《弧焊电源 第3版 教学课件 ppt 作者 王建勋 任廷春 第一单元 焊接电弧及对弧焊电源的要求》由会员分享，可在线阅读，更多相关《弧焊电源 第3版 教学课件 ppt 作者 王建勋 任廷春 第一单元 焊接电弧及对弧焊电源的要求（83页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一单元 焊接电弧及对弧焊电源的要求,学习目标：通过学习（1）明确焊接电弧的物理本质、分类和焊接电弧的引燃条件；（2）熟悉焊接电弧的结构、压降分布和伏安特性；（3）了解交流电弧的有关问题及焊接电弧的种类和特点；（4）重点掌握焊接电弧的电特性和电源-电弧系统的稳定条件，弧焊电源外特性的形状及选择，对弧焊电源调节特性的要求；（5）学会焊接电弧静特性的测试方法和弧焊电源外特性的测定方法,焊接电弧的物理本质和引燃,综合知识模块一,焊接电弧不是一般的燃烧现象，它是在一定条件下电荷通过两极间气体空间的一种导电过程,图1-1 焊接电弧导电示意图,焊接电弧的物理本质,一般情况下，气体不含有带电粒子（电子、正离
2、子、负离子），是由中性的分子或原子组成的。要使气体产生电弧导电，必须使气体分子或原子电离成带电粒子-气体电离；同时，为了使电弧维持“燃烧”，还必须不断的输送电能给电弧，以补充气体电离时所消耗的电能，即电弧的阴极要不断的发射电子。综上所述，气体电离和阴极发射电子是电弧产生的必要条件。,能力知识点 1,1气体电离,在外加能量作用下，中性气体分子或原子分离成正离子和电子的现象称为气体电离。 气体电离有如下三种形式，即碰撞电离、热电离和光电离 在高温焊接电弧中，主要是以热电离为主，而且进行的很激烈,2阴极电子发射,阴极表面在外加能量作用下连续向外发射电子的现象称为阴极电子发射。 阴极电子发射可分为热电
3、子发射、场致电子发射、光电子发射和撞击电子发射等四种形式。 阴极所用的材料不同，其电子发射形式也不同，有的以热电子发射为主，有的以场致电子发射为主，而光电子发射和撞击电子发射在焊接电弧中占次要地位。,焊接电弧的引燃,把造成两电极间气体发生电离和阴极电子发射而引起电弧燃烧的过程，称为焊接电弧的引燃。焊接电弧的引燃一般有两种方式：接触引弧和非接触引弧。,能力知识点 2,1接触引弧,弧焊电源接通后，电极（焊条或焊丝）与工件直接短路接触，随后迅速拉起电极（约24mm）而引燃电弧 在接触引弧中，电极与工件短路接触的方式有两种：撞击法和划擦法,2非接触引弧,电极与工件之间保持一定的间隙，然后在电极与工件之
4、间施以高电压击穿间隙使电弧引燃 非接触引弧主要应用于钨极氩弧焊和等离子弧焊,【综合训练】,一、填空题答案 1气体放电 ； 2在外加能量作用下，中性气体分子或原子分离成正离子和电子的现象； 3热电离，强；4 碰撞电离、热电离、光电离；5光电离；6阴极电子发射；7气体电离和阴极发射电子；8热电子发射、场致电子发射、光电子发射和撞击电子发射,二、判断题答案 1；2；3 ；4 ； 5 。 三、选择题答案 1a；2b；3c。 四、简答题答案（略） 五、实践部分 组织学生在焊接实训场地进行引弧训练，学会撞击法和划擦法两种引弧方法，并使学生明白在什么情况下采用撞击法，在什么情况下采用划擦法,焊接电弧的结构、
5、压降分布和伏安特性,综合知识模块二,焊接电弧的结构及压降分布,焊接电弧分为三个区域，即阴极区、阳极区、弧柱区。阳极区和阴极区的长度很短，因此，电弧长度可近似认为等于弧柱长度 三个区的电压降分别称为阴极压降Ui、阳极压降Uy 和弧柱压降Uz 。它们组成了总的电弧电压Uh,能力知识点 1,经验公式： 由于上式中a为阴极压降与阳极压降之和，基本可认为常数，所以可以说电弧电压与弧柱长度成正比,碳极电弧其阳极温度约为4200K，阴极 温度约为3500K,弧柱中的温度比两极高， 约为50008000K。通常弧柱区放出的 热量仅占电弧总热量的21左右。,焊接电弧的伏安特性,焊接电弧的伏安特性即电特性，包括静
