焊接電源的特性復(fù)習(xí)過程

1、焊接電源的特性焊接電源的特性0rIEUyy 兩者的Er0IyUyEr0IyUy電源負(fù)載UyIyr0=0r000工作過程中可調(diào)參數(shù)只有兩個：E 和 r0調(diào)節(jié)E和r0使Uy和Iy發(fā)生變化，適應(yīng)電弧負(fù)載變化的要求。因此，從本質(zhì)上講，弧焊電源甚至分為兩類：v調(diào)節(jié) r0的-如弧焊變壓器，多數(shù)機(jī)械調(diào)節(jié)式弧焊電源v調(diào)節(jié)E的-如弧焊逆變器，部分弧焊整流器，電子控制式弧焊電源v 調(diào)節(jié) r0的方法q調(diào)節(jié)電阻性內(nèi)阻q調(diào)節(jié)電感性內(nèi)阻q電阻性內(nèi)阻+電感性內(nèi)阻的調(diào)節(jié)Uy=f (Iy)UyIy0直線型橢圓型介于上兩者之間UyIyr0=0r000v 調(diào)節(jié) E的方法q改變變壓器的變比q調(diào)節(jié)輸出占空比q兩者皆有方波正弦波控制輸出

2、的外特性不受弧焊電源結(jié)構(gòu)的影響，理論上可以是任意形狀UIA0U00IwdUIU00平特性平緩特性UIU00IwdUIU00IwdUIU00Iwd圖3-3 常用的弧焊電源的外特性曲線 3.2.2 3.2.2 “電源電源 電弧電弧”系統(tǒng)的穩(wěn)定系統(tǒng)的穩(wěn)定性性“電源 電弧”系統(tǒng)的穩(wěn)定有兩個方面的含義：1無干擾時，能在給定電弧電壓和電流下，保證電弧的 穩(wěn)定燃燒，系統(tǒng)保持靜態(tài)平衡狀態(tài)。2當(dāng)系統(tǒng)受到瞬時干擾，破壞了系統(tǒng)原有的靜態(tài)平衡，電弧電壓和電流發(fā)生變化；但當(dāng)干擾消失后，系統(tǒng)能夠自動恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)或者達(dá)到新的平衡狀態(tài)。Uy=f (Iy)UIyUf=f (If)A0B2B1If0IfUy=f (Iy)

3、UIyUf=f (If)A0B2B1If0If圖3-4 “電源電弧”系統(tǒng)穩(wěn)定原理圖a）穩(wěn)定系統(tǒng) b）不穩(wěn)定系統(tǒng)系統(tǒng)穩(wěn)定的物理本質(zhì)是：電源能根據(jù)電弧的需要調(diào)整能量輸出，類似于有電流負(fù)反饋?zhàn)饔镁C上所述，系統(tǒng)穩(wěn)定的條件是：特性U f（I ）與特性Uf（I）有交點(diǎn)，并且在交點(diǎn)的左邊保證U U，而在交點(diǎn)的右邊U U I 3.2.3 3.2.3 電源外特性曲線的確定電源外特性曲線的確定電源的外特性曲線形狀除了影響“電源一電弧”系統(tǒng)的穩(wěn)定性之外，還關(guān)聯(lián)著焊接工藝參數(shù)的穩(wěn)定。UIA0A1A3A2I1I2I3l1l2123Iwd3Iwd2Iwd1U00圖3-6 弧長變化引起的電流偏差以恒流為主，加上短路外拖理想

