第2章 對弧焊電源的基本要求

1、第第2章章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求 本章闡述對弧焊電源的基本要求，重點學(xué)習(xí)弧焊工藝對弧焊電源的空載電壓、外特性、調(diào)節(jié)特性和動特性的要求。2.1 對弧焊電源外特性的要求1. 電源的外特性電源的外特性 在電源參數(shù)一定的條件下，改變負載時，電源輸出的電壓穩(wěn)定值與輸出的電流穩(wěn)定值之間的關(guān)系)(yyIfU2.1.1 電源的外特性電源的外特性yUyI對于直流電源， 和 為平均值，對于交流電源則為有效值。第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制2、一般直流電源的外特性 圖2-1 一般直流電源的外特性 0rIEUyy一般直流電源的外特

2、性方程式為：一般直流電源的外特性方程式為：第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制2.1.2 “電源一電弧”系統(tǒng)的穩(wěn)定性 2、當(dāng)系統(tǒng)一旦受到瞬時的外界干擾，破壞了原來的靜態(tài)平衡，造成了焊接規(guī)范的變化。但當(dāng)干擾消失之后，系統(tǒng)能夠自動地恢復(fù)穩(wěn)定平衡，使得焊接規(guī)范重新恢復(fù)。一、一、“電源一電弧電源一電弧”系統(tǒng)的穩(wěn)定性的含義系統(tǒng)的穩(wěn)定性的含義yfUUyfII1、系統(tǒng)在無外界因素干擾時，能在給定電弧電壓和電流下，維持長時間的連續(xù)電弧放電，保持靜態(tài)平衡。Uf 和If 為電弧電壓和電弧電流的穩(wěn)定值。第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要

3、求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制圖2-3 “電源-電弧”系統(tǒng)工作狀態(tài)電源外特性電弧靜特性第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制靜態(tài)平衡時:;yfUU yfII 第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制 假定在t=0時,由于某種因素的影響,引起電弧電流向減小的方向偏移了 ,當(dāng)外界干擾消除后這個電流偏差 也要變化.若用 表示其偏差瞬時值,則在t0時,電路中電流I為fIfifI)2.(ffiII)3.()()()(dtiIdLiIUiIUfffffffy此時,式(1)就

4、應(yīng)寫成動態(tài)平衡時(受到干擾且干擾消除后):動態(tài)平衡方程式是:) 1.()()(dtdILIUIUfy第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制動態(tài)平衡時 (受到干擾且干擾消除后):近似處理近似處理: 雖然弧焊電源和電弧靜特性一般是非線性的,但對于離開平衡位置A0不遠的范圍內(nèi)的線段可近似認為是直線,并與A0點上特性曲線的切線相重合.)5.( 點B)4.()()( B21fffffffffyfyfffyi)IU(UuU)i(IUiIUUuUiIUfIfI電弧電壓：點電源電壓：由(4)和(5)得:)6.()()()(dtidLiIUiIUfff

5、fyfIfI第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制動態(tài)平衡時(受到干擾且干擾消除后):系統(tǒng)的穩(wěn)定系數(shù)）令()(wyfKIUIUfI0)( ）變6于是式（wffKidtidL成)7.( ）Ii 時，0t（初始條件：當(dāng) 一階fftLKffweIi線性微分方程：解常系數(shù)第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制動態(tài)平衡時(受到干擾且干擾消除后): 只有只有 ,電流偏差值在干擾消除后才會隨時間的電流偏差值在干擾消除后才會隨時間的增長而趨近于增長而趨近于0.因此因此,可以根據(jù)工作點的穩(wěn)定系

6、數(shù)是否大可以根據(jù)工作點的穩(wěn)定系數(shù)是否大于于0,來判斷這個點是否是穩(wěn)定點來判斷這個點是否是穩(wěn)定點.0wK 電弧偏差衰減曲線電弧偏差衰減曲線第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制物理過程論證:o對于對于A A0 0點點, ,當(dāng)某種因素使工作當(dāng)某種因素使工作點點A A0 0的電弧電流向減小方向的電弧電流向減小方向偏移了偏移了I If f時時, ,電源工作點移電源工作點移至至B B1 1, ,此時弧焊電源電壓為此時弧焊電源電壓為 U Uy y=U=Uf f+ +U Uy y 而電弧工作點移至而電弧工作點移至B B2 2, ,這時這時U Uy

