焊接工藝和設(shè)備課件

焊接工藝與設(shè)備南華大學(xué)張?jiān)姾附庸に嚺c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、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。弧焊電源概述電弧焊是焊接方法中最重要的一個(gè)大類2弧焊電源的分類交流弧焊電源直流弧焊電源脈沖弧焊電源逆變式弧焊電源弧焊電源控制技術(shù)機(jī)械式控制電磁式控制電子式控制數(shù)字式控制弧焊電源的分類交流弧焊電源直流弧焊電源脈沖弧焊電源逆變式弧焊3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?；『鸽娫吹陌l(fā)展趨勢(shì)1、IGBT式弧焊逆變器（絕緣柵晶體管）4第一章焊接電弧及基本要求一、焊接電弧的物理本質(zhì)和引燃?xì)怏w原子的激發(fā)與電離電子發(fā)射接觸引弧非接觸引弧第一章焊接電弧及基本要求一、焊接電弧的物理本質(zhì)和引燃5二、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：10-5~10-6陰極區(qū)寬度：10-3~10-4弧柱區(qū)溫度：5000~50000K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。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62、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：Ⅰ段：下降特性Ⅱ段：平特性Ⅲ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、水下焊工作在上升段。2、焊接電弧的電特性7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。焊接電弧的動(dòng)特性8三、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)：9四、焊接電弧的分類及其特點(diǎn)按電流種類：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、非熔化極電弧四、焊接電弧的分類及其特點(diǎn)按電流種類：交流電弧、直流電弧、脈10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、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11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：12一、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-Iyr0E——直流電源的電動(dòng)勢(shì)，r0——電源的內(nèi)阻一、對(duì)弧焊電源空載電壓和外特性的要求1、電源外特性13當(dāng)內(nèi)阻r0＞0時(shí)，隨著Iy增加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。當(dāng)內(nèi)阻r0＞0時(shí)，隨著Iy增加Uy下降，此時(shí)外特性為下傾直線142、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、電弧—電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性152）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+⊿Uy2）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16電弧工作點(diǎn)→B2，此時(shí)Uy﹥Uf，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。電弧工作點(diǎn)→B2，此時(shí)Uy﹥Uf，供大于求，使電流增加—17對(duì)于A1點(diǎn)：當(dāng)電弧電流增加時(shí)，同樣會(huì)出現(xiàn)Uy﹥Uf，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?！訟1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。對(duì)于A1點(diǎn)：18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?；『鸽娫赐馓匦赃€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弧焊電源外特性必須同時(shí)滿足兩個(gè)方面的要求：3、對(duì)弧焊電源外特19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同的焊接方法對(duì)弧電源外特性有不同的要求。20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性的電源只有電子控制或數(shù)字化控制才能得到。不熔化極弧焊：恒流外特性212）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≧(1.8～2.25)Uf保證電弧功率穩(wěn)定2.5﹥U0/Uf﹥1.57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。2）對(duì)弧焊電源空載電壓的要求22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≧(1.8～2.25)Uf焊條電弧焊電源：U0=55～70V埋弧焊電源：U0=70～90V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。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233）對(duì)弧焊電源穩(wěn)態(tài)短路電流的要求當(dāng)Uf=0時(shí)對(duì)應(yīng)的電流為穩(wěn)態(tài)短路電流IwdIwd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：1.25﹤Iwd/If﹤23）對(duì)弧焊電源穩(wěn)態(tài)短路電流的要求當(dāng)Uf=0時(shí)對(duì)應(yīng)的電流為穩(wěn)態(tài)244、弧焊電源外特性形狀的分類下降特性平特性4、弧焊電源外特性形狀的分類下降特性平特性25二、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)?；『鸽娫茨軡M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：U26弧焊電源可調(diào)外特性曲線穩(wěn)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：弧焊電源可調(diào)外特性曲線穩(wěn)定工作條件下，電弧電流27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)不同的焊接方法采用不同的外特性調(diào)節(jié)方式282、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If2）工作電壓Uf3）最大焊接電流Ifmax4）最小焊接電流Ifmin5）電流調(diào)節(jié)范圍，通常

Ifmax/Ie≥1.0Ifmin/Ie≤0.20Ie——額定焊接電流2、可調(diào)參數(shù)下降外特性弧焊電源可調(diào)參數(shù)29平外特性弧焊電源可調(diào)參數(shù)1）工作電流If2）工作電壓Uf3）最大工作電壓Ufmax4）最小工作電壓Ufmin5）工