第二章对弧焊电源的基本要求

1、第二章 对弧焊电源的基本要求1第二章 对弧焊电源的基本要求2 焊接焊接 工艺工艺 要求要求引弧容易引弧容易电弧稳定电弧稳定焊接规范稳定焊接规范稳定规范可调节范围宽规范可调节范围宽满足要求的满足要求的弧焊电源弧焊电源 应具备：应具备：适当的适当的外特性外特性调节特性调节特性动特性动特性第二章 对弧焊电源的基本要求3第一节第一节 对弧焊电源外特性的要求对弧焊电源外特性的要求第二节第二节 对弧焊电源调节性能的要求对弧焊电源调节性能的要求第三节第三节 对弧焊电源动特性的要求对弧焊电源动特性的要求第二章 对弧焊电源的基本要求4第一节第一节 对弧焊电源外特性的要求对弧焊电源外特性的要求 一、一、 电源的外

2、特性电源的外特性 二、二、 “电源电源 电弧电弧”系统的稳定系统的稳定性性 三、三、 对弧焊电源外特性曲线的要求对弧焊电源外特性曲线的要求 四、四、 弧焊电源外特性形状的种类弧焊电源外特性形状的种类 第二章 对弧焊电源的基本要求5一、 电源的外特性 弧焊电源弧焊电源 是指对焊接电弧供以电能的装置。是指对焊接电弧供以电能的装置。电源外特性电源外特性 在电源内部参数一定的条件下，在电源内部参数一定的条件下，改变负载时，电源输出的电压稳定值改变负载时，电源输出的电压稳定值 Uy 与电流稳与电流稳定值定值 Iy 之间的关系曲线之间的关系曲线。 常见电源外特性曲线的种类常见电源外特性曲线的种类第二章 对

3、弧焊电源的基本要求6二、 “电源 电弧”系统的稳定性电 源Uy(U0)IfUf图2-2 “电源-电弧”系统电路的示意图焊接主回路（二次回路）工作点位于电源外特性与电弧静特性两条曲线的交点上。第二章 对弧焊电源的基本要求7 系统的稳定性评价包括：系统的稳定性评价包括：1. 无外界干扰时，保持电弧与规范稳定无外界干扰时，保持电弧与规范稳定 电源的外特性与电弧的静特性曲线有交点（稳定工作点）。电源的外特性与电弧的静特性曲线有交点（稳定工作点）。2.当外界干扰消失后，自动恢复稳定电弧的能力当外界干扰消失后，自动恢复稳定电弧的能力0fIyfwIUIUK 系统保持稳定的条件系统保持稳定的条件： 在工作点上

4、，电弧静特性曲线的斜率在工作点上，电弧静特性曲线的斜率必须大于电源外特性曲线的斜率。必须大于电源外特性曲线的斜率。 相应数学表达式为：相应数学表达式为：第二章 对弧焊电源的基本要求8电源输出外特性电源输出外特性电弧静特性电弧静特性Ifif图2-3 “电源-电弧”系统a)工作状态图 b）电流偏差衰减曲线 UU0UyUfoIfIwdI12A1B1B1B2B2A0Uyufuya)b)IfotIf稳定工作点上电弧静特性曲线的稳定工作点上电弧静特性曲线的斜率大于电源外特性曲线的斜率斜率大于电源外特性曲线的斜率UU0UyUfoIfIwdI12A1B1B1B2B2A0Uyufuya)b)IfotIf第二章

5、对弧焊电源的基本要求9三、 对弧焊电源外特性曲线的要求系统的稳定性要求；系统的稳定性要求；焊接工艺参数的稳定；焊接工艺参数的稳定；可靠引弧的要求；可靠引弧的要求；熔滴稳定过渡的要求；熔滴稳定过渡的要求；焊工安全的要求。焊工安全的要求。 （一）对电源外特性曲（一）对电源外特性曲线工作区段形状的要求线工作区段形状的要求（二）对电源空载电压（二）对电源空载电压和稳态短路电流的要求和稳态短路电流的要求第二章 对弧焊电源的基本要求10（一）对电源外特性曲线工作区段形状的要求（一）对电源外特性曲线工作区段形状的要求药皮焊条电弧焊药皮焊条电弧焊等速送丝的等速送丝的熔化极弧焊熔化极弧焊变速送丝的变速送丝的熔化

