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1、第八章 手工电弧焊焊接电源电源是在电路中用来向负载供给电能的装臵，而手工电弧焊的焊接电源，即是在焊接电 路中为焊接电弧提供电能的设备。为区别于其它的电源，这类电源称为弧焊电源。常用的手 工电弧焊电源有弧焊发电机、弧焊变压器和弧焊整流器，俗称直流弧焊机、交流弧焊机和整 流弧焊机。这些弧焊电源，除用于手工电弧焊外，还可用于埋弧自动焊等，用以焊接电弧为 热源的焊接工艺方法上。第一节： 手工电弧焊对电源的要求弧焊电源是为电弧提供电能的装臵，因此它的特性和结构与一般电力电源比较，有着显 著的区别，这是弧焊工艺的特点所决定的。对弧焊电源有如下几点具体要求：引弧容易；保 证电弧稳定燃烧；保证焊接工艺参数稳定
2、（主要指焊接电流和电压）；可调节焊接工艺参数。为了达到上述的具体要求，就必须要求弧焊电源具有一定的电气性能。一、对弧焊电源外特性的要求 电弧的稳定燃烧，一般是指在电弧电压和电流给定时，电弧放电处在长时间内连续进行 的状态。电弧焊时，弧焊电源和焊接电弧组成了一个供电和用电系统，在稳定状态下，也即电源 在其它参数不变的情况下，弧焊电源的输出电压与输出电流之间的关系，称为弧焊电源的外 特性。它可用如下关系式表示：弧焊电源的外特性亦称弧焊电源的伏安特性或静特性。在以电压为纵轴，电流为横轴的 直角坐标系中，弧焊电源的外特性可表示为一条曲线，这条曲线称为弧焊电源的外特性曲线。弧焊电源的外特性曲线。随着弧焊
3、电源输出电流的增大，电源的输出电压下降，这种类 型的外特性，称为下降外特性，它的曲线叫做下降外特性曲线。弧焊电源的外特性，基本上有下降外特性、平特性和上升外特性等三种类型。对手工电弧焊来说，为了能保证焊接电弧在选定数值的焊接电流下稳定燃烧而不熄灭，就必须要有下 降的外特性。在焊接回路中，由于弧焊电源的输出电流就是焊接电流，所以可将焊接电弧的静特性曲 线与弧焊电源的外特性曲线，按同一比例绘制在一个直角坐标系上。下降外特性曲线与电弧静特性曲线在一个坐标系u|中，电源的下降特性曲线与焊接电弧的静特性曲线有两 个交点A与E。在这两个交点上，由于它们各自对应的 输出电压、电弧电压及输出电流、焊接电流都相
4、等，即 电源供给的电压和电流与电弧燃烧所需要的电压和电、流相等，说明在这两个交点上，电弧能燃烧。但是，是|*否能在这两点上长时间地保持稳定状态？下面就这个问题对这两个燃烧点进行分析。首先，电弧在A点是否能正常、稳定地燃烧。如果在焊接电路中，由于受到外界因素的 干扰，使焊接工作电流突然降低，这时电源输出的端电压就要小于所要求的电弧电压U;这 样，电路就失去平衡，电流又进一步减小，直至电弧熄灭；如果焊接电流由于外界因素的干 扰，突然增大，这样，对应的电源输出电压大于电弧所要求的电压，这就使焊接电流进一步 增大，并且越来越大，直至E点。由此可见，在A点电弧不能稳定燃烧。再来分析，电弧在E点是否能正常
5、、稳定地燃烧。如果在焊接电路中，由于受到外界因 素的干扰，使焊接电流突然降低至人，此时电源供给的输出电压。大于该电弧所需要的电压， 这就会促使焊接电流增加，直至恢复到E点，使输出电压与电弧电压又处干相等的状态，输 出电流等于焊接电流，电弧恢复到正常燃烧的位臵。如果焊接电流受外界因素干扰突然增加 到人，这时电源供给的输出电压就要下降，且小于电弧在该点燃烧所需要的电压，这就使焊 接电流必然要减小，直至又恢复到E点。由此可见，电源的下降外特性曲线与电弧静特性曲 线的交点凡不仅是一个电弧燃烧点，而且是电弧正常、稳定的燃烧点。综上所述，具有下降 外特性的孤焊电源能够保证焊接电弧稳烧。具有上升外特性或平特