4、特性弧焊電源工件送絲電機(jī)及等速控制裝置UIl1l2UfA0A1A2I1I2IwdUf1Uf2IfIf2If1123403-7 等速送絲熔化極氣體保護(hù)焊接系統(tǒng)示意圖 2）變速送絲控制系統(tǒng)的熔化極電弧焊 弧壓反饋?zhàn)兯偎徒z控制弧長對電源的要求：弧源穩(wěn)定弧焊電源工件送絲電機(jī)及變速控制裝置反饋信號處理電路UIl1l2UfA0A1IIwdUf1IfIf112340U圖3-8 變速送絲熔化極氣體保護(hù)焊接系統(tǒng)示意圖 （3 3）不熔化極電弧焊）不熔化極電弧焊 特點(diǎn)：電弧靜特性工作部分呈平的或略上升的形狀；弧長穩(wěn)定方法：鎢極氬弧焊（GTAW），等離子弧焊（PAW）以及不熔化極脈沖弧焊要求：電流穩(wěn)定弧源穩(wěn)定參數(shù)穩(wěn)定

5、不熔化極電弧焊不熔化極電弧焊以恒流為主，加上短路內(nèi)拐特點(diǎn)：一般采用等速送絲；利用電弧自身調(diào)節(jié)作用來穩(wěn)定工藝參數(shù)；脈沖段和維弧段采用不同的外特性段外特性組合：1）恒壓特性與恒壓特性配合等速送絲系統(tǒng)；特點(diǎn)：電弧自調(diào)節(jié)作用強(qiáng)；容易斷弧；容易導(dǎo)致參數(shù)波動 2）恒流特性與恒壓特性熔滴過渡均勻；小電流下容易斷弧 3）恒流特性與恒流特性 熔滴過渡均勻；電弧彈性好；自調(diào)節(jié)作用差4）恒壓特性與恒流特性脈沖階段具有良好的電弧調(diào)節(jié)作用，但維弧容易短路 （4）熔化極脈沖電弧焊 UI0A1B1A0B0l1l0a)UI0A1B1A0B0l1l0b)UI0A1B1A0B0l1l0c)UI0A1B1A0B0l1l0d)1）恒

6、壓特性與恒壓特性拉長易斷?。蝗鄣问軈?shù)波動影響大 2）恒流特性與恒壓特性熔滴過渡均勻；小電流易斷弧；弧長波動大3）恒流特性與恒流特性 熔滴過渡均勻；電弧彈性好；自調(diào)節(jié)作用差，易粘絲（短路） ，弧長波動大4）恒壓特性與恒流特性脈沖階段具有良好的電弧調(diào)節(jié)作用，但維弧易粘絲（短路）。UI0A1B1A0B0l1l0A2B2l2圖3-10 雙階梯外特性 好的外特性： 雙階梯外特性 2弧焊電源的空載電壓 弧 焊電源的空載電壓是指電源輸出為開路狀態(tài)時，電源輸出的電壓值。 空載電壓對引弧、維持電弧的穩(wěn)定燃燒有很大影響 空載電壓的選擇應(yīng)遵循以下幾項原則； （1）保證引弧容易。 （2）保證電弧的穩(wěn)定燃燒。在交流弧

7、焊電源中為確保交流電弧的穩(wěn)定燃燒，一般：U0（1.82.25）Uf。（3）保證電弧功率穩(wěn)定。為了保證交流電弧功率穩(wěn)定，一般 要求： （3-3） U0-空載電壓（4）要有良好的安全性和經(jīng)濟(jì)性。 571520.UU.f上述空載電壓范圍是對下降特性弧焊電源而言的。帶有引?。ɑ蚍€(wěn)弧）裝置的不熔化極氣體保護(hù)焊電源，可以降低空載電壓 用于熔化極自動、半自動弧焊的平特性弧焊電源可以具有較低的空載電壓 3 3弧焊電源的穩(wěn)態(tài)短路電流弧焊電源的穩(wěn)態(tài)短路電流 在弧焊電源外特性上，當(dāng) Uy0（ Uf0）時對應(yīng)的電流為穩(wěn)態(tài)短路電流Iwd。 主要是指下降特性中Uy0時對應(yīng)的電流，一般要求： 2251fwdII.UIA0U

