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1、弧焊电源及其数字化控制 课 件,设计策划 薛家祥 参加人员 朱思君 王富光 韩成功,绪 论,0.1 弧焊电源的分类 0.2 各种弧焊电源的特点和应用 0.3 弧焊电源的发展趋势 0.4 本课程的性质、任务、要求和分工,绪 论,焊接作为一种基本加工方法，应用很广。 如应用于汽车车辆、锅炉管道压力容器、矿山、冶金、桥梁、国防工业、农业机械、石油化工、机械制造、造船、集装箱、航空航天、宇宙飞行和海洋工程开发等。目前，工业发达国家的钢产量有50左右是以焊接结构形式应用于生产。随着我国成为世界制造业中心之后，作为钢铁缝纫机技术的焊接技术将愈来愈显示出它的重要性。 电弧焊接是焊接方法中最主要的一个大类。按
2、其工艺特点的不同，电弧焊大致又可分为焊条电弧焊、埋孤焊(或称熔剂层下埋弧焊)、氩弧焊、CO2/ MAG/ MIG气体保护焊(或称气电焊)和等离子弧焊与切割等。 弧焊电源是电弧焊机中的主要部分（核心部分），是对焊接电弧提供电能的一种装置，它必须具备电弧焊接所要求的主要电气特性。 本课程将对弧焊电源及其控制技术的核心内容给予系统讲述。至于与其配套的其他设备和附件部分，将在有关课程中进行讲述。,0.1 弧焊电源的分类,弧焊电源按照焊接工艺的分类 熔焊是目前应用最广泛的焊接方法。最常用的有焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等。 （1）焊条电弧焊 用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法，称为焊条电弧焊。 （2）
3、埋弧焊 电弧在焊剂层下燃烧，利用电气和机械装置控制送丝和移动电弧的焊接方法，称为埋弧焊。 （3）气体保护焊 是用外加气体作为电弧介质，并保护电弧、金属熔滴、焊接熔池和焊接区高温金属的电弧焊方法。在生产中常用的外加气体有氩气、氦气、二氧化碳气、氩加二氧化碳和氧的混合气体，以及氩和二氧化碳的混合气体等，分为熔化极和非熔化极两种。 弧焊电源按照电流的分类 （1）交流弧焊电源 （2）直流弧焊电源 （3）脉冲弧焊电源 弧焊电源按照控制技术的分类 （1）机械式控制 （2）电磁式控制 （3）电子式控制 （4）数字式控制 又包括： 单片机控制； PLC/PLD控制； ARM控制； DSP控制,0.2 各种弧焊
4、电源的特点和应用,弧焊变压器 它把网路电压的交流电变成适宜于弧焊的低压交流电，由主变压器及所需的调节部分和指示装置等组成。 矩形波交流弧焊电源 它采用半导体控制技术来获得矩形波交流电流，其电弧稳定性好，可调参数多，功率因数高。 直流弧焊发电机 一般由特种直流发电机和获得所需外特性的调节装置等组成。 弧焊整流器 它是把交流电经降压整流后获得直流电的，它由主变压器、半导体整流元件以及获得所需外特性的调节装置等组成。 弧焊逆变器 它把单相(或三相)交流电经整流后，由逆变器转变为几百至几万赫兹的中频交流电，经降压后输出交流或直流电。 脉冲弧焊电源 焊接电流以低频调制脉冲方式馈送，一般是由普通的弧焊电源
5、与脉冲发生电路组成，也是由一个弧焊电源产生脉冲波形。,0.3 弧焊电源的发展趋势,在20世纪7080年代，弧焊电源及其控制技术的发展产生了新的飞跃，弧焊电源的发展趋势表现在以下几方面： 多种形式的弧焊整流器相继出现和完善 它们正在愈来愈多地取代直流弧焊发电机。有些工业发达国家，除在野外作业采用柴(汽)油弧焊发电机之外，基本上都用弧焊整流器。 研制成功多种型式的脉冲弧焊电源 为进一步提高焊接质量和适应全位置焊接自动化提供了性能优良的弧焊电源。 先后研制成功高效节能、小巧、性能好的晶闸管、晶体管和场效应管式弧焊逆变器 它具有更新换代的意义，并正在逐步推广使用。 半导体控制的矩形波交流弧焊电源陆续出
