焊接工艺问答之焊接电弧及弧焊电源二

焊接工艺问答二、焊接电弧及弧焊电源31试述裂极式弧焊发电机的构造及工作原理。焊机有四个磁极，在空间不是交替排列，而是两个北极N主、N交和两个南极S主、S交相邻配置，可以看成是一对磁极分裂而成（图中点线所示），见图17a。在磁极中心装有主电刷a和b，中间再装一个辅助电刷c，两组并励励磁绕组接在主电刷a和辅助电刷c之间，其中一组分布在四个极上，另一组则只绕在交极上，并在它的回路中串有一可变电阻RP，见图17b。焊机起动时，由于磁极中有剩磁，将在并励回路中产生感应电流，此感应电流在并励绕组中产生并励励磁磁通，其方向和剩磁方向一致，使总磁通增加，依次反复，直到建立起稳定的空载电压。因此，焊机起动时不能反转，否则使剩磁消失，空载电压无法建立（焊机没有电）。焊接时，由于电枢反应产生的磁通ф电枢方向位于电枢的几何中性面ab上，当电枢逆时针方向旋转时，ф枢从b指向a和ф1相同起加磁作用，但由于主极颈部开有缺口，铁心截面减小，在工作状态时磁路已趋饱和，无法起到加磁作用。但在ф枢交极方向的分量垂直向上和ф2方向相反，起去磁作用，使焊机获得下降外特性。焊接电流通过移动电刷位置实行粗调，改变励磁回路中的可变电阻RP进行细调。其产品型号有AX-320、AXD-320，后者可用作内燃机驱动。32试述换向极去磁式弧焊发电机的构造及工作原理。这种换向极去磁式焊机的磁路结构，见图18。其特点是换向极极靴形状不对称，迎着电枢旋转方向为前极尖，其前极尖宽且长，后极窄而短，换向极前极尖与异名主磁极相接近；后极尖与异名主磁极间间隙较大，且换向极与电枢表面间间隙不均等，从前极尖到后极尖间隙逐渐由小变大，其目的是使换向极下面磁通分布在换向极中心线前半部磁通量大于后半部磁通量。因换向极磁通与前极尖接近的主磁极磁通方向相反，起去磁作用。此外，因换向极前极尖靠近异名主磁极，这样由原来主极N经电枢进入主极S的主磁通，负载时一部分主磁通将不再进入电枢而直接进入换向极N换的前极尖，这就减少了为N极下面电枢表面所切割的磁能，也起到了去磁作用。弧焊发电机就是依靠这两部分去磁作用而获得下降外特性的。焊接电流依靠改变电刷位置进行粗调，依靠改变并励绕组的可变电阻进行细调。这类焊机的产品型号有AX3-300、AX3-3-00-1、AX4-400等。33试述弧焊发电机使用过程中的常见故障及排除方法。弧焊发电机由于内部有旋转部分，所以在使用过程中出现故障的可能性要多一些。弧焊发电机的常见故障及排除方法见表4。表4弧焊发电机常见故障及排除方法故障特征产生原因排除方法焊机起动后电动机反转三相异步电动机与网络接线位置有错误将三相电源线中任意两相换接起动后电动机转速慢，有嗡嗡声1、三相熔丝中有一相被烧断2、电动机的定子线圈断线1、更换熔丝2、消除断线电刷和换向器间有火花1、电刷与换向器接触不良2、电刷被卡信或松动3、换向片间的云母突出4、个别换向片凹下或突出1、清洁并修整电刷和换向器的接触面2、调整电刷在电刷架中的间隙3、去除突出的云母，拉深云母槽，使云母低于换向器表面4、研磨或上车床车削焊接电流忽大忽小1、焊接回路的接触处接触不良2、电流调节器的可动部分随焊机的振动而移动1、检查焊接回路接触处，并使之接触良好2、检修电流调节器，使可动部分不易移动焊机过热1、焊机过载2、发电机的电枢绕组短路3、换向器表面污染或短路1、减小焊接电流或降低负载持续率2、消除短路处3、清理换向器表面，消除短路34试述弧焊整流器的种类及其优缺点。弧焊整流器是目前取代弧焊发电机的直流弧焊电源。其种类可分成硅弧焊整流器、晶闸管式弧焊整流器、晶体管式弧焊整流器、弧焊逆变器等。与弧焊发电机相比较，弧焊整流器具有效率高、空载损耗小、节省电机材料、构造与维修简单和噪声小等一系列优点。只是目前的市场价格比弧焊发电机略高一些。35试述硅弧焊整流器的工作原理及特性。硅弧焊整流器以硅二极管作为整流元件，将50Hz的单相或三相交流网路电压，利用降压变压器T降为几十伏特的电压，经硅整流器Z整流和电抗器L滤波获得直流电，从而对焊接电弧供电，其基本原理框图见图19。