焊機(jī)的三個(gè)類(lèi)別的結(jié)構(gòu)分別如圖37圖39所示。圖37 BX1330交流弧焊機(jī)1初級(jí)繞組；2、3次級(jí)繞組；4動(dòng)鐵芯；5靜鐵芯；6接線板；7搖把圖38 BX2500型(同體式)焊機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1固定鐵心 2初級(jí)繞組 3次級(jí)繞組 4電抗線圈 5活動(dòng)鐵心圖39 BX3300型(動(dòng)圈式)焊機(jī)

2、結(jié)構(gòu)示意圖1初級(jí)線圈 2次級(jí)線圈 3鐵心(二)工作原理目前應(yīng)用最廣泛的“動(dòng)鐵式”交流焊機(jī)如圖37所示。它是一個(gè)結(jié)構(gòu)特殊的降壓變壓器，屬于動(dòng)鐵芯漏磁式類(lèi)型。焊機(jī)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(dòng)鐵芯4組成，變壓器的次級(jí)繞組分成兩部分，一部分緊繞在初級(jí)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(dāng)于電感線圈。焊接時(shí)，電感線圈的感抗電壓降使電焊機(jī)獲得較低的工作電壓，這是電焊機(jī)具有陡降外特性的原因。引弧時(shí)，電焊機(jī)能供給較高的電壓和較小的電流，當(dāng)電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，電流增大，而電壓急劇降低；當(dāng)焊條與工件短路時(shí)，

3、也限制了短路電流。焊接電流調(diào)節(jié)分為粗調(diào)、細(xì)調(diào)兩檔。電流的細(xì)調(diào)靠移動(dòng)鐵芯4改變變壓器的漏磁來(lái)實(shí)現(xiàn)。向外移動(dòng)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(jí)繞組的匝數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。該電弧焊機(jī)的工作條件為應(yīng)在海拔不超過(guò)1000m，周?chē)諝鉁囟炔怀^(guò)+40、空氣相對(duì)濕度不超過(guò)85等條件下使用，不應(yīng)在有害工業(yè)氣體、水蒸汽、易燃、多灰塵的場(chǎng)合下工作。二、直流弧焊機(jī)(一)結(jié)構(gòu)由于整流或直流弧焊機(jī)與直流弧焊發(fā)電機(jī)比較，因沒(méi)有機(jī)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(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。因此，有取代直流弧焊發(fā)電機(jī)的趨勢(shì)，在這里只介紹整流式直流弧焊機(jī)。整流式直流弧焊機(jī)常用型號(hào)如Z

4、XG300、ZXG400等。硅整流電弧焊機(jī)是利用硅半導(dǎo)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(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖310 硅整流電弧焊機(jī)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(fēng)機(jī)組(二)工作原理工作原理見(jiàn)圖311。接通開(kāi)關(guān)K1，通風(fēng)機(jī)組FM運(yùn)轉(zhuǎn)，風(fēng)壓開(kāi)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(shí)Jc-2閉合，控制變壓器B2工作，磁放大器運(yùn)行，硅整流器工作，輸出一定的直流電壓，這就是焊機(jī)的空載電壓。由于沒(méi)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(jī)輸出端具有較高的空載電壓，便于引弧。當(dāng)施焊時(shí)，由于有

5、輸出，形成電流，電抗繞組FD通過(guò)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(dāng)短路時(shí)，由于短路電流很大，F(xiàn)D通過(guò)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(jī)電氣原理圖改變控制回路磁盤(pán)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(yīng)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(dòng)對(duì)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(duì)焊接電流的影響。按動(dòng)K2，通風(fēng)機(jī)組FM停止工作，風(fēng)壓開(kāi)關(guān)KEY開(kāi)啟，主接觸器Jc-1斷開(kāi)，主回路

6、斷電。同時(shí)Jc-2斷開(kāi)，控制回路斷電，焊機(jī)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(lái)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(yīng)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(guò)熱而無(wú)法工作。三、負(fù)載持續(xù)率焊接設(shè)備銘牌中都標(biāo)有負(fù)載持續(xù)率。負(fù)載持續(xù)率是用來(lái)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(shí)間周期內(nèi)允許焊接設(shè)備連續(xù)負(fù)載的時(shí)間。眾所周知，焊接設(shè)備工作時(shí)會(huì)發(fā)熱，溫升過(guò)高會(huì)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(guò)6080)。溫升與焊接電流大小有關(guān)，同時(shí)也與焊機(jī)使用狀態(tài)有關(guān)，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)與斷續(xù)使用時(shí)溫升情況不一樣。負(fù)載持續(xù)率計(jì)算方法如下：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：5