6、现，逐步代替传统式弧焊变压器 它进一步提高了交流电弧的稳定性，扩大了交流弧焊电源的应用范围。 开发成功与机器人配套使用的弧焊系统。,控制技术的改进和发展体现在如下几个方面： (1) 单旋钮调节 即用一个旋钮就可以对弧焊电压、电流和短路电流上升 率等同时进行调节，并获得最佳配合。 (2) 通过电子控制电路获得多种形状的外特性 以适应各种弧焊工艺发展的需要，如除常用的平特性、下降特性、恒流特性之外，还可获得多种形状的外特性。 (3) 可以提供多种电压、电流波形 以满足某些弧焊工艺的特殊需要。 (4) 低压小电流引弧 在钨极氩弧焊引弧时，空载电压只有6V或更低，引弧后工作电压迅速提高。其优点是：在短
7、路接触引弧时，由于电压低而不会出现过大冲击电流，可防工件和钨极严重污染；不必加高频高压或脉冲高压就可引燃电弧，防止对微机控制的干扰。 (5) 电流电压值测试、显示系统的改进 从指针式电压、电流表，发展到数字电表和具有监测报警功能的检测系统，还可在焊接前预置好焊接电流与焊接电压值，并把它显示出来。 (6) 智能化控制 随着微机控制技术的发展，出现了微机控制的弧焊电源，具有记忆、预置焊接参数和在焊接过程中自动变换焊接参数等功能，使弧焊电源的控制智能化。,20世纪末21世纪初弧焊电源及其控制技术的发展进入高效高性能和数字化的新阶段。具体体现在如下几方面 ： （1）IGBT式弧焊逆变器出现 经历了晶闸
8、管式晶体管式场效应管式IGBT式等结构、品种的变化和发展过程 。 （2）数字化的控制技术向纵深发展 从单片机控制PLC/PLD控制ARM控制DSP控制。 （3）出现短路熔滴过渡电流波形控制 可减少飞溅，提高焊接过程的稳定性；完善一元化的调节技术；开发了双脉冲MIG弧焊电源，高精度控制脉冲MIG焊的多参数及其优化匹配，扩大稳定的工作调节范围，大幅度改善焊缝的成形与质量。 （4）多个弧焊电源的组合工作与协同控制 可实现双丝、三丝高速高效MIG/MAG/脉冲焊/埋弧焊等新的焊接工艺。,0.4 本课程的性质、任务、要求和分工,1.课程性质 本课程是理论性和实践性较强的专业课。 2. 课程任务 使学生掌
9、握各种常用弧焊电源及其控制技术的基本理论、基本知识和实验技能，并能根据不同弧焊工艺方法正确地选择、使用和维修弧焊电源。,3.课程要求 通过本课程的学习，应达到下列基本要求： 1) 学习了解电弧的机理、电弧静特性的形成、电弧的动特性；交流电弧的特点及其稳定燃烧的条件和影响因素。 2) 深入了解弧焊电源的性能与电弧稳定性、规范稳定的关系，并能从工艺的角度对弧焊电源提出要求。 3) 掌握常用弧焊电源获得不同外特性的基本原理与调节方法。 4) 熟悉弧焊电源的性能特点，能正确选择与合理使用各种类型弧焊电源和具备排除常见故障的能力。 5) 学习和掌握弧焊电源的控制技术的基本方法、特点、原理与应用。,4.本课程与其他课程的联系和分工 1) 本课程的先修课程为电工学中的磁路、变压器、电抗器、直流发电机、硅整流电路、晶体管、晶闸管、场效应管、IGBT、快速整流管、磁性材料及其应用等章节，为本门课程有关的基础理论知识部分。 2) 本课程应安排在认识实习和专业劳动之后，以便在授课前学生对各种弧焊方法及所用设备已有一定的感性认识。 3) 本课程为专业先行课之一，它为学习其他专业课提供必要的弧焊电源知识。 4) 本课程在电弧方面只讲授电弧的电特性，电弧的其他知识归在其他课程中讲授。,
