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1、河南工程学院弧焊电源考查课专业论文不锈钢TIG焊接电源的选择学生姓名:不锈钢TIG焊接电源的选择一、概述TIG焊又称钨极氩弧焊，是一种非熔化极惰性气体保护焊，按操作方式分为手工焊、 半自动焊和自动焊三类，其工艺过程：在惰性气体保护下，通过钨极与不锈钢板之间产生 电弧产生的热熔化钢板的对接而形成熔池来产生焊缝，属于自熔化焊接。不锈钢薄板采用 钨极氩弧焊比其它焊接方法有非常好的优越性能：焊缝质量高；电弧热量集中，功率密度 大，热影响区小；单面焊双面成型，明弧操作，便于对电弧熔池的观察；板材表面及焊缝 质量好。二、不锈钢、TIG焊简介不锈钢在我国的使用量正逐年增加，而在不锈钢的使用中以薄板为主，而且
2、薄壁不锈 钢板也已经应用到国民生产和生活的各个领域，如：食品加工行业，主要制造食品加工机 械；压力容器行业，主要是机电和化工部门；电力工业。另外还有一些其它行业：厨房设 备、建筑装潢、家用电器和汽车行业等。在这些行业中，不锈钢的焊接是产品生产的一个 重要工序，焊接质量的好坏直接决定产品的质量。而不锈钢在钨极氩弧焊中的焊接质量与 弧焊电源和焊接参数的选择有极大的关系，因此我们要正确选择弧焊电源及其调整参数， 获取高质量的不锈钢产品，间接优化人们的日常生活。在TIG焊接技术中，在不熔化的钨电极与母材之间产生电弧，利用氩气等惰性气体把 熔融金属与空气隔开以起保护作用，利用电弧产生的高热量把母材进行熔
3、化从而连结在一 起。TIG焊接方法的主要特点如下： 由于有惰性气体保护，对焊缝金属的保护效果好，所以在焊接金属中极少混入杂质，从而能取得高质量的焊接结果。 能焊接工业中使用的几乎所有的金属（铅、锡等低熔点金属除外）。 没有飞溅，操作方便。 能实现任何形式的接头的焊接，而且焊接姿态不受限制。 即使在小电流区域也能得到稳定的电弧，所以能焊接薄板。另外TIG焊接容易得 到单面焊双面成型。 明弧，能观察电弧及熔池。 填充金属的添加量不受焊接电流的限制。 某些场合可不添加金属。 能进行脉冲焊接，减少热输入。因此，采用TIG焊接方法对不锈钢板进行焊接适应了现代产品高质量的要求，是焊接 生产由手工向自动化发
4、展的标志。三、不绣钢TIG焊焊接电弧静特性通常情况下焊接电弧的电特性包括静特性和动特性。一定电弧长度的电弧在稳定状态 下，电弧电压与电弧电流之间的关系，称为焊接电流的静特性伏安特性，简称电弧静特性。 焊接电弧是非线性负载，即电弧两端的电压与通过电弧的电流之间不是成正比关系。当电 弧电流从小到大在很大范围内变化时，焊接电弧的静特性近似成U型曲线，故也称U型曲 线。在非融化极气体保护焊中，电弧电流中等大小，阴极斑点面积随电弧电流成比例增大， 阴极斑点上的电流密度基本不变；此时互助导电率不再随温度增加，所以静特性为水平段焊条电弧焊、微束等离子弧焊、等离子弧焊也多半工作在水平段，当焊接电流较大时 才工
5、作在上升段。此处我们焊接的是不锈钢，考虑到表面有氧化膜及稳弧等因素电流可能 稍高，焊接静特性选择水平段，或略上升段。四、不绣钢TIG焊焊接电弧外特性外特性是指在规定范围内，弧焊电源的稳态输出电流与输出电压的关系。弧焊电源与 电弧构成供电、用电系统。为了保证焊接电弧稳定燃烧和焊接参数稳定，系统必须有一个 稳定工作点，见图1所示。工作点是电源外特性曲线（曲线1）与电弧静特性曲线（曲线2）的交点。图中电源外特 性与电弧静特性相交于AO、A1。如果弧长偶尔由l增加到11，则工作点将由AO、A1,移到 AO、Al, 旦弧长恢复到原来的长度1,原来在AO点的电源电压高于电弧电压，因此 焊接电流将增加，而电
6、源电压将下降，一直恢复到A0点为止。在A1点，当弧长恢复到 原来弧长1后，电源电压高于电弧电压，焊接电流将增加，工作点不可能回到A1点而是 移到A0点。因此说A0点是稳定工作点，A1点是不稳定工作点。在A0点，电弧静特性的斜率大于电源外特性斜率，因此这是电源、电弧系统稳定工作 条件。也就是在电源外特性与电弧静特性交点处电弧静特性斜率大于电源外特性斜率就是 系统稳定工作条件。焊条电弧焊的电弧静特性曲线一般小于0,根据上述稳定工作条件，焊条电弧焊电源 外特性必须是下降特性（缓降或陡降特性）。弧焊电源外特性曲线除稳定工作点外，还有两个特殊点，即当电流为零时的空载电压 和当电极与工件短路时的稳态短路电