6、极熔化极弧焊弧焊非熔化极弧焊非熔化极弧焊熔化极脉冲弧焊熔化极脉冲弧焊 对于不同的焊接方法，由于电弧静特性曲线形状的区对于不同的焊接方法，由于电弧静特性曲线形状的区别，因此对电源外特性曲线形状的要求也有所不同。别，因此对电源外特性曲线形状的要求也有所不同。第二章 对弧焊电源的基本要求11药皮焊条电弧焊药皮焊条电弧焊 电弧工作在静特性曲线电弧工作在静特性曲线的水平段。由于是手工操的水平段。由于是手工操作，弧长易波动，静特性作，弧长易波动，静特性曲线随之作上下平移。当曲线随之作上下平移。当电源外特性曲线为恒流型电源外特性曲线为恒流型时电流偏差小，但引弧困时电流偏差小，但引弧困难。故选用难。故选用 缓

7、降型缓降型 较为较为合适。合适。缓降型缓降型第二章 对弧焊电源的基本要求12等速送丝控制系统的熔化极弧焊等速送丝控制系统的熔化极弧焊调速器平 特性 的电 源电动机图2-6 等速送丝控制系统示意图 一般用于一般用于CO2焊、焊、MIG焊、焊、MAG焊焊和细丝埋弧焊。所用焊丝直径一般在和细丝埋弧焊。所用焊丝直径一般在 2 mm 以下，因此电弧静特性为上升以下，因此电弧静特性为上升形状，形状，电源外特性要求为平特性电源外特性要求为平特性类型，类型，电弧自身调节作用电弧自身调节作用强强 。第二章 对弧焊电源的基本要求13变速送丝控制系统的熔化极弧焊变速送丝控制系统的熔化极弧焊一般用于埋弧焊（焊丝直径一

8、般用于埋弧焊（焊丝直径 3 mm 以上），电弧静特性是以上），电弧静特性是平的，平的，电源要求为电源要求为 下降型下降型 外特性外特性。由于弧长变化时电弧。由于弧长变化时电弧自身调节作用不强，因此自身调节作用不强，因此利用弧压反馈调节送丝速度。利用弧压反馈调节送丝速度。下 降特 性 的电 源 电 动 机图 2-7 变 速 送 丝 控 制 装 置 示 意 图放大器第二章 对弧焊电源的基本要求14非熔化极弧焊非熔化极弧焊 包括钨极氩弧焊和钨极包括钨极氩弧焊和钨极等离子弧焊，电弧静特性为等离子弧焊，电弧静特性为平的或略上升的，由于非熔平的或略上升的，由于非熔化极电弧没有自调节功能，化极电弧没有自调节

9、功能，因此一般采用因此一般采用恒流特性电恒流特性电源源以减少电流偏差。以减少电流偏差。IU电弧静特性电弧静特性电源外特性电源外特性第二章 对弧焊电源的基本要求15熔化极脉冲弧焊熔化极脉冲弧焊UoI弧长l2l0l1脉冲供电外特性“”维弧供电外特性“”l2l0l1ABB1B2A2A1图2-8 双阶梯形特性 采用采用等速送丝控等速送丝控制系统与平特性电制系统与平特性电源源，充分利用系统，充分利用系统的自身调节作用。的自身调节作用。维弧阶段与脉冲阶维弧阶段与脉冲阶段分别工作于两条段分别工作于两条平的外特性上。平的外特性上。 但最好采用具有双阶但最好采用具有双阶梯型外特性电源。梯型外特性电源。第二章 对