⑴降压变压器有单相和三相两种。可利用抽头调节空载电压和焊接电流，也可增大漏抗以获得下降外特性。⑵硅整流器用硅二极管组成单相或三相整流器。⑶输出电抗器这是指接在直流回路中的一个带铁心并有间隙的电抗绕组，起滤波和改善动特性的作用。焊机外特性的调节方式有两种：一种为机械调节，即采用抽头式、动铁心式、动绕组式的降压变压器，其降压变压器的工作原理与弧焊变压器相同。另一种为电磁调节，即在降压变压器和硅整流器之间接一磁饱和电抗器（磁放大器），借助改变其磁饱和程度来进行调节。硅弧焊整流器的主要优点是结构简单、坚固耐用、工作可靠、噪声小、维修方便和效率高。其缺点是可调的焊接工艺参数少，调节不够灵活、不够精确并受网路电压波动的影响较大，因而只能用在质量要求不高的产品焊接。36试述各种硅弧焊整流器的构造及工作原理。各种硅弧焊整流器的构造及工作原理简述如下：⑴动铁心式、动绕组式硅弧焊整流器在三相动铁心式、动绕组式弧焊变压器的输出端，接入硅整流器就成为动铁心式、动绕组式硅弧焊整流器。焊机均可无级调节。但功率因数较低，只有0.5～0.65，不能遥控，没有网络电压补偿，外特性为缓降特性，主要用于手弧焊及钨极氩弧焊。产品型号有ZXG1-160、ZXG1-250、ZXG1-400、ZXG6-300、ZXG3-500等（动绕组式）。⑵抽头式硅弧焊整流器由抽头式弧焊变压器和硅整流器组成。焊机通过弧焊变压器的抽头换挡进行有级调节焊接工艺参数，还不能遥控，没有网络电压补偿，但具有功率因数大、效率高的优点。缓降特性用于手弧焊和钨极氩弧焊，平特性用于各种一般要求的熔化极气体保护焊。其产品型号有ZPG-200和ZPG-250等。⑶磁放大器式硅弧焊整流器在降压变压器和硅整流器之间接入磁放大器。焊机可以无级调节焊接工艺参数，有网络电压补偿（但效果不理想），可遥控，但控制电流较大，调节速度慢，不灵活，耗料多，有逐步被淘汰的趋势。其产品型号有ZXG-400、ZPG1-500、ZXG7-300-1、ZPG7-1000、ZPG6-1000（多站式）等。37试述晶闸管式弧焊整流器的工作原理及特性。利用晶闸管桥来整流，利用电子电路来实现控制功能，因而是一种电子控制的弧焊电源。焊机的工作原理图见图20。三相50Hz网络电压由降压变压器T降为几十伏特的电压，借助晶闸管VT的整流和控制，经输出电抗器L滤波和调节动特性，从而输出所需的直流焊接电流。用电子触发电路控制并采用闭环反馈的方式来控制外特性，以获得平、下降等各种形状的特性，对焊接电压和焊接电流进行无级调节。M为电流、电压反馈检测电路，G为给定电压电路，K为运算放大电路，它把反馈电压信号和给定电压比较后的电压进行放大并送到脉冲移相电路，从而实现对外特性的控制和工艺参数的调节。焊接的特性：1）结构简单。2）易获得多种外特性并对其进行无级调节。3）动特性好，反应速度快。4）电源输入功率小，焊接电流、电压调节范围大。5）能较好地补偿网路电压波动和周围温度的影响。6）对于较慢的焊接过程可采用微机控制。晶闸管式弧焊整流器的产品型号有ZDK-250、ZDK-500、ZX5-250、ZX5-400等。38试述晶体管式弧焊整流器的工作原理及特性。在硅整流器的直流回路中串入大功率晶体管组，以获得所需任意类型的外特性和对电流、电压进行无级调节称为晶体管式弧焊整流器。它是电子控制的弧焊电源，其基本原理框图见图21。晶体管在主电路中起“电子开关”或“线性放大调节器”的作用，以“开关式”或“模拟式”晶体管组和闭环反馈对外特性和输出电流波形进行控制。与晶闸管式弧焊整流器比较，晶体管式弧焊整流器具有如下特性：1）晶体管通断迅速，控制十分灵活，精确度高。2）可以对外特性曲线形状进行任意的控制。3）可调工艺参数多，调节范围宽，特别是脉冲电源，能精密地控制电弧能量，以适应各种位置、各种材料、不同厚度和形状的焊件焊工艺需要。4）动特性好，可实现小飞溅或无飞溅的焊接。