8、0A10IwdUIA0U0A10Iwd圖3-11 恒流帶外拖外特性曲線a）外拖斜特性 b）外拖恒流特性 4 4常用的外特性曲線及其應(yīng)用常用的外特性曲線及其應(yīng)用 外特性下降特性平特性雙階梯形特性斜緩特性緩降特性恒流特性恒流帶外拖恒壓特性平緩特性特點(diǎn)曲線形狀接近于一條斜線曲線形狀接近于1/4橢圓工作區(qū)段內(nèi)，焊接電流保持不變工作區(qū)段內(nèi)，焊接電流不變，外拖斜率、拐點(diǎn)可調(diào)工作區(qū)段內(nèi)，焊接電壓保持不變工作區(qū)段內(nèi)，焊接電壓隨電流增加略有下降由“”型和“”型特性組合構(gòu)成適用范圍焊條電弧焊，粗絲CO2 焊，埋弧焊焊條電弧焊，變速送絲埋弧焊鎢極氬弧焊，等離子弧焊焊條電弧焊等速送絲熔化極氣體保護(hù)焊、埋弧自動焊等速送

9、絲熔化極氣體保護(hù)焊、埋弧自動焊脈沖熔化極氣體保護(hù)焊表表3-1常用弧焊電源的外特性曲線的特點(diǎn)及其應(yīng)用常用弧焊電源的外特性曲線的特點(diǎn)及其應(yīng)用3.3 3.3 弧焊電源的調(diào)節(jié)特性弧焊電源的調(diào)節(jié)特性對于一定的弧長的電弧，只有一個穩(wěn)定工作點(diǎn)。為了獲得一定范圍所需的焊接電流和電壓，弧焊電源的外特性必須可以調(diào)節(jié)電弧靜特性和電源外特性曲線相交的穩(wěn)定工作點(diǎn)決定了焊接電壓和電流3.3.2 調(diào)節(jié)參數(shù)及調(diào)節(jié)范圍調(diào)節(jié)參數(shù)及調(diào)節(jié)范圍（1）工作電流I2 焊接時電源輸出的電流或電弧的電流。（2）工作電壓U2 焊接時弧焊電源輸出的電壓。常用弧焊方法的約定負(fù)載特性為：（1）焊條電弧焊電源 U2 200.0 4 I 2 (V) I2

10、 600A； U2 44 (V) I2 600A; （2）TIG焊電源 U2 100.0 4 I 2 (V) I2 600A； U2 34 (V) I2 600A;（3）MIGMAG焊電源 U2 140.0 5 I2 (V) I2 600A； U2 44 (V) I2 600A。（4）埋弧焊 下降特性的弧焊電源與焊條電弧焊電源的約定負(fù)載特性相 同；平特性的弧焊電源與MIGMAG焊電源的約定負(fù)載特性相同。其中，U2 約定負(fù)載電壓, V； I2 約定負(fù)載電流, A。UIU2 f (I2)0I2minI2max電流調(diào)節(jié)范圍U01 1下降特性弧焊電源的調(diào)節(jié)參數(shù)及范圍下降特性弧焊電源的調(diào)節(jié)參數(shù)及范圍圖3

11、-13下降特性弧焊電源的調(diào)節(jié)性能（1）額定最大焊接電流I2max 在約定焊接狀態(tài)下，弧焊電源在最大調(diào)節(jié)位置時所能獲得的約定焊接電流的最大值。一般要求I2max 100% I2r，I2r為額定焊接電流。（2）額定最小焊接電流I2min 在約定焊接狀態(tài)下，弧焊電源在最小調(diào)節(jié)位置時所能獲得的約定焊接電流的最小值。對于手工電弧焊 I2min 20% I2r；對于TIG焊 I2min 10% I2r；對于埋弧焊 I2min 40% I2r。（3）電流調(diào)節(jié)范圍 在約定負(fù)載特性條件下，通過調(diào)節(jié)所能獲得的輸出電流范圍，即I2min I2max。 平特性電源的可調(diào)參數(shù)示于圖3-14。（1）額定最大工作電壓U2m

