弧焊电源 第二章 对弧焊电源的基本要求

第二章对弧焊电源的基本要求薛海涛第一节对弧焊电源外特性的要求第二节对弧焊电源调节性能的要求第三节对弧焊电源动特性的要求弧焊工艺对电弧的要求：1）保证引弧容易2）保证电弧稳定3）保证焊接规范稳定4）具有足够宽的焊接规范调节范围弧焊电源的电气性能应考虑的三个方面：1）对弧焊电源外特性的要求。2）对弧焊电源调节性能的要求。3）对弧焊电源动特性的要求。第一节对弧焊电源外特性的要求一、电源的外特性定义：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Uy与输出的电流稳定值Iy之间的关系曲线称为电源的外特性。

一般直流电源得外特性方程式当内阻r0>0时，随着Iy增加，Uy下降，外特性时一条下倾直线。当内阻r0＝0时，则Uy=E，这时输出电压不随电流变化，电源的外特性平行于横轴，称为平特性或恒压特性。二、“电源——电弧”系统的稳定性（动画1动画2）所谓“电源——电弧”系统的稳定性应包含两方面的含义：1）系统在无外界因素干扰时，能在给定电弧电压和电流下维持长时间的连续电弧放电，保持静态平衡。2）当系统一旦受到瞬时的外界干扰，破坏了原来的静态平衡，造成了焊接工艺参数的变化。但当干扰消失之后，系统能够自动地达到新的稳定平衡，使得焊接工艺参数重新恢复。可用数学和物理方法分别分析平衡状态。三、对弧焊电源外特性曲线得要求（一）对弧焊电源外特性工作区段形状得要求弧焊电源外特性工作区段是指在外特性上稳定工作点附近的区段。1.手弧焊在手弧焊中，一般是工作于电弧静特性的水平段上，采用下降外特性的弧焊电源，便可以满足系统稳定性的要求。2.熔化极弧焊（1）熔化极弧焊包括埋弧自动焊、熔化极压弧焊（MIG)和CO2气体保护焊与含有活性气体的混合气体保护焊（MIG)等。根据送丝方式不同，熔化极弧焊可分为下述两种：（1）等速送丝控制系统的熔化极弧焊电弧静特性均是上升的。（2）变速送丝控制系统的熔化极弧焊通常的和一不分他们的电弧静特性是平的。3.不熔化极弧焊这种弧焊方法宝库钨极亚弧焊（TIG)、不熔化极等离子以及不熔化极脉冲弧焊等。它们的电弧静特性工作部分呈平的或略上升的形状。4.熔化极脉冲弧焊维弧阶段和脉冲阶段都采用平的外特性比较好，采用“平－降”特性或“降－平”特性也还可以，最好是用双阶梯形特性。（二）对弧焊电源空载电压的要求（1）保证引弧容易（2）保证电弧的稳定燃烧（3）保证电弧功率稳定（4）要有良好的经济性（5）保证人生安全（三）对弧焊电源稳态短路电流的要求在弧焊电源外特性上，当Uf=0时，对应的电流为稳态短路电流Iwd

。当电弧引燃和金属熔滴过渡到熔池时经常发生短路。如果为太短路电流过大，会使焊条过热，药皮易脱落，使熔滴过渡中有大的积蓄能量而增加金属飞溅。但是，如果短路电流不够大，会引电磁压缩推动力不足而使引弧和焊条熔滴过渡产生困难。对于下降特性的弧焊电源，一般要求稳态短路电流Iwd

对焊接电流If的比值范围为：1.25If<Iwd

<2If

四弧焊电源外特性形状的种类（一）下降特性这种外特性的特点是，当输出电流在运行范围内增加时其输出电压随着急剧下降。1.垂直下降特性垂直下降特性也叫恒流特性。其特点是，在工作部分当输出电压变化时输出电流几乎不变。2.缓降特性其特点是当输出电压变化时，输出电流变化较恒流特性的大。3.恒流带外拖特性其特点是在其工作部分的恒流段，输出电流基本上不随输出电压变化。但在输出电压下降至低于一定值（外拖拐点）之后，外特性转折为缓降的外拖段，随着电压的降低输出电流将有较大的增加。（二）平特性平特性有两种：一种是在运行范围内，随着电流增大，电弧电压接近于恒定不变（又称恒压特性）或稍有下降；另一种是在运行范围内随着电流增大，电压稍有增高。