5）可对网络电压波动、温度变化和其它干扰因素变化进行有效补偿，保证输出电流、电压的稳定性。6）脉冲频率高，可以任意调节。7）对微机控制具有很强的适应能力。8）效率较低，功率损耗较大。9）设备质量大，成本高，维修较困难。晶体管式弧焊整流器的产品型号有PULSE350、NZC6-315T等。39试述弧焊逆变器的工作原理及特性。弧焊逆变器是弧焊电源的最新发展，它是利用逆变技术研制成的一种具有发展前景的弧焊电源。弧焊逆变器的基本原理框图见图22。单相或三相50Hz（频率f1）的交流网路电压经输入整流器V1整流和电抗器滤波，借助大功率电子开关（晶闸管、晶体管或场效应管）的交替开关作用，又将直流变换成几千或几万Hz的中频交流电（f2），再分别经中频变压器T、输出整流器V2和电抗器L的降压、整流与滤波就得到所需的焊接电压和电流，其逆变系统可表示为交流—直流—交流—直流弧焊逆变器常用的几种外特性曲线形状见图22。其中图23中a、b、d是用于手弧焊的外特性，图23c是用于变速送丝熔化极气体保护焊的外特性。弧焊逆变器具有如下特性：1）高效节能，其效率可达80%～90%，功率因数可达0.99，空载损耗极小，只有数十至一百余瓦特，因此节能效果显著。2）重量累、体积小。中频变压器的重量只有传统弧焊电源降压变压器的几十分之一，整机重量仅为常用弧焊整流器和弧焊发电机的1/5～1/10。3）具有良好的动特性和弧焊工艺性能。4）调节速度快，所有焊接工艺参数均可无级调节。5）具有多种外特性，能适应各种弧焊方法的需要。6）可用微机或单旋钮控制调节。7）设备费用较低，但制造技术要求较高。弧焊逆变器的产品型号有ZX7-250、ZX7-400（晶闸管式）、ZXC-63、ZX6-160（场效应管式）。40试比较各种直流弧焊电源的主要技术指标。各种直流弧焊电源（弧焊发电机、弧焊整流器、弧焊逆变器）的主要技术指标见表5。表5各种直流弧焊电源的主要技术指标比较弧焊电源类型电源电压(V)空载电压(V)输出电流(A)负载持续率(%)效率(%)功率因数质量(㎏)外形尺寸(mm)弧焊发电机（AX-320）3×38050～8032050530.87530195×600×992弧焊整流器(ZXG7-300-1)3×3807230060680.65200410×600×790晶闸管弧焊逆变器(CAAYWELD350)3×3805030060830.9537570×265×410晶体管弧焊逆变器(US220AT)2205522060810.9925250×550×365场效应管弧焊逆变器(LUA400)2003×3806740035800.94841试述弧焊整流器使用过程中的常见故障及排除方法弧焊整流器的常见故障及排除方法见表6。表6弧焊整流器的常见故障及排除方法故障特征产生原因排除方法空载电压太低1、电网电压过低2、变压器一次绕组匝间短路3、饱和电抗器绕组匝间短路4、磁力启动器接触不良5、整流元件击穿1、调整电压至规定值2、检修变压器绕组3、检修饱和电抗器4、使磁力启动器接触良好5、更换整流元件焊接电流调节失灵1、控制绕组匝间短路2、焊接电流控制器接触不良3、控制整流回路元件损坏1、消除短路2、检修焊接电流控制器3、更换元件焊接过程中电压突然降低1、主回路全部或部分短路2、三相熔丝断了一相3、整流元件被击穿或短路4、控制电路断线1、检修线路2、更换熔丝3、更换整流元件4、检修控制电路焊接电流不稳定1、主回路接触器触点抖动2、控制回路接触不良3、稳压器补偿绕组匝数不合适4、风压开关抖动1、检修接触器2、检查各连接点和活动触点3、调整补偿绕组匝数4、检查并消除抖动风扇电动机不转1、熔丝烧断2、电动机绕组断线3、按钮开关接触不良1、更换熔丝2、检查并修复电动机3、检修按钮开关42什么是脉冲弧焊电源？并试述其工作原理。输出焊接电流为周期变化脉冲式的电源，称为脉冲弧焊电源。脉冲弧焊电源由基值电流和脉冲电流两种电流组成，可以分别由两个电源提供，也可