交流钨极氩弧焊的逆变控制

1、交流（AC）钨极氩弧焊（GTAW）的逆变技术历来被认为是昂贵、复杂、甚至是有问题的。而随着近来开关装置、芯片以及钨技术的最新发展已经1改变了这一状况，它们使交流氩弧焊中逆变技术的应用更加便宜和方便，并使交流钨极氩弧焊工艺能为从一般焊工到各种大小的制造车间等各个领域用2户提供高科技的焊接解决方案。图1逆变电源使焊接频率上升至200Hz，能对交流波形进行更好的控制。随着频率的增加，电弧弧柱变得更加集中3，使焊工能够焊接更细小的焊缝。更集中的电弧也使电弧半波清理更加集中，氧化物腐蚀区更窄。交流技术的早期发展为了更好地认识逆变器及其优点4，有必要了解一下交流钨极氩弧焊最初的发展。40年代初，人们发现交

2、流极性反接能够去除掉铝及铝合金表面致密难熔的氧化层，更容易进行焊接。5交流氩弧焊采用单相变压技术，电源输出60Hz正弦波，产生适合于工艺的电唬它由一个笨重的变压器提供电源和一个同样笨重的磁放大器进行输出6控制。但使用交流正弦波电源的缺点是电流改变极性时长时间处于低电流。因此需要额外的高频（HF）在电流极性改变时重新点燃电唬如果没有重新7点燃电弧，通常在电极的正半周期上会发生整流现象，失去电弧的清理作用。交流氩弧焊焊接过程中，也必须时刻保持极性平衡，确保电极对铝及铝合8金表面充分清理。但平衡的电极又会在钨电极端部形成熔融小球，导致电弧变宽。有时整流也会导致钨爆出一小块熔融金属到熔池中，造成二次损

3、害。9另外，磁性元件本身的电气特性也会造成正弦波的进一步变形失真（劣化），破坏焊接工艺的完美。很明显，正弦波方式并不是解决方案，当电流反向10时使用快速开关或许是一个更好的解决方法。方波时代（产生于20世纪70年代以后）引入了快速开关，有助于减轻许多平衡和电弧问题，但焊机仍11然十分笨重和费电。更好的频率和平衡方波技术比正弦波技术的极性平衡控制更好，但该技术局限于75直流负极（DCEN）和25的直流正极12（DCEP），DCEP半波时间过少,减少了钨电极的整体加热。因此人们需要快速开关和更有效更轻巧的技术支持，这迎来了逆变技术的时代。逆13变电源使焊接频率上升至200Hz，如图1所示。频率的增

4、加不仅使交流波形得到更好的控制，而且使电弧弧柱变得更加集中，使焊工能够焊接更细14小的焊缝。更集中的电弧也使电弧半波清理更加集中，氧化物腐蚀区更窄。除了电源的电弧更加集中外，其脉冲产生的能力也大大增强。逆变电源的设15计引入了先进的电子设备，这些电子设备能够提高平衡控制，平衡调节最高可达90DCEN和10DCEP。平衡控制能力的增加对电弧控制更16强。高于75的DCEN减小了电极过热风险。这使焊工能够使用和保持较尖的电极。尖电极具有更集中的电弧，能不改变电极类型就方便地从交流17切换到直流。逆变技术中所使用的先进电子设备还能提供更稳定的电弧而不需要连续的高频。在这些系统中，高频只是用于引燃电弧

5、，然后在焊接持续18时间会被关闭。这减少了机器与功率源附近其他电子设备间的电磁干扰。先进的电子设备、增强的平衡控制和频率直接影响到整个焊缝性能，它们的组19合具有更大优势。并且更高的平衡控制和频率在现代逆变系统中允许焊工将传统的方波电弧调整成交流集中电弧，其电弧特性几乎与直流电弧特性相媲20美，如图2所示。它还有助于焊工保持稳定、集中电弧，焊接一些老式设备不能焊接的极孝质量极高的焊缝。卓越的解决方案现代逆变焊接系统还具有21以下几个方面的优点：钨电极选择：变频技术还具有在交流焊接中使用削尖的钨电极的好处，以及无需更换钨电极就能在交流和直流来回切换的优点。22应该用什么钨电极？传统焊接中会建议焊

6、工选用纯钨（绿色）用于交流，选用钍钨（红色）用于直流。而变频技术可以不必再使用两种不同类型的钨电23极。事实上，逆变电源也迎来了钨的新时代，新型稀土元素如镧铈钨合金的应用，如图3所示。其他特殊合金也被加入到钨源列表。有了这些新型钨电24极，焊工可以使用相同的钨电极进行交流或直流焊接。这使用户只采用单一类型的钨电极进行焊接，降低操作成本，也避免了分不清哪种钨电极用于交25流或哪种钨电极用于直流的迷惑。节约能源：逆变器优越的电弧控制功能虽然已经是更换老式设备开关的充足理由，但逆变焊机本身还具备更多优势。26相较于老式焊机,逆变器更加节能，通常它只消耗老式系统输入电流的一半，这大大节省的电费，直接降

7、低了操作成本，提高了用户的投资回报率。较27低的功耗也使这些设备适合于一些没有大电流服务设施的小作坊。输入电流较小的商店或作坊可用电流通常为50A。而老式焊机平均电流输入为10280A，不适合于这样的工作环境。同样额定输入的新式逆变焊机牵引电流约40A,非常适合于这些场合。此外，对于野外作业，逆变焊机可以使用比29传统焊接设备更小的发电机进行工作。能够运行三相电源：在引进变频技术前，交流钨极氩弧焊需要使用单相电源。在多数工业应用中都使用三相电源30。大的单相负载容易导致三相供电线路的线电流不平衡，降低供电效率，干扰敏感的设备的操作。购置成本低：虽然许多工厂都认为逆变焊接系统配置31了高端电子设

8、备和高速转换开关，必定售价也更高，但实际情况正好相反。通常，变压器是由铜和铁组成的。变压器越大，价格就越高。逆变器所采用32的变压器通常只有传统焊机重量的六分之一。变压器显著减小，这样应用在逆变焊接系统中，逆变焊机的制造成本大大降低了。这反过来又使逆变设备33比传统制造的焊机更便宜，成本效益更高。便携性提高：逆变系统上使用更小的变压器降低了整机重量，减小了整机尺寸，从而提高了系统的便携性。34机器占地面积减小，节约了地面空间，使焊接单元更易于运输到野外作业。程序存储增强：现代化的逆变焊机还具备增强的程序存贮功能，一些系统能35提供多达60个参数集。内置程序存储减少了操作员的外部输入，确保快速、一致的参数设置和精确的工艺条件设定，不管焊工的技术水平如何，都能36达到可重复的焊接质量，提高了焊接生产效率。更改规则现代逆变焊接系统正在改变传统交流钨极氩弧焊的工作规则，交流电弧控制能力更好，可编程37性更强，电极使用寿命更长，同时比旧的焊接系统操作更简便。逆变技术突出了焊工控