7、流，对焊接电弧稳定燃烧具有很大影响，因此，也必 须对它提出要求。对于弧焊电源空载电压规定为:对危险工作环境直流弧焊电源小于113V、 交流弧焊电源小于68V（峰值）、48V（有效值），对一般工作环境直流弧焊电源小于113V， 交流弧焊电源小于113V（峰值）、80V（有效值）弧焊电源稳态短路电流为当焊条（或焊丝）与 工件直接接触时的稳态电流，稳态短路电流应稍大于焊接电流，这将有利于引弧。但短路 电流太大会增大焊接飞溅。在弧长变化时，弧焊电源外特性下降的陡度就愈大，即系统稳定系数KW值愈大，即 电流偏差就愈小。这样一方面可使焊接参数稳定：另一方面可增强电弧弹性。对于不锈钢TIG焊的焊接方法稳定焊
8、接参数主要是指稳定焊接电流，这样弧长变化时 恒流特性的电流偏差很小，在运行范围内电弧电流约等于常数，所以钨极氩弧焊弧焊电源 的外特性是陡降的。五、不绣钢TIG焊焊接电源的选择不锈钢，需要考虑脉冲氩弧焊，使其具有稳定的焊接电流，脉冲氩弧焊分基值电流， 叠加脉冲峰值电流熔化焊丝。电弧不间断不用重新引燃电弧。直流脉冲TIG焊接可以精确控制对工件的热输入和熔池尺寸，高焊缝抗烧穿和熔池的 保护能力，易获得均匀的熔深，特别适用薄板，最薄可以焊接0.1mm厚的工件。普通直流 氩弧焊焊接低于0.8mm的工件 就很难操作。焊接过程中熔池金属冷凝快，高温停留时间 短，可减小热敏材料焊接时产生裂纹的倾向。使用直流T
9、IG焊时，如果是直流反接法（焊 枪接正），会加快钨电极的损耗，所以一般不采用。交流脉冲TIG焊接时容易进行薄板、 内部焊缝、姿势难度高的焊缝的焊接，能洁净的宽度足够地宽。焊缝与母材的之间的过度好，能得到漂亮的焊缝外观。每个焊点加热和冷却迅速，所以适用于焊接导热性能和厚度 差别大的工件。因此选用WSE-200P，逆变式交直流方波脉冲氩弧焊，如图2所示。图 2 WSE-200p六、弧焊电源的工作原理及外特性的获得直流和交流之间的变换称为逆变，实现这种变换的装置就称为逆变器。为焊接电弧提 供电能，并具有弧焊工艺所要求的电气性能的逆变器，被称为弧焊逆变器。逆变电源是一 种采用开关方式的电能变换装置，最
10、终将直流转换为稳压、稳频的交流输出。逆变技术是 微电子技术、功率半导体技术、电力电子变流技术、控制技术和磁性材料等多门学科的交 叉技术。WSE-200P运用的是场效应管式弧焊逆变器，属于电压控制型弧焊逆变器。他只需要 控制驱动电压和极微小的瞬间电流，就能实现功率场效应管的开关控制，而且开关速度更 快，无二次击穿。图3 MOSFET式弧焊逆变器的主要组成和基本原理框图场效应管式弧焊逆变器的主要有供电系统、电子功率系统、焊接电弧、电子控制系统、 反馈与给定系统组成。如图3所示场效应管式弧焊逆变器采用定频率调脉宽的PWM调节方式，主电路逆变频率一般采 用40-50kHz，它的外特性、调节性能的获得方
11、法是借助于控制驱动脉宽的变化来实现。在 开环状态下，控制信号给定值愈大，脉冲宽度愈大，输出的平均电压、电流也愈大，从而 获得所需的调节性能，实现焊接参数的调节。不锈钢钨极氩弧焊陡降的外特性获得：只取电弧电流负反馈，只要给定信号值一定， 随着焊接电流的增加到相应给定值左右，控制脉宽宽度急速变小，输出电压急剧下降，从 而获得恒流外特性。也就是说，改变定信号值的大小，改变控制脉冲宽度的大小，就可调 节平均输出电流的大小，实现焊接参数大小的调节。工作原理：空载时，输出的控制脉冲宽度很小，因而输出的空载电压很低。引弧后， 在电流正反馈的作用下，使输出的控制脉冲宽度逐步增加。输出端电压随之逐步升高，焊 接
12、电流不在逐步增长，这一正反馈过程有低压引弧电路完成。当焊接电流达到外特性控制 电路所设定的电流值时，电流负反馈电路进入工作状态，电流不在增加而保持恒定。低压 引弧电路自动退出工作状态。电流的恒定是通过调整脉冲宽度来实现的，即通过PMW控制 方式，调节主变压器输出电压来实现电流的恒定。5焊机的主电路如图4所示图4焊机的主电路利弊：接触引弧瞬间的短路电流冲击值非常高，使流经场效应管的电流冲击值非常大, 对场效应管的安全使用极为不利；低压引弧是一种新颖的引弧方法，他可以大幅度减少钨 极对工件的污染，同时又可避免高压高频电的干扰。参考文献1 黄石生弧焊电源及其数字化控制M.机械工业出版社.20062 刘斌.金属焊接技术基础M.国防工业出版社.20123 黄石生.焊接科学基础焊接方法与过程控制基础M.机械工业出版社.20144 张义.常用弧焊设备原理及维修M.机械工业出版社.20145 王振民，黄石生，薛家祥，等弧焊逆变技术的研究现状与展望J 电焊机，2000, 30(8)： 3 6.