6、性的弧焊电源，能否保证手工电弧焊的焊接电弧稳定燃烧？上升 特性和平特性曲线与电弧静特性曲线只有一个交点A,在该点电弧燃烧情况，相当于A点电 弧燃烧情况。当焊接电流突然降低时，会导致电弧熄灭；当焊接电流突然增大时，电源供给 的端电压大于电弧燃烧所需的龟压，因此必然引起焊接电流进一步增大，使电源的端电压与 电弧所需要的电压的差值更大，电弧因此而不能稳定燃烧。由此看来，只有下降外特性的电 源，才能保证手工电弧焊焊接电弧的稳定燃烧。下降的外特性，虽然能保证手工电弧焊时电弧的稳定燃烧，但下降的外特性曲线有缓降 的，也有陡降的，哪一种更有利于电弧的稳定燃烧？手弧焊时电弧长度是由手控制的，因为 手的抖动或焊
7、件表面的不平整，均使弧长发生变化弧长波动时，陡降外特性电源的电流波动 小而缓降外特性电源的电流波动大。因此当电弧长度变化时，陡降外特性电源所引起的电流 变化幅度小，电弧较稳定，而缓降外特性的电源所引起的电流变化幅度大，电弧不稳。所以 手弧焊对电源的基本要求就是要具有陡降的外特性。二、对弧焊电和空来电压的要求 所谓空载电压，就是在焊接引弧之前，弧焊电源输出端所具有的端电压。在生产实践中，由于焊条端面和焊件表面往往存有铁锈和其它杂质，使接触不良，接触 电阻很大，电弧不易引燃。因此，只有较高的空载电压，才能将高电阻的接触面击穿，形成 通路；同时，空载电压高有利于电子发射，容易引弧；另外，在焊接过程中
8、，由于熔滴过渡 造成的短路，会导致焊接电弧的熄灭，而具有较高的空载电压便能在焊接过程一旦脱离短路 时，使焊接电弧尽快的复燃，保证了整个焊接过程的稳定。但是，空载电压不宜过高，因为过高的空载电压不利于焊工的安全操作。因此，空载电 压应在满足焊接工艺要求的前提下，尽可能低一些。目前，我国生产的弧焊发电机和弧焊整流器，空载电压一般在9 0V以下；弧焊变压器 的空载电压一般在8 0V以下。三、对弧焊电源 特性的要求 在焊接中，根据焊接材料的性质、厚度、焊接接头的形式、位臵及焊条直径等不同，需 要选择不同的焊接电流。这就要求弧焊电源能在一定范围内，对焊接电流作均匀、灵活的调 节，以便有利于保证焊接接头的
9、质量。对手工电弧焊来说，弧焊电源的下降外特性曲线与电弧静特性曲线的交点中，只有一个 电弧稳定燃烧点。因此，为了获得一定范围所需的焊接电流，就必须要求弧焊电源具有很多 条可以均匀改变的外传性曲线簇，以便与电弧静特性曲线相交，得到一系列的稳定工作点， 这就是弧焊电源的调节特性。最理想的弧焊电源调节特性是可改变其空载电压。手工电弧焊 的焊接电流变化范围一般在100400A之间。四、对弧焊电源动特性的要求 焊接电弧在焊接电路中作为一个负载，但不同于一般电路中的负载。如在照明电路中， 电源所负担的是在相对一段时间中固定不变的负载，即电灯的电阻。而在焊接电路中，焊接 电弧对弧焊电源来说，是一个一直在变化着
10、的动态负载。这是因为在焊接过程中，由于熔滴 的过渡可能造成短路，使电弧长度、电弧电压和焊接电流产生瞬间变化。弧焊电源的动特性， 是指弧焊电源对焊接电弧的动态负载所输出的电流、电压对时间的关系，它表示弧焊电源对 动态负载瞬间变化的反应能力。手工电弧焊要求其焊接电源有较合适的动特性，这样才能获得预期有规则的熔滴过渡、 稳定电弧、较小的飞溅和良好的焊缝成形。对动特性的具体要求，主要有如下几点：1.合适的瞬时短路电流峰值手工电弧焊时，由于引弧和熔滴过渡等均会造成焊接电路的短路现象。为了有利于引弧， 加速金属的熔化和过渡，同时，为了缩短电源处于短路状态的时间，因此。应当适当增大瞬 时短路电流。但是过高的
11、短路电流，会导致焊条与焊件的过热，甚至使焊件烧穿，还会引起 飞溅的增加以及电源过载。所以，必须要有合适的瞬时短路电流峰值，即限制短路电流的特 性，通常规定短路电流不大于工作电流的1.5倍，具有陡降外特性的电源是能满足这一要求 的。2合适的短路电流上升速度短路电流的上升速度是否合适，对手工电弧焊或其它熔化极电弧焊的引弧和熔滴过渡均 有一定的影响。一般要求有较快的短路电流上升速度，它也是标志弧焊电源动特性的一个主 要指标。3达到恢复电压最低值的时间应适当为了保持焊接电弧的稳定燃烧，对弧焊电源来说，从短路到复燃时，要求能在较短的时 间内，达到恢复电压的最低值（30 v）这样才能使电弧在极短的时间内重