7、yUUf f, ,供大于求供大于求, ,就使電流增就使電流增加加, ,因而電弧電流偏移量因而電弧電流偏移量I If f減小減小, ,直至恢復(fù)到原來的平直至恢復(fù)到原來的平衡點衡點A A0 0. . 同理同理, ,當(dāng)某種因素使電當(dāng)某種因素使電弧電流向增加方向偏移時弧電流向增加方向偏移時, ,也能使電弧電流自動恢復(fù)也能使電弧電流自動恢復(fù). . 對于對于A1點，當(dāng)某點，當(dāng)某種因素使工作點種因素使工作點A1的電弧電流增大時，的電弧電流增大時，同樣會出現(xiàn)同樣會出現(xiàn)UyUf，供大于求，使電流繼供大于求，使電流繼續(xù)增加，直至工作點續(xù)增加，直至工作點移至移至A0點才達到平點才達到平衡，即不能回到原來衡，即不能回

8、到原來的工作點的工作點A1。第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制“電源電弧”系統(tǒng)的穩(wěn)定條件 0)(fIyfWIUIUK 也就是說，電弧靜特性曲線在工作點也就是說，電弧靜特性曲線在工作點上的斜率必須大于弧焊電源外特性曲線上的斜率必須大于弧焊電源外特性曲線在該工作點上的斜率。在該工作點上的斜率。第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制2.1.3.1 對弧焊電源外特性工作區(qū)段形狀的要求o 手工電弧焊手工電弧焊 在手工弧焊中，一般是工作于電弧靜特性的水平段上。采用下降外特性的弧焊電源

9、，便可以滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。 第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制p 熔化極弧焊熔化極弧焊 熔化極弧焊包括埋弧自動焊、混合氣體保護焊(MAG)、惰性氣體保護焊等。這些弧焊方法，不僅要根據(jù)其電弧靜特性的形狀，而且還要考慮送絲的方式來選擇合適的弧焊電源外特性工作部分的形狀。第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制根據(jù)送絲方式不同，熔化極弧焊可分為兩種：l等速送絲控制系統(tǒng)的熔化極弧焊等速送絲控制系統(tǒng)的熔化極弧焊 C02MAG、MIG焊或細絲(直徑3mm)的直流埋弧自動焊，電弧靜特

10、性均是上升的?；『鸽娫赐馓匦詾橄陆?、平、微升(但上升的陡度需小于電弧靜特性上升的陡度)都可以滿足“電源一電弧”系統(tǒng)穩(wěn)定條件。 由于“電源-電弧“系統(tǒng)自身調(diào)節(jié)作用強烈，所以選擇平外特性電源更有利。p 熔化極弧焊熔化極弧焊 此外，用平外特性電源還具有短路電流大、易于引弧、有利于防止 焊絲回?zé)驼辰z等好處?！半娫措娫?電弧電弧“系統(tǒng)自身調(diào)節(jié)：當(dāng)弧長發(fā)生變化時，引起電流和焊系統(tǒng)自身調(diào)節(jié)：當(dāng)弧長發(fā)生變化時，引起電流和焊絲熔化速度變化，使弧長自動恢復(fù)的作用。絲熔化速度變化，使弧長自動恢復(fù)的作用。第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制圖2-5 電弧

11、靜特性為上升形狀時電源外特性對電流偏差的影響A0A1A2第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制 圖2-6 等速送絲a）控制系統(tǒng)示意圖 b）弧焊電源外特性與電弧靜特性第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制l 變速送絲控制系統(tǒng)的熔化極弧焊變速送絲控制系統(tǒng)的熔化極弧焊 通常的埋弧焊(焊絲直徑3mm)和一部分MIG焊，它們的電弧靜特性是平的。 為滿足Kw 0，只能采用下降外特性的電源。 這種焊接方法焊絲中電流密度較小，自身調(diào)節(jié)作用不強，所以不宜采用等速送絲控制系統(tǒng)，而應(yīng)采用變速控制系

12、統(tǒng)。熔化極弧焊熔化極弧焊第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制 圖2-7 變速送絲a）控制裝置示意圖 b）弧焊電源與電弧靜特性第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制o 非熔化極弧焊非熔化極弧焊 包括鎢極氬弧焊(TIG)，非熔化極等離子弧焊以及非熔化極脈沖弧焊等。它們的電弧靜特性工作部分呈平的或略上升的形狀。 主要是穩(wěn)定焊接電流，故最好采用恒流特性的電源。第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制2.1.3.2 對弧焊電源