6、态伏安特性（静特性）和动态伏安特性（动特性）,能力知识点 2,1焊接电弧的静特性,在电极材料、气体介质和电弧弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时电弧电压和焊接电流之间的关系称为静特性。其数学表达式为： 焊接电弧的静特性 近似呈U形曲线：,图1-3 焊接电弧的静特性曲线,U形静特性曲线由三个区段组成。在区段，电弧电压随着电流的增加而下降，称该段为下降特性段；在区段，电弧电压基本上不随电流的变化而变化，称该段为平特性段，或称恒压特性；在区段，电弧电压随电流的增加而上升，称该段为上升特性段。,不同的焊接方法，它们的电弧静特性曲线有所不同，并且在其正常使用范围内并不包括电弧静特性曲线的所有区段。对于小电流
7、钨极氩弧焊、微束等离子弧焊以及脉冲氩弧焊中的“维弧”状态，通常使用电弧静特性的下降段；对于焊条电弧焊、粗丝CO2气体保护焊、埋弧焊，多工作在电弧静特性的水平段；对于细丝大电流CO2气体保护焊、等离子弧焊，则通常工作在电弧静特性的上升段。,弧长对静特性曲线的影响 当焊接电流不变时，弧长增加，电弧电阻增大，根据欧姆定律，电弧电压自然会增加。如图1-4所示。,图1-4 弧长对电弧静特性的影响,2焊接电弧的动特性,所谓电弧的动特性，是指在一定的弧长下，当电弧电流以很快的速度变化时，电弧电压和焊接电流瞬时值之间的关系，即 。电弧动特性曲线如图1-5中的虚线所示。,图1-5 电弧动特性的说明示意图,【综合
8、训练】,一、填空题答案 1电场强度E；2热阴极、冷阴极；3电极材料；4下降段；5上升段。 二、判断题答案 1 ；2 ；3 ；4 ； 5 ；6 ；7 ；8 ；9 ；10 ；11 ；12 ；13 ；14 ； 三、选择题答案 1b；2d；3c；4 c；5 c,四、简答题答案（略） 五、实践部分 焊接电弧静特性测定实训 通过该项目实训，一方面使学生验证电弧静特性曲线的形状；另一方面加深对电弧静特性曲线测定原理的理解。并根据测量数据画出所测电弧的静特性曲线。,交流电弧,综合知识模块三,交流电弧的特点,交流电弧有以下特点： （1）电弧周期性地熄灭和再引燃 （2）电弧电压和电流的波形发生畸变 （3）热惯性的
9、作用较明显,能力知识点 1,交流电弧连续燃烧条件,电感性电路，电压与电流的波形图（图1-7）,能力知识点 2,图1-7 电感性电路交流电的电压和电流波形图,由（图1-7）可以看出，只要电路中电感值L足够大，就能使焊接电流ih滞后于电源电压u一定的相位角 ，并且在 时，电源电压的值已经达到了引弧电压 ，便能保证交流电弧连续、稳定地燃烧。 综上所述，要使交流电弧稳定燃烧，就应保证焊接回路中有足够大的电感，这样才能保证电流改变极性时电弧能迅速地自行恢复燃烧，保证交流电弧稳定性，提高焊接质量。,影响交流电弧燃烧的因素 和提高电弧稳定性的措施,1影响交流电弧燃烧的因素 （1）空载电压 （2）再引燃电压
10、（3）电路参数 （4）焊接电流 （5）电源频率 （6）电极的热物理性能和尺寸,能力知识点 3,2提高交流电弧稳定性的措施 （1）提高弧焊电源的频率 由于大功率电子元件和电子技术的发展，采用较高频率的交流弧焊电源已成为可能。 （2）提高电源的空载电压 提高电源的空载电压能提高交流电弧的稳定性。但空载电压过高会带来对人身不安全，材料消耗增加，功率因数降低等不良后果，所以提高空载电压是有限度的。 （3）改善电弧电流的波形 如果把正弦波改为矩形波，则电流过零点时将具有较大的增长速度，从而可降低电弧熄灭的倾向。 （4）叠加高压电 在钨极交流氩弧焊时，由于铝工件的热容量和热导率高，熔点低，尺寸又大，因而在
11、负极性的半周再引弧困难。为此，需在这个半周再引燃电弧时加上高压脉冲或高频高压电，使电弧稳定燃烧，提高焊接质量。,【综合训练】,分别采用交流电焊机和直流电焊机进行施焊，体会交流电弧和直流电弧的特点。,焊接电弧的分类及特点,综合知识模块四,从不同的角度，焊接电弧可作如下分类： （1）按电流种类：分为交流电弧、直流电弧和脉冲电弧（包括高频脉冲电弧）。 （2）按电弧状态：分为自由电弧和压缩电弧。 （3）按电弧周围介质：可分为焊条电弧焊电弧、焊剂层下“燃烧”的电弧、气体保护电弧焊电弧以及介于明弧和埋弧之间的电弧。 （4）按电极材料：可分为熔化极电弧和非熔化极电弧。,自由电弧,1非熔化极电弧 焊接过程中电