10、弧焊电源的基本要求16（二）对电源空载电压（二）对电源空载电压 U U0 0 的要求的要求 为满足引弧、稳弧性能要求，希望为满足引弧、稳弧性能要求，希望 U U0 0 高高 一些一些 从从 经济性、安全性经济性、安全性 考虑，考虑，需要需要 U U0 0 低低 一些一些 一般弧焊电源的一般弧焊电源的 U U0 0 取值：取值： 1. 交流弧焊电源取交流弧焊电源取 U U0 0 （1.82.25）U Uf f 手弧焊：手弧焊： 5570V 埋弧焊：埋弧焊： 7090V 2. 直流弧焊电源：直流弧焊电源： U U0 0 下限比相应交流电源降低约下限比相应交流电源降低约10V 。第二章 对弧焊电源的

11、基本要求17I Iwdwd 过小过小 引弧与熔滴过渡困难引弧与熔滴过渡困难（三）对电源稳态短路电流（三）对电源稳态短路电流 I Iwdwd 的要求的要求 I Iwdwd 过大过大 焊条过热，药皮脱落，飞溅大焊条过热，药皮脱落，飞溅大 225.1fwdII最好采用最好采用 恒流带外拖恒流带外拖特性特性 的电源。的电源。一般取：一般取：U电源外特性电源外特性电弧静特性电弧静特性I IwdwdI If f第二章 对弧焊电源的基本要求18四、 弧焊电源外特性曲线的种类弧焊电源外特性形状的分类及应用范围弧焊电源外特性形状的分类及应用范围外外特特性性下下 降降 特特 性性图图形形特特性性应应用用范范围围垂

12、直下降特性垂直下降特性或恒流特性或恒流特性图形近图形近1/4椭圆椭圆缓降特性缓降特性运行区段近直线运行区段近直线又称缓降特性又称缓降特性运行区段内运行区段内横流带外拖横流带外拖 钨极氩弧焊、钨极氩弧焊、非熔化极等离非熔化极等离子弧焊子弧焊焊条电弧焊焊条电弧焊变速送丝埋弧焊变速送丝埋弧焊粗丝气保护焊粗丝气保护焊 焊条电弧焊焊条电弧焊埋弧焊埋弧焊粗丝粗丝CO2焊焊 焊条电弧焊焊条电弧焊第二章 对弧焊电源的基本要求19外外特特性性 平平 特特 性性 双阶梯外特性双阶梯外特性图图形形特特性性应应用用范范围围恒压特性恒压特性上升特性上升特性双阶梯外特性双阶梯外特性 等速送丝气保护焊等速送丝气保护焊细丝埋

13、弧焊细丝埋弧焊 等速送丝的等速送丝的细丝气体保护焊细丝气体保护焊 熔化极脉冲弧焊熔化极脉冲弧焊第二章 对弧焊电源的基本要求20第二节第二节 对弧焊电源调节性能的要求对弧焊电源调节性能的要求 通过对弧焊电源外特性的调节，来适应不同通过对弧焊电源外特性的调节，来适应不同焊件对焊接工艺规范的不同需求。焊件对焊接工艺规范的不同需求。 一、一、 弧焊电源的调节性能弧焊电源的调节性能 二、二、 弧焊电源的可调参数弧焊电源的可调参数电源参数调节的具体方法在以后章节中分别介绍。第二章 对弧焊电源的基本要求21一、一、 弧焊电源的调节性能弧焊电源的调节性能 在右图所示在右图所示“电电源源电弧电弧”系统达到系统达