13、空載電壓的要求 o 弧焊電源空載電壓的確定應(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； （3）保證電弧功率穩(wěn)定； （4）要有良好的經(jīng)濟性； （5）保證人身安全。第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制o 對于通用的交流和直流弧焊電源的空載電壓規(guī)定如下： （1）交流弧焊電源：）交流弧焊電源：為了保證引弧容易和電弧的連續(xù)燃燒，通常采用 (18225) 手工弧焊電源手工弧焊電源 ： 埋弧自動焊電源：埋弧自動焊電源： （2）直流弧焊電源：）直流弧焊電源： 為了容易引弧，一般也取接近于交流弧焊電源的空載電壓，只是下限減少

14、10 V。 0UfUVU70550VU90700第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制p 空載電壓通常具體要求如下： l 弧焊變壓器 ： 80 Vl 弧焊整流器、弧焊逆變器： 85 Vl 弧焊發(fā)電機 ： 100 V 一般規(guī)定空載電壓不得超過100 V，在特殊用途中，若超過100 V時必須備有自動防觸電裝置。 0U0U0U第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制2.1.3.3 對弧焊電源穩(wěn)態(tài)短路電流的要求o 當(dāng)電弧引燃和金屬熔滴過渡到熔池時，經(jīng)常發(fā)生短路。o 穩(wěn)態(tài)短路電流過大：會

15、使焊條過熱，藥皮易脫落，使熔滴過渡中有大的積蓄能量而增加金屬飛濺。o 短路電流不夠大：會因電磁壓縮推動力不足而使引弧和焊條熔滴過渡產(chǎn)生困難。o 對于下降特性的弧焊電源，一般要求穩(wěn)態(tài)短路電流對焊接電流的比值范圍為： 225. 1fdII第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制2.1.4 弧焊電源外特性形狀的分類2.1.4.1 下降特性o特點：當(dāng)輸出電流在運行范圍內(nèi)增加時，其輸出電壓隨著輸出電流的增加而急劇下降。o電壓下降7V/ 100A 。o根據(jù)斜率的不同又分為垂直下降（恒流）特性、緩降特性和恒流帶外拖特性等。 第二章第二章 對弧焊電源的

16、基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制 垂直下降（恒流）特性垂直下降（恒流）特性 緩降特性緩降特性 恒流帶外拖特性恒流帶外拖特性 第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制2.1.4.2 平特性 平特性有兩種：o 恒壓特性：在運行范圍內(nèi)，隨著電流增大，電弧電壓接近于恒定不變或稍有下降，電壓下降率小于7V/100A；o 上升特性：在運行范圍內(nèi)隨著電流增大，電壓稍有增加，電壓上升率應(yīng)小于10V/100A。 第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制 表2

17、-1 弧焊電源外特性形狀的分類及其應(yīng)用范圍第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制2.2 對弧焊電源調(diào)節(jié)性能的要求 焊接時需根據(jù)被焊工件的材質(zhì)、厚度與坡口形式等選用不同的焊接規(guī)范參數(shù)。而與弧焊電源有關(guān)的焊接參數(shù)是電弧工作電壓和工作電流。為滿足所需的和 弧焊電源必須具備可以調(diào)節(jié)的性能。2.2.1 弧焊電源的調(diào)節(jié)性能o電弧電壓和電流是由電弧靜特性和弧焊電源外特性曲線相交的一個穩(wěn)定工作點決定的。同時，對應(yīng)于一定的弧長，只有一個穩(wěn)定工作點。因此，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均勻調(diào)節(jié)，以便與電弧靜特性曲線在許多點

18、相交，從而得到一系列的穩(wěn)定工作點 。電源調(diào)節(jié)性能電源調(diào)節(jié)性能:弧焊電源能滿足不同工作電壓,電流的需求的可調(diào)性.第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制o 在穩(wěn)定工作的條件下，電弧電流、電壓、空載電壓和等效阻抗 之間的關(guān)系，可用下式表示： 或者ZIUUff0ZUUIff0第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制1、改變等效阻抗時的外特性 圖2-10 改變等效阻抗時的外特性a）下降外特性 b）平外特性 ZIUUff0第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)

19、字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制2、改變空載電壓時的外特性 圖2-11改變空載電壓時的外特特性 a) 下降外特性 b) 平外特性ZIUUff0第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制2.2.1.1 手工電弧焊o 在焊接不同厚度的工件時，電弧電壓一般保持不變，只調(diào)節(jié)焊接電流，一般要求交流弧焊電源空載電壓為：fIfUU)25. 28 . 1 (01、手工焊常用的弧焊電源調(diào)節(jié)外特性方式、手工焊常用的弧焊電源調(diào)節(jié)外特性方式 圖2-12 改變 和Z的外特性 0U第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其