12、ax 在約定負(fù)載特性條件下，弧焊電源通過調(diào)節(jié)所能輸出電壓的最大值。（2）額定最小工作電壓 U2min 在約定負(fù)載特性條件下，弧焊電源通過調(diào)節(jié)所能輸出電壓的最小值。（3）工作電壓調(diào)節(jié)范圍 在約定負(fù)載特性條件下，通過調(diào)節(jié)所能獲得的輸出電壓范圍。即U2min U2max。UIU2 f (I2)0U2minU2max電壓調(diào)節(jié)范圍U0圖3-14平特性弧焊電源的調(diào)節(jié)性能2 2平外特性弧焊電源的調(diào)節(jié)參數(shù)及范圍平外特性弧焊電源的調(diào)節(jié)參數(shù)及范圍UIU2 f (I2)0I2minI2max電流調(diào)節(jié)范圍U02U013 3弧焊電源空載電壓弧焊電源空載電壓U U0 0的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)圖3-15 弧焊電源中U0的調(diào)節(jié)一般地，

13、弧焊電源的空載電壓是確定的，在電流或電壓調(diào)節(jié)時，空載電壓不變。但是，在小電流焊接時，電子熱發(fā)射能力弱，需要靠強(qiáng)電場作用才容易引燃電弧和保持電弧的穩(wěn)定燃燒。因此，在小電流焊接時，往往需要較高的U0；在大電流焊接時，電子熱發(fā)射能力強(qiáng)，可以降低U0，以提高功率因數(shù)，節(jié)省電能。因此，在有些弧焊電源中，根據(jù)弧焊工藝的要求，空載電壓隨焊接電流或電壓的調(diào)節(jié)也進(jìn)行調(diào)節(jié)（如圖3-15），從而具有更好的調(diào)節(jié)特性。3.3.3 3.3.3 弧焊電源的負(fù)載持續(xù)率與額定值弧焊電源的負(fù)載持續(xù)率與額定值設(shè)備允許溫升%Tt%FC100100休止時間負(fù)載持續(xù)運(yùn)行時間負(fù)載持續(xù)運(yùn)行時間弧焊電源經(jīng)常工作在非額定負(fù)載持續(xù)率的狀態(tài)下，實(shí)際

14、工作時間與工作周期之比稱為實(shí)際負(fù)載持續(xù)率FCrrIFCFCI22FCr 額定負(fù)載持續(xù)率；FC 實(shí)際負(fù)載持續(xù)率；I2r 弧焊電源額定電流；I2 實(shí)際負(fù)載持續(xù)率下，允許輸出的最大電流。實(shí)際負(fù)載持續(xù)率條件下允許使用的最大輸出電流可按下式計算：3.4 3.4 弧焊電源的動態(tài)特性弧焊電源的動態(tài)特性3.4.1 基本概念基本概念無論是電源的外特性還是電源的調(diào)節(jié)特性，主要是根據(jù)電弧的靜特性來討論的，即是弧焊電源必須滿足電弧穩(wěn)態(tài)燃燒的要求。但是，在實(shí)際焊接過程中，電弧處于穩(wěn)態(tài)的時間是短暫的、相對的，尤其是在熔化極電弧焊中，電極（焊條或焊絲）被加熱形成金屬熔滴，熔滴從小到大，電弧長度也要隨之變化，當(dāng)熔滴過渡到熔池

15、中時，經(jīng)常會出現(xiàn)短路現(xiàn)象。所以，在焊接過程中，電弧長度、電弧電壓和電流不斷的變化，甚至?xí)霈F(xiàn)瞬間較大的變化，因而，電弧焊接中，尤其是熔化極電弧焊時，焊接電弧是電源的一個動態(tài)負(fù)載?；『鸽娫幢仨毦哂袧M足動態(tài)電弧負(fù)載要求的特性，該特性就是弧焊電源的動特性弧焊電源的動特性： 電弧負(fù)載狀態(tài)發(fā)生瞬態(tài)變化時，弧焊電源輸出電壓與電流的響應(yīng)特性。它表明了弧焊電源對電弧負(fù)載瞬變的適應(yīng)能力。3.4.2 3.4.2 電弧動態(tài)變化的特點(diǎn)及其對弧焊電源動特性的要求電弧動態(tài)變化的特點(diǎn)及其對弧焊電源動特性的要求圖3-16 熔滴過渡形式和電弧電壓、電流的波形a) 射流過渡 b) 滴狀過渡 c) 短路過渡熔化極電弧焊中，所采用的

