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1、第四章 电弧焊自动调节系统, 4-1 电弧焊的自动调节 4-2 等速送丝调节系统 4-3 变速送丝调节系统, 4-1 电弧焊的自动调节电弧焊包括引弧、焊接和收弧三个阶段。自动焊是保证这三个过程自动化，同时使选定的规范保持一恒定值。,一、自动调节的必要性 在实际生产中，焊接规范参数往往会受到外部干扰而发生变化，使I，U，Vw不能保持恒定，从而影响焊缝质量，因此，必须采取一些措施使规范参数受到干扰后回到预定值。,右图，弧长变化时，稳定工作点由O O1，电源外特性变化后，稳定工作点由O O2，使参数发生变化。,1、电弧静特性的干扰因素,（ 1 ）送丝速度不均匀,（ 2）焊炬相对于焊缝表面的波动,（
2、3）电弧周围气氛的变化,2、电源外特性的干扰因素,（1）弧焊电源供电网路中负载突变,（2）弧焊电源内部的元件工作不正常,弧长变化引起的焊接过程不稳最突出，原因：弧长短（几十mm）；电场强度大（1040V/cm)，弧长变化很小就可使电压变化很大。,焊接过程中，弧长的波动会引起电弧电压的显著变化，变化范围1040v/cm，因此，弧长的波动最受人们的关注。,人工操作时，通过人眼对弧长的观察，不断地进行调整，使弧长保持一适当的长度。,自动调节系统,二、闭环和开环自动调节系统 1、闭环系统对调节对象的参数能实现自动检测并进行相应的调节，使这一参数按预定规律变化的装置。,包含四个基本环节：调节对象，测量环
3、节，比较环节，执行环节。,（1）测量环节（人眼）：在设备中一般采用传感器，检测量即为被调节量（被控量）。,（2）比较环节（人脑）：测定量与给定量相比较。,（3）执行环节（人手）：设备中送丝电机、焊接小车电机、电弧电压等。,2、开环系统在开环控制系统中，不存在由输出端到输入端的反馈通路。因此，开环控制系统又称为无反馈控制系统。开环控制系统由控制器与被控对象组成（见图）。,开环控制系统的结构,同闭环控制系统相比，开环控制系统的结构要简单得多，同时也比较经济。开环控制系统的缺点是控制精度和抑制干扰的性能都比较差，而且对系统参数的变动很敏感。因此，一般仅用于可以不考虑外界影响，或惯性小，或精度要求不高
4、的一些场合，如步进电机的控制，简易电炉炉温调节，水位调节等。,开环控制系统常见于焊接过程程序控制，只是按照预定的程序进行控制一般开环系统不具备补偿干扰的自动调节能力，但某些系统具有内在联系的内部反馈。例如CO2焊中等速送丝调节系统，就是利用内部固有的反馈作用，进行自动调节。,二、对自动调节系统的基本要求1、稳定性系统受到干扰离开稳定状态（平衡状态），而在干扰停止后能恢复到稳定状态的能力。2、动态特性调节过程时间、超调量大小、振荡次数 。3、静态误差（静态精度）系统受到干扰后回到稳定状态后被调量稳定值与原始稳定值的差额。, 4-2 等速送丝调节系统,一、熔化极电弧自身调节系统的静特性 1、稳定焊
5、接的条件： 熔化系数m的影响因素：焊接电流、焊丝直径、焊丝干伸长。 2、熔化速度与焊接电流、焊接电压之间的关系kiVm随I变化的系数(cm/sA)； KuVm随U变化的系数（cm/sV） 3、静特性曲线方程表示在给定的送丝速度 (Vf) 下，弧长稳定时，焊接电流与焊接电压之间的关系。这一关系称为自身调节系统静特性，或称等熔化曲线方程。,另外，I和U应在电源外特性曲线上U=f(I)，所以，电弧的稳定工作点应在自身调节系统静特性曲线和电源外特性曲线交点上。等速送丝熔化极电弧自身调节系统静特性曲线，可由实验方法测定。在给定的焊接条件下，选定一种送丝速度和几种不同的电源外持性曲线进行焊接，测出每一次焊
6、接的稳态I、U即可在I、U坐标系中作出一条等熔化特性曲线。,等熔化曲线的测定 12mm,Vf=7.1cm/s 24mm,Vf=2.5cm/s 3 4mm,Vf=4.4cm/s 45mm,Vf=2.9cm/s,等熔化特性曲线的特点： 1、长弧细焊丝时，由于Ki很大，而Ku很小，上式可写成：,2、随着弧长缩短，电弧等熔化曲线斜率减小，表明Ku很大，弧长缩短到一定范围时，等熔化曲线左拐，具有固有的自调节作用。,此时等熔化曲线几乎垂直于电流坐标轴，称为等电流曲线。,5、其他条件不变时， 焊丝直径增加(减少)，使Ki减小，等熔化曲线平行向 移动，而且斜率 。,4、其他条件不变时， 焊丝伸出长度增加(减少
7、)， 使Ki增加，等熔化曲线平行向 移动。,左（右）,右（左）,减小（增大）,3、其他条件不变时， 送丝速度Vf增加(减少)， 等熔化曲线平行向 移动。,右（左）,等速送丝调节过程,二、等速送丝自身调节的精度调节精度是指系统调节过程结束后，静态误差的大小。 1、弧长波动时的调节精度,分两种情况,焊枪距工件高度不变不产生静态误差,焊枪距工件高度变化了,静态误差：,当电弧静特性为平特性时，陡降特性电源将比缓降特性电源引起更大的电弧电压静态误差。,当电弧静特性为上升特性时,上升特性电源弧长误差最小， 平特性电源引起的弧压最小。,2、网络电压波动时的系统调节误差,等速送丝调节系统对网压变动没有调节作用