12、极本身不熔化，没有金属熔滴过渡，通常采用惰性气体（如氩气、氦气等）保护。由于氦气十分昂贵，大多数情况下我国都采用氩气保护， 电极多采用钨极或掺有少量稀土金属的钨极，如稀土钍或铈，这种电弧通常称为钨极氩弧。,能力知识点 1,钨极氩弧又分为直流电弧与交流电弧两种。直流钨极氩弧一旦点燃之后，电弧非常稳定，电流最小可达5A，故经常用于薄板的焊接；交流钨极氩弧，电流每秒钟有100次过零点，故每秒钟要有100次重新引燃。除此之外，氩气的电离电压很高，所以氩弧的引燃电压比一般电弧要高得多，导致交流钨极氩弧的电弧稳定性较差。,2熔化极电弧,熔化极电弧，就是在焊接电弧燃烧过程中作为电弧的一个极不断熔化，并按一定
13、规律过渡到焊接工件上去的。根据电弧是否可见，熔化极电弧又可分为明弧和埋弧两大类。,明弧的电极分两种：一种是在金属丝表面敷有药皮，如焊条电弧焊所用的焊条。另一种是采用光电极，即光焊丝。光焊丝通常采用保护气体。随着现代化科学技术的发展，出现了在焊丝中掺入合金元素的冶金技术，其中合金元素起保护作用，而不必采用保护气体，这种电弧称为自保护电弧。采用药芯焊丝的焊接电弧就属这种情况。,采用光焊丝的电弧多数用直流弧焊电源，特别是采用活性气体保护焊的电弧必须采用直流电弧，而惰性气体保护焊的电弧，则可采用脉冲弧焊电源、矩形波交流弧焊电源或普通的交流弧焊电源。,埋弧即所指埋弧焊，也是采用光焊丝，但在焊接过程中要不
14、断地往电弧周围送给颗粒状焊剂，电弧在焊剂中燃烧，即电弧被埋在焊剂下进行燃烧，而燃烧的电弧不可见。因为焊剂中含有稳弧元素，故电弧能够稳定燃烧。这类电弧既可以是直流电弧，也可以是交流电弧。 在熔化极电弧焊中，电极不断地熔化并以一定形式过渡到焊缝中去，这就要求电极连续不断地向电弧区送进，以维持弧长的基本恒定。,对于普通的熔化极电弧，电极在熔化过程中形成的熔滴有大有小，短路过渡电弧是经常应用的电弧现象之一。这种电弧在燃烧过程中，不仅弧长发生激烈的变化，更主要的是在熔滴短路之后必有一个重新引燃电弧的问题存在。因此，对于有熔滴短路的电弧，使电弧变得不稳定，而需对弧焊电源提出很高的要求，如弧焊电源必须具备良
15、好的动特性。,压缩电弧,把自由电弧的弧柱强迫压缩，就可获得一种比一般电弧温度更高、能量更集中的热源，即压缩电弧。压缩电弧典型实例就是等离子弧，它是利用热压缩、磁压缩和机械压缩效应，使弧柱截面缩小，能量集中，从而提高了电弧能量密度，形成高温等离子弧。,能力知识点 2,等离子弧分为以下三种型式： （1）转移型等离子弧 电极接负极，工件接正极，等离子弧产生于电极与工件之间，如图1-8a）所示。 （2）非转移型等离子弧 电极接负极，喷嘴接正极，等离子弧产生在电极与喷嘴表面之间，如图1-8b）所示。 （3）混合型等离子弧 把上述两种等离子弧结合起来，工作时两种电弧同时存在，就称为混合型等离子弧，如图1-
16、8c）所示。它常用于徽束等离子弧焊和等离子弧喷焊。,三种形式的等离子弧,a) b) c) 图1-8 三种形式等离子弧示意图 a)转移型 b)非转移型 c)混合型,三种型式的等离子弧电极均是不熔化电极，因此它们除了具有高能量密度压缩电弧的特点外，还具有非熔化极自由电弧的特点，即影响电弧稳定燃烧的主要因素是电弧电流和空载电压。要保持电弧的稳定燃烧，应尽可能使电弧电流不变，并且空载电压较高。等离子弧通常是采用直流和脉冲电流，但也有采用交流的。,脉冲电弧,电流为脉冲波形的电弧，称为脉冲电弧。它可用于钨极、熔化极电弧焊。 脉冲电弧分为直流脉冲电弧和交流脉冲电弧。脉冲电弧电流周期地从基本电流（维弧电流）幅值增至脉冲电流幅值。也可以认为：脉冲电弧是由维持电弧和脉冲电弧两种电弧组成的。维持电弧用于在脉冲休止期间来维持电弧的稳定燃烧；脉冲电弧用于加热熔化