20、數(shù)字化控制2.2.1.2 埋孤自動焊o 在自動焊中，一般當(dāng) 增加時熔深隨著增大，則要求增大 以使熔寬相應(yīng)增加，從而保持合適的焊縫幾何尺寸。當(dāng)增大 時，則要求相應(yīng)提高 ，以使電弧穩(wěn)定。 fIfUfU0U2.2.1.3 等速送絲氣體保護焊o 電弧靜特性為上升的熔化極氣體保護焊可選用平外特性的弧焊電源和等速送絲的焊機 。第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制2.2.2 可調(diào)參數(shù) 2.2.2.1下降外特性弧焊電源的可調(diào)參數(shù)下降外特性弧焊電源的可調(diào)參數(shù) 下降特性電源的可調(diào)參數(shù)，如下圖所示。圖2-13下降特性弧焊電源的可調(diào)參數(shù) 第二章第二章 對弧

21、焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制o 工作電流工作電流 弧焊時的電弧電流或弧焊電源輸出的電流o 工作電壓工作電壓 焊接時弧焊電源輸出的負載電壓 o 最大焊接電流最大焊接電流 弧焊電源通過調(diào)節(jié)所能輸出的與負載特性相應(yīng)的上限電流o 最小焊接電流最小焊接電流 弧焊電源通過調(diào)節(jié)所能輸出的與負載特性相應(yīng)的最小電流o 電流調(diào)節(jié)范圍電流調(diào)節(jié)范圍 在規(guī)定負載特性條件下，通過調(diào)節(jié)所能獲得的焊接電流范圍。通常要求： （TIG焊要求 ），Ie為額定焊接電流。 fIfU0 . 1maxefII20. 0minefII第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧

22、焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制20. 0minefII2.2.2.2 平外特性弧焊電源的可調(diào)參數(shù)o工作電流工作電流 弧焊時的電弧電流或弧焊電源輸出的電流。在等速送絲MIG/MAG/CO2焊時，焊接電流主要由送絲速度決定，與電壓無關(guān)。o工作電壓工作電壓 焊接時弧焊電源輸出的負載電壓 等速送絲MIG/MAG/CO2焊和藥芯焊絲自保護弧焊時規(guī)定的負載特性為： 當(dāng)當(dāng)If 600A時時， （V） 當(dāng)當(dāng)If 600A時時， (V)。o最大工作電壓最大工作電壓 弧焊電源通過調(diào)節(jié)所能輸出的，與規(guī)定負載特性相對應(yīng)的最大電壓。o最小工作電壓最小工作電壓 弧焊電源通過調(diào)節(jié)所能輸出的，與規(guī)定負載特性相對應(yīng)

23、的最小電壓。o工作電壓調(diào)節(jié)范圍工作電壓調(diào)節(jié)范圍 弧焊電源在規(guī)定負載條件下，經(jīng)調(diào)節(jié)而獲得的工作電壓范圍。fIffIU05. 014 44fUmaxfUminfUfU第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制2.2.3 弧焊電源的負載持續(xù)率與額定值o 弧焊電源能輸出多大功率，與它的溫升有著密切的關(guān)系。 o 弧焊電源的溫升除取決于焊接電流的大小外，還決定于負荷的狀態(tài)，即長時間連續(xù)通電還是間歇通電。 o 弧焊電源額定電流，指在規(guī)定的環(huán)境條件下，按e規(guī)定的負載狀態(tài)工作，即符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫升限度下所允許的輸出電流值。與額定焊接電流相對應(yīng)的工作電壓為額

24、定工作電壓 。eIfeU第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制2.3 對弧焊電源動特性的要求 2.3.1 動特性問題的提出動特性問題的提出 o 用熔化極進行電弧焊時，焊接電弧對供電的弧焊電源來說，是一個動態(tài)負載。o 弧焊電源的動特性，是指電弧負載狀態(tài)發(fā)生突然變化時，弧焊電源輸出電壓與電流的響應(yīng)過程. 即 它說明弧焊電源對負載瞬變的適應(yīng)能力。 )(tfuf)(tfif第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字化控制2.3.2 各種弧焊方法的負載特點及弧焊電源的動特性p 對熔化極弧焊來說，隨工藝方法和焊接規(guī)范不同，熔滴過渡有各種形式，動負載的變化情況各異。因此，對弧焊電源的動特性要求就有所不同。 o 對于短路過渡，由于它的電弧是較大變化的動載，使弧焊電源常在空載、負載、短路三態(tài)之間轉(zhuǎn)換，故需對弧焊電源的動特性提出特殊要求。 第二章第二章 對弧焊電源的基本要求對弧焊電源的基本要求弧焊電源及其數(shù)字化控制弧焊電源及其數(shù)字