14、到稳定状态时，各参数稳定状态时，各参数间关系表达式为：间关系表达式为：电 源U0If图2-2 “电源-电弧”系统电路的示意图Uf 可见：电弧电压或可见：电弧电压或焊接电流的调节可通焊接电流的调节可通过改变电源的空载电过改变电源的空载电压压U0 或回路的等效阻或回路的等效阻抗抗 Z 来实现。来实现。ZIUUff0ZUUIff0L即即 ：通过改变电源的外通过改变电源的外特性来实现对焊接特性来实现对焊接参数的调节。参数的调节。第二章 对弧焊电源的基本要求22UoIoUIUfU0I1I2I3I4I5a)b) 改变等效阻抗时的外特性改变等效阻抗时的外特性 a）下降外特性 b）平外特性I1 I2 I3电弧

15、静特性电弧静特性用于手弧焊用于手弧焊用于等速送丝用于等速送丝 气体保护焊气体保护焊Z1Z2Z3Z4Z5第二章 对弧焊电源的基本要求23用于埋弧焊稳弧性能在小电流下欠佳UoIa)下降外特性oUb)平外特性I图2-11 改变空载电压U0 时的外特性U01U02U03U01U02U03考虑到引弧及焊工安全要求，空载电考虑到引弧及焊工安全要求，空载电压的可调节范围较窄。压的可调节范围较窄。第二章 对弧焊电源的基本要求24图212 改变 U0 和 Z 的外特性用于手弧焊。电流可调节范围宽，在小电流时稳弧、引弧性能较好。能否通过改变电弧的静特能否通过改变电弧的静特性来调节焊接规范？性来调节焊接规范？第二章

16、 对弧焊电源的基本要求25二、二、 弧焊电源的可调参数弧焊电源的可调参数 1. 弧焊方法的负载特性弧焊方法的负载特性 2. 弧焊电源的参数可调节范围弧焊电源的参数可调节范围 3. 弧焊电源的技术参数弧焊电源的技术参数第二章 对弧焊电源的基本要求26 焊接方法的负载特性是焊接方法的负载特性是根据生产经验根据生产经验 规定的规定的 工工作电压作电压（包括电弧电压与焊接回路电缆上的压降）包括电弧电压与焊接回路电缆上的压降）与工作电与工作电流之间的关系流之间的关系。负载特性一般为。负载特性一般为 缓升的直线缓升的直线 。 1. 1. 弧焊方法的负载特性弧焊方法的负载特性 第二章 对弧焊电源的基本要求2

17、7按国标规定，有关焊接方法的负载特性有：按国标规定，有关焊接方法的负载特性有： 手弧焊与粗丝埋弧焊手弧焊与粗丝埋弧焊 ： Uw 20 0.04 If MIG/MAW 焊与细丝埋弧焊焊与细丝埋弧焊 : Uw 14 0.05 If TIG焊焊 : Uw 10 0.04 IfIfUw不同焊接方法的负载特性曲线不同焊接方法的负载特性曲线TIG焊焊细丝熔化极弧焊细丝熔化极弧焊手弧焊手弧焊粗丝埋弧焊粗丝埋弧焊第二章 对弧焊电源的基本要求282. 弧焊电源的参数可调节范围弧焊电源的参数可调节范围 弧焊电源的参数可调节范围是选弧焊电源的参数可调节范围是选购弧焊电源时的重要依据。该范围购弧焊电源时的重要依据。该

18、范围是根据各种焊接方法的负载特性与是根据各种焊接方法的负载特性与电源的输出外特性综合考虑确定的电源的输出外特性综合考虑确定的. 对弧焊电源调节范围的要求 0.20 If / Ie 1.0 (熔化极) 0.10 If / Ie 1.0（TIG)示意图见示意图见图图213、214。第二章 对弧焊电源的基本要求29 3. 弧焊电源的技术参数弧焊电源的技术参数 空载电压空载电压 U0 负载持续率（暂载率）负载持续率（暂载率） 考虑到连续工作时，由于电源温度上升所考虑到连续工作时，由于电源温度上升所带来的破坏而规定的负载持续率。其算式为：带来的破坏而规定的负载持续率。其算式为： 常见的负载持续率有常见的