双阶梯特性这种特性的电源用于脉冲电弧焊。维弧阶段工作于L形特性上，而脉冲阶段工作于反Ｌ形特性上．由这两种外特性切换而成双阶梯特性，或称框形特性．第二节对弧焊电源调节性能的要求一、电源的调节性能为了获得一定范围所需的焊接电流和电压，弧焊电源的外特性必须可以调节，以便与电弧静特性曲线在许多点相交，得到一系列的稳定工作点。弧焊电源能满足不同工作电压、电流的需求的可调节性能为其调节性能。它是通过电源的外特性来体现的。（一）手弧焊这种焊接方法所用电流If的调节范围不大，即使电弧电压Uf不变，也能保证得到所要求的焊缝成形，所以在焊接不同厚度的工件时，电弧电压一般是保持不变的，只调节焊接电流。一般要求交流弧焊电源空载电压U0=(1.8~2.5)Uf。因为U0不必作相应的改变。手弧焊常用的弧焊电源外特性方式如图。（二）埋弧焊在埋弧焊中，一般当If增加时熔深随着增大，则要求增大Uf，使熔宽相应增加，从而保持合适的焊缝几何尺寸。当Uf增大时，则要求U0相应提高，以使电弧稳定。因此，宜采用如图2-11a所示的调节外特性方式。（三）等速送丝气体保护焊电弧静特性为上升的荣华极气体保护焊可选用平外特性的电源盒等速送丝的焊机，如图2-10b或2-11b所示的电源外特性调节方式可用于上述场合来调节电弧电压。二、可调参数（一）下降外特性电源的可调参数1.工作电流If2.工作电压Uw3.最大焊接电流Ifmax4.最小焊接电流Ifmin

5.电流调节范围（二）平外特性电源的可调参数1.工作电流If2.工作电压Uw3.最大工作电压Ufmax4.最小工作电压Ufmin

5.工作电压调节范围三、弧焊电源的负载持续率与额定值弧焊电源能输出多大功率与它的温升有着密切的关系。因为温升过高，则弧焊电源的绝缘可能受到破坏，甚至会烧毁有关元件和整机。因而，在弧焊电源标准中对于不同绝缘级别，规定了相应的允许温升。第三节对弧焊电源动特性的要求一、动特性问题的提出所谓弧焊电源的动特性，是指电弧负载状态发生突然变化时，弧焊电源输出电压与电流的响应过程，可以用弧焊电源的输出电流和电压对时间的关系，即uf=f(t)、if=f(t)来表示，它说明弧焊电源对负载瞬变的适应能力。二、各种弧焊方法的负载特点与弧焊电源的动特性电极（焊条或焊丝）被加热形成的金属熔滴进入熔池的过程，称为熔滴过渡。对于不熔化的电极来说，由于它不是靠电极本身的金属来填充熔池的，在焊接过程中电极不熔化，而且常采用非接触方法引弧。由于电弧长度、电弧电压和电流基本上没有变化，因此，可以不考虑对电源动特性的要求。对于不熔化电极来说，随所采用的工艺方法和焊接工艺参数不同，熔滴过渡就有各种形式，动负载的变化情况也各异，因此对弧焊电源的动特性要求就有所不同。如图2-15所示，为熔滴以细颗粒高速进入熔池的射流过渡和熔滴以自由飞落方式进入熔池的滴状过渡。除滴状过渡时偶而出现大熔滴短路外，这两种情况的电弧电压和电流基本不变，可以把这时的电弧看成静态负载。因此，在上述情况下，对弧焊电源的动特性没有什么要求。而短路过渡则不然。由于它的电弧时动载，使弧焊电源常在空载、负载、短路三态之间转换，故需对弧焊电源的动特性提出要求。三、弧焊电源动特性对焊接过程的影响及对它的要求对弧焊电源动特性好坏的评定，就主观评定而言，是由人经试焊后作出的。所谓动特性好，一般指引弧容易和重新引弧容易，电弧稳定和飞溅少。就客观评定而言，是用一起测定参数后作出评定的（按标准指标）。这里介绍手弧焊电源和短路过渡细丝CO2焊用电源的动特性对焊接过程的影响及所规定的指标。（一）手弧焊电源1.对瞬时短路电流的要求瞬时短路电流峰值，是当焊接回路突然短路时，输出电