16、工藝方法和焊接工藝參數(shù)不同，熔滴過渡形式不同，負(fù)載的變化情況各異，因此，對弧焊電源的動特性要求就有所不同。如圖3-16a、b所示，在射流過渡或滴狀過渡的熔化極電弧焊中，電弧電壓和電流基本不變，此時電弧可以看作靜態(tài)負(fù)載，因此對電源的動特性沒有什么特殊要求。而對短路過渡的熔化極電弧焊來說，電弧不停地在負(fù)載、短路和空載三態(tài)之間轉(zhuǎn)換，所以采用短路過渡的熔化極電弧焊對電源的動特性提出了較高的要求 t1t2t3t4t5短路引弧 燃弧 短路 引弧空載00U0uiUdUfIsdIwdIfIfdtt1）2） 3）4） 5）圖3-17 手工電弧焊時，弧焊電源輸出電壓和電壓變化示意圖（1）由空載到短路的瞬時短路電流

17、峰值Isd，它主要影響引弧過程。太小不利于引弧階段的熱發(fā)射和熱電離，使引弧困難；太大則容易造成飛濺大，甚至引起工件燒穿。因此，對Isd往往提出要求，一般是以其與焊接電流I2之比來要求，例如：Isd / I23.0。（2）由負(fù)載到短路的瞬時短路電流峰值Ifd，它主要影響熔滴過渡的情況。太大熔滴飛濺嚴(yán)重，使焊縫成形變壞，甚至引起焊件燒穿、電弧不穩(wěn)。太小則熔滴過渡困難。因此，對Ifd也要提出要求，一般是以其與焊接電流I2之比來要求，例如：Ifd / I22.5。2短路過渡細(xì)絲CO 焊接要求：1、短路電流上升率di/dt熔滴短路過渡過程與電壓電流波形示意圖t1 燃弧時間 t2 短路時間 t3 拉斷熔滴

18、后的電壓恢復(fù)時間 T 短路周期 T= t1+ t2+ t3 Imax 最大電流(短路峰值電流) Imin 最小電流 Ia 平均焊接電流 Ua 平均電弧電壓di/dt過小，熔滴難以短路過渡，導(dǎo)致短路時間的延長和焊絲成段爆斷；didt過大，導(dǎo)致短路電流增長過快，瞬間達(dá)到短路電流的峰值，產(chǎn)生嚴(yán)重的小顆粒飛濺，使熔滴過渡困難。因此，didt必須有一合適值，表3-2給出了其推薦值僅供參考。表表3-2 CO2焊接短路電流增長速率推薦值焊接短路電流增長速率推薦值焊絲直徑 /mm0.81.21.6短路電流增長速率 / kAs-1501504013020753.4.3 弧焊電源動特性標(biāo)準(zhǔn)和評價方法弧焊電源動特性標(biāo)準(zhǔn)和評價方法主觀評定主觀評定，是由操作者經(jīng)試焊后作出的。所謂動特性好，一般指引弧和重新引弧容易，電弧穩(wěn)定和飛濺少。客觀評定，是用儀器測定一些參數(shù)后作出評定的（按有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)來評價）由于引起焊接電弧、焊接過程瞬態(tài)變化的影響因素很多，因此，通過一些具體的參數(shù)指標(biāo)來衡量弧焊電源動態(tài)特性的優(yōu)異是很困難的，所以，目前國內(nèi)外對弧焊電源動態(tài)特性的客觀評價標(biāo)準(zhǔn)還處于研究中。大多數(shù)的弧焊電源雖然還沒有具體的動態(tài)特