7、00A以下的焊接設(shè)備選定的工作時(shí)間周期為5分鐘。計(jì)算時(shí)，每個(gè)5分鐘內(nèi)測(cè)出電弧燃燒時(shí)間，代入式中即得出焊機(jī)負(fù)載持續(xù)率。表33和表34給出了交流弧焊機(jī)BX3一300的負(fù)載持續(xù)率和硅整流弧焊機(jī)ZXG一300的負(fù)載持續(xù)率及相應(yīng)的工作電流。表33 BX3300交流弧焊機(jī)負(fù)載持續(xù)率負(fù)載持續(xù)率()焊接電流(A)10060230300表34 ZXG300硅整流弧焊機(jī)負(fù)載持續(xù)率負(fù)載持續(xù)率()焊接電流(A)10060232300四、焊機(jī)的外特性在規(guī)定范圍內(nèi)，焊機(jī)穩(wěn)態(tài)輸出電流和輸出電壓的關(guān)系稱(chēng)為焊機(jī)的外特性。焊機(jī)的外特性如圖312所示。 焊機(jī)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(guò)渡

8、和熱慣性以及操作等原因，焊接時(shí)電弧長(zhǎng)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(guò)程中焊接電流變動(dòng)越小越好。從圖313可以看出，具有陡降外特性的焊機(jī)和緩降外特性的焊機(jī)，當(dāng)焊接電流發(fā)生相應(yīng)的變化值I時(shí)，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(shuō)，對(duì)于相同的弧長(zhǎng)變化，陡降外特性焊機(jī)所引起的電流變化要比緩降外特性焊機(jī)所引起的焊接電流變化小得多。焊條電弧焊過(guò)程中，弧長(zhǎng)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(jī)具有陡降的外特性。圖312 焊機(jī)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(hù)用具。(一)電焊鉗電焊鉗是夾持焊條并傳導(dǎo)焊接電流的操作器具。對(duì)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(yīng)伸入到鉗柄內(nèi)部，使導(dǎo)體不外露，起到屏護(hù)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(jiàn)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(fù)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(yīng)采用橡皮絕緣多股軟電纜，根據(jù)焊機(jī)的容量，選取適當(dāng)?shù)碾娎|截面，選取時(shí)可參考表36。如果焊機(jī)距焊接工作點(diǎn)較遠(yuǎn)，需要較長(zhǎng)電纜時(shí)，應(yīng)當(dāng)加大電纜截面積使在焊接電纜上的電壓降不超過(guò)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(lái)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(guò)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(jī)和焊接手柄與焊接電纜的接頭必須擰緊，表面應(yīng)保持清潔，以保證其良好的導(dǎo)電性能。不良的接觸會(huì)損耗電能，還會(huì)導(dǎo)致焊機(jī)過(guò)熱將接線板燒毀或使電焊鉗過(guò)熱而無(wú)法工作。(三)面罩及其它防護(hù)用具面罩的主要作用是保護(hù)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(hù)目玻璃起到減弱電弧光并過(guò)濾紅外線、紫外線的作用。護(hù)目玻璃有不同色號(hào)、目前以黑綠色的為多，應(yīng)根據(jù)電焊工的年齡和視力情況盡量選擇顏色較深的護(hù)目玻璃以保護(hù)視力。護(hù)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(hù)目玻璃。焊工用護(hù)目遮光鏡片的選用可按表118進(jìn)行。其它防護(hù)用品有電焊工在工作時(shí)需佩帶的專(zhuān)用電焊手套和護(hù)腳，以及清渣時(shí)應(yīng)戴的平光眼鏡。六、交流弧焊機(jī)與直流弧焊機(jī)的比較交流弧焊機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是成本低、制造維護(hù)簡(jiǎn)單，噪聲較?。蝗秉c(diǎn)是不能適應(yīng)堿性焊條，且焊接電壓、電流容易受到電網(wǎng)波動(dòng)的干擾。直流弧焊機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是電弧穩(wěn)定，焊條適應(yīng)性強(qiáng)；