8、，只有电弧工作点的改变过程。,在短弧焊情况下，为减少焊接电流的静态误差，可以采用陡降特性或恒流特性。,在长弧焊情况下，为减少电弧电压的静态误差，常采用缓降特性或平特性电源。,3、系统调节灵敏度系统调节灵敏度是指调节作用对电弧工作点产生微小变化的反应能力。等速送丝条件下，弧长变化引起的焊丝熔化速度变化越大，调节恢复越快，系统灵敏度越高。 由焊丝熔化速度公式可知：,影响自身调节系统灵敏度因素：(1)焊丝直径和电流密度 焊丝直径越细或电流密度越大，系统调节灵敏度越高。,(2)电源外特性的形状,(3)弧柱电场强度电场强度越大，即电弧长度变化引起的弧压变化越大，系统越灵敏。,三、等速送丝焊接系统的电流与
9、电压调整方法, 4-3 变速送丝调节系统(电弧电压反馈调节系统),变速送丝调节系统，一般采用粗焊丝，因为粗焊丝的自身调节作用较小，电源外特性为陡降外特性曲线。,一、电弧电压反馈调节器的原理电弧电压反馈调节系统是一种典型的闭环调节系统，其调节原理为：以电弧电压Ua为被调量（检测量），送丝速度Vf为操作量，Vf=f(Ua)；当弧长由于外界干扰增大(缩短)时，Ua增大(减少)，Vf增大(减少)，从而迫使弧长回到原来长度，保证焊接工艺参数稳定。,电弧电压反馈调节器 发电机电动机系统,发电机电动机驱动式电路工作过程：发电机G有二个励磁线圈LG1和LG2，LG1由给定控制电压Uc供电产生磁通1，其大小可由
10、电位器RP1调定，磁通方向将使电动机D向退丝方向转动；LG2由电弧反馈电压Ua供电，其磁通 2大小正比于电弧电压，方向与1相反，使D向送丝方向转动。正常焊接时LGl、LG2同时产生磁通2 1，使电动机有一稳定的送丝转速。Vf=K(Ua-Uc),电弧电压反馈调节器 晶闸管、 电动机系统,工作过程： 反馈信号Ua从电位器RP13中点取出，与从RP11中点取出的给定控制信号Uc反向串联后加到晶闸管触发电路前置放大晶体管V1的基极，使V1的基极电流、V2的集-发电流、晶闸管VT的导通电流、电动机M的转速乃至送丝速度Vf都正比于(Ua-Uc)，而使得当UaUc时，焊丝送进。但当UaUc时Vf=0，即该系
11、统不能反抽引弧，因而实用系统必须加入辅助电路以实现无触点换相和反抽引弧。,+,-,+,-,Ua反馈 Uc给定 （Ua-Uc）V1(b,e)V2C充电 单结晶体管V3击穿,二、电弧电压反馈调节系统的静态特性,电弧电压调节系统的静态特性方程：,焊接条件一定时，k，ku，ki为常数，则静态特性为一斜截式直线方程。截距为： 直线斜率为：,k调节器灵敏度,静态曲线的特点： 1、该直线上所有点均满足Vf=Vm,并与电源外特性相交确定系统的稳定工作点；,2、当kki、ku时，tan 0，系统静特性为接近于平行电流坐标轴的直线。当系统机电结构改变，即k值改变时，其斜率随之变动；,3、其他条件不变时，增加Uc，
12、系统静特性平行上移，反之，则平行下移；,4、减小焊丝直径或增大焊丝伸出长度时，ki增加，tan 增加；,5、焊丝材质和保护条件对tan 也略有影响。,三、电弧电压反馈调节器的精度和灵敏度,弧长波动时电弧电压反馈自动调节过程,弧长波动（焊枪高度不变）自动调节过程：l0电弧静特性曲线，A调节系统静特性曲线， O0稳定工作点（Vm=Vf）(1) U0 U1 Vf =k(Ua - Uc) l1 ( 2)自身调节作用,1、调节精度,陡降外特性,缓降外特性,2、调节灵敏度系统调节灵敏度主要取决于弧长变动时送丝速度变化 量 的大小。,1)k值越大，调节器灵敏度越高。但是内于系统的机电惯性，k值过大则容易产生
13、振荡，惯性越大，越容易诱发振荡。因此，k值不宜太大，同时也应采用惯性较小的印刷电动机为送丝电机。2)弧柱电场强度越大，同样弧长变化引起的 越大，调节灵敏度也越高。例如采用相同参数的调节器埋弧焊比熔化极气体保护电弧的调节灵敏度要高。,四、变速送丝电弧焊的电流和电压调节方法,电弧电压反馈熔化极电弧焊系统静特性曲线为近乎平行于电流轴的直线，电源通常采用陡降外特性，因此调节电源外特性即可改变焊接电流，调节送丝给定控制电压则可改变电弧电压。工作点区间由两者的调节范围确定。,两种调节方法比较,第四章 思考题,一、简述电弧电压反馈式焊机工作原理，并回答下列问题。 1、这种焊接选用的电源及焊丝（直径）？ 2、影响调整灵敏度的因素？ 3、如何把规范由A点调到B点，并画出特性曲线。,二、采用均匀调节系统（变速送丝），分析下图的弧长自动调节过程，不考虑焊丝电阻热的影响。,三、等速送丝配平特性电源，分析A0 A2的调节过程以及A2 A4的调节过程（不锈钢焊丝MIG焊）。,四、弧压反馈送丝焊机，假定电弧静态特性为上升特性，采用下图所示两种电源特性（1、2），比较调节系统的灵敏度。（作图回答）,