12、复引燃.以保 持电弧的持续、稳定。五、对弧焊电源结构的要求对弧焊电源的结构，要求简单轻巧，制造容易，消耗材料少，成本低。同时，又要求它 牢固，使用方便、可靠、安全和维护容易。在结构上，还要求在特殊环境下具备相应的适应 性（如在高原、水下、野外焊接等）。六、焊机型号的编制焊机型号的编制，是用汉字拼音大写字母及阿拉伯数字，按一定的编排次序所组成。按原机械工业部标准JE147574规定的编排次序如下；123456 F |特殊环境改进序号本规格 ;系列品种序号:附加飙1_二小类名称：大类名称7上述编排次序中，1、2、3、7各项均以汉字拼音大写字母表示；4、5、6各项均 由阿拉伯数字表示。另外，型号中3
13、、4、6项如不用时，其它各项排紧。1.大类名称中，弧焊发电机用“A”表示；弧焊变压器用“B”表示；弧焊整流器用“Z” 表示。2小类名称中，焊接电源外特性为下降特性的，用X”表示；平特性用“P”表示； 多特性用“D”表示。3附加特征中，可控硅整流器用“K”表示；硅整流器用“G”表示；铝绕组用“L” 表示。如AX- 3 2 0即为具有下降 性的弧焊发电机，其额定焊接电流为3 2 0 A; AXI-5 0 0即为产品系列品种序号为1,具有下降外特性的弧焊发电机，其额定焊接电流为 500A。又如BX3 5 0 0即为系列品种序号为3、具有下降外特性的弧焊变压器，其额定 焊接电流为 500A。焊机除了有
14、规定的型号外，在其外壳均标有铭牌，学要记载着额定工作情况下的一些技 术数据，以供操作者正确应用而不致损坏设备。下面对额定值和负载持续率作一简述。（1）额定值 额定值即是对焊接电源规定的使用限额，如额定电压、额定电流和额定 功率等。按额定值使用弧焊电源，应是最经济合理、安全可靠的，既充分利用了焊机，又保 证了设备的正常使用寿命。超过额定值工作称为过载，严重过载将会使设备损坏。因此，对 各类手工电弧焊电源，必须定出额定值，以供焊接时选用。当然，在选用时也不宜选用额定 值过高，因为选用较高额定值的焊机，虽然能使焊机在使用时设备更趋安全，但由于设备未 获充分利用，在客观上造成了浪费：（2）负载持续率
15、负载持续率是指焊机负载的时间占选定工作时间的百分率。可用如 下公式表示：负载持续率=在选定的工作时间周期内焊机的负载时间/选定工作时间周期00%我国对手工电弧焊机，所选定的工作时间周期为5min，如果在5min内负载的时 间为3min，那么负载持续率即为60%。对于一台焊机来说，随着实际焊接（负载）时 间的增多，间歇时间减少，那么负载持续率便会不断增高，焊机就会更容易发热、升温，甚 至烧毁。因此，焊工必须按规定的额定负载持续率使用。第二节： 弧焊发电机及弧焊变压器一、弧焊发电机弧焊发电机也称直流弧焊机，由直流发电机和原动机两部分组成，所以也称弧焊发电机 组。原动机可分为电动机、柴油机或汽油机。
16、常用的弧焊发电机组是以三相异步电动机作为 原动机，带动一台直流弧焊发电机组成，电动机与发电机同轴同壳，组成一体式结构。图8 6所示为AX-320型弧焊发电机的构造。常用的是指具有陡降外特性的弧焊发电机, 根据发电机获得陡降外特性的方法不同，弧焊发电机可分为裂极式、差复激（差复励）式和 换向极式等几种。本节主要介绍裂极式弧焊发电机。1弧焊发电机的一般原理弧焊发电机是一种特殊的直流发电机。它的发电原理与普通直流发电机不同，由于它使 用在弧焊这样一种特殊场合，因此，要对它提出陡降的外特性，具有一定范围、均匀的调节 特性和良好的动特性等特殊要求。（1）直流发电机的电动势 直流发电机电动势的产生，当电枢绕组的线圈在磁极之间 匀速转动时，