19、负载持续率有35、60与与100。止时间负载持续运行时间休负载持续运行时间100FS 额定电流额定电流 I e 规定负载持续率下的所允许使用的最大电流规定负载持续率下的所允许使用的最大电流（以保证回路温升在许可范围内）。（以保证回路温升在许可范围内）。eefIFSFSI 实际工况下所允许的工作电流：实际工况下所允许的工作电流： ( FS为实际负载持续率）为实际负载持续率）第二章 对弧焊电源的基本要求30第三节 对弧焊电源动特性的要求 电源的动特性：是指电弧负载状态发生电源的动特性：是指电弧负载状态发生突然变化突然变化时，时，弧焊电源弧焊电源输出电压与电流的响应输出电压与电流的响应品质。弧焊电源

20、的品质。弧焊电源的动特性表示了动特性表示了电源对负载瞬变的适应能力电源对负载瞬变的适应能力。 电弧负载状态的变化与熔滴过渡类型有关电弧负载状态的变化与熔滴过渡类型有关。 电源动特性对短路过渡的熔化极电弧焊（如电源动特性对短路过渡的熔化极电弧焊（如 CO2、手弧焊手弧焊）非常重要，而其余弧焊方法对动特性无特）非常重要，而其余弧焊方法对动特性无特殊要求。殊要求。弧焊电源的动特性取决于自身结构和参数。随着弧焊电源的动特性取决于自身结构和参数。随着电子控制、数字化控制技术的发展，现在几乎能电子控制、数字化控制技术的发展，现在几乎能够根据焊接过程需要对电源动特性进行任意控制。够根据焊接过程需要对电源动特

21、性进行任意控制。第二章 对弧焊电源的基本要求31手弧焊对动特性的要求 空载至短路，瞬时空载至短路，瞬时短路电流与稳定短路短路电流与稳定短路电流之比：电流之比： Isd / Iwd 2.5 负载至短路，瞬时负载至短路，瞬时短路电流峰值对负载短路电流峰值对负载电流之比：电流之比： Ifd / If 2.5第二章 对弧焊电源的基本要求32CO2焊对动特性的要求2. 空载电压恢复速度要足够快空载电压恢复速度要足够快1. 要限制短路电流增长速度要限制短路电流增长速度 焊丝直径（mm)0.81.21.6短路电流增长速度（kAs-1) 50150 401302075第二章 对弧焊电源的基本要求33熔滴喷射过

22、渡熔滴喷射过渡熔滴喷射过渡熔滴喷射过渡熔滴颗粒状过渡熔滴颗粒状过渡熔滴短路过渡熔滴短路过渡熔滴熔滴过渡过渡动画动画演示演示第二章 对弧焊电源的基本要求34UoI1234A0A1A2I1I2（l）图2-5 电弧静特性为上升形状时，电源外特性对电流偏差的影响1，2 电源外特性电源外特性 当弧长波动当弧长波动时，利用平特时，利用平特性电源产生较性电源产生较大的电流偏差，大的电流偏差，来恢复原有的来恢复原有的弧长。这种特弧长。这种特性称之为性称之为电电弧自身的调弧自身的调节作用节作用。3，4 电弧静特性电弧静特性 (L3 L4) 第二章 对弧焊电源的基本要求35常见弧焊电源的外特性曲线常见弧焊电源的外特性曲线IU下降型下降型IU垂降型垂降型IU平特性平特性不同弧焊方法，需要不同的电源外特性。不同弧焊方法，需要不同的电源外特性。第二章 对弧焊电源的基本要求36UoI电流调节范围规定负载特征U0UweUwIfminIfIfmax(Ie)图2-13 下降外特性电源的可调参数UoI规定负载特性电压调节范围IeUwmaxUweUwminU0图2-14 平特性电源可调参数第二章 对弧焊电源的基本要求37滴状过渡 喷射过渡 短路过渡第二章 对弧焊电源的基本要求381530450I(A)a)外拖为下倾斜线100200300a)外拖为阶梯曲线100015300200I(A)U(V)3045拐点1