不锈钢TIG焊的电源选择

河南工程学院《弧焊电源》考查课专业论文不锈钢TIG焊的电源选择学生姓名：贺宁波学院：河南工程学院专业班级：材控1242专业课程：弧焊电源任课教师：陈丹2015年05月24日金属焊接性课程专业论文11不锈钢TIG焊电源的选择摘要TIG焊相对于今天是一种常见的焊接方法，我们接触各种各样的焊接方法。对于不同的材料要选择不同的焊接方法，这对于它的用途有重要的作用。针对不锈钢的TIG焊所需要的焊接电源我们要考虑其各种各样的因素，慎重的选择。TIG焊又称为钨极氩弧焊是不溶化极弧焊中的一种，它的电弧静特性工作部分呈平的形状。对于这一种焊接方法稳定焊接参数主要是指稳定焊接电流，故采用恒流特性的电源。又称为惰性气体钨极保护焊。无论是手工焊接还是自动焊接0.5～4.0mm厚的不锈钢时，最常用的就是TIG焊。TIG焊还用于较厚断面根部焊道的焊接，主焊缝采用堆焊。TIG焊的热源为直流电弧，工作电压为10～15伏，但电流可达300安，把工件作为正极，焊炬中的钨极作为负极。由于氩气的保护，隔离可空气对熔化金属的有害作用，所以，TIG焊广泛用于焊接容易氧化的有色金属铝、镁等及其合金、不锈钢、高温合金、钛及钛合金，还有难熔的活性金属(如钼、铌、锆等)，所以用TIG焊接.关键词：TIG焊静特性外特性根据焊接过程中电极是否熔化，气体保护焊可分为不熔化极(钨极)气体保护焊和熔化极气体保护焊。前者包括钨极惰性气体保护焊、等离子弧焊和原子氢焊。原子氢焊目前在生产中已很少应用。TIG焊场景图钨极惰性气体保护焊英文简称TIG(TungstenInertGasWelding)焊。它是在惰性气体的保护下，利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝(如果使用填充焊丝)的一种焊接方法。焊接时保护气体从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成气体保护层隔绝空气，以防止其对钨极、熔池及邻近热影响区的有害影响，从而可获得优质的焊缝。保护气体可采用氩气、氦气或氩氦混合气体。在特殊应用场合，可添加小量的氢。用氩气作为保护气体的称钨极氩弧焊，用氦气的称钨极氦弧焊，由于氦气价格昂贵，在工业上钨极氩弧焊的应用要比氦弧焊广泛得多。本章以钨极氩弧焊为典型，介绍钨极惰性气体保护焊,某些地方也对氦气和钨极氦弧焊特有的性能做了说明。气体保护焊是利用外加气体作为保护介质的一种电弧焊方法，其优点是电弧和熔池可见性好，操作方便;没有熔渣或很少熔渣，无需焊后清渣。但在室外作业时需采取专门的防风措施。钨极氩弧焊按操作方式分为手工焊、半自动焊和自动焊三类。手工钨极氩弧焊时，焊枪的运动和添加填充焊丝完全靠手工操作;半自动钨极氩弧焊时，焊枪运动靠手工操作，但填充焊丝则由送丝机构自动送进;自动钨极氩弧焊时，如工件固定电弧运动，则焊枪安装在焊接小车上，小车的行走和填充焊丝可以用冷丝或热丝的方式添加。热丝是指提高熔敷速度。某些场合，例如薄板焊接或打底焊道，有时不必添加填充焊丝。TIG焊的电源选择要针对其材料的不同而不同下面我们主要针对焊不锈钢时电源的选择金属焊接性课程专业论文22做详细的解释和说明。1.首先我们要考虑焊接方法的静特性曲线，一定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，称为焊接电弧的静态伏安特性，简称静特性。TIG焊电弧的静特性与所用的隋性气体有芙，下图表示分别氩气和氦气作保护气体时的两组静特性曲线。一、图一TIG焊电弧的静特性曲线从图中看出，在任何给定的电流和电弧长度下，氩弧电压较氦弧低。这和氩气的电离电压低于氦气有关，说明了氩弧比氦弧容易引燃而稳定。这两种电弧的电压也都随电弧长度的增加而提高。如图金属焊接性课程专业论文33图二焊时，由于使用的电流密度较小以及氩气的导热率晓，电弧基本不受压缩，电弧的静特性是水平的，根据电弧静特性对电源外特性的要求，不论采用交流电源还是直流电源，都应该采用下降外特性的电源。由图可知我们当电流增大一定值以后，电流在增加，电压几乎不变，电弧呈平特性，所以TIG焊的焊接电弧也基本工作在电弧静特性的水平段。2.其次我们已经知道其静特性在水平阶段，我们应该根据其静特性的特点选择相应的外特性。一般工作在电弧静特性的水平段上，采用下降外特性的弧焊电源，可以满足要求。但是在工件形状不规则或手工操作技能的影响，是电弧长度发生变化时，会引起焊接电流产生偏差。焊接电流静态偏差小，则焊接参数稳定、电弧弹性好。图三弧长变化时引起的电流偏移由上图可知，在弧长变化时，弧焊电源外特性下降的陡度越大，系统稳定系数值越大，电流偏差越小，这样一方面可以使焊接参数稳定；另一方面还可以增强电弧弹性。一次我们应该选用恒流外特性。3.我们应该怎样选择什么样的电源，还有我们怎么选择焊接时电流的极性和种类。有所选的电弧电流的水平静特性我们选择了恒流的外特性，所以我们应该选择与外特性相应的电源及我们应该选择恒流外特性的电源。至于焊接电流的种类和极性我们应该因材料的不同来选择。金属焊接性课程专业论文44电流的种类和极性被焊金属材料直流正极性低合金高强钢，不锈钢，耐热钢，铜及其合金直流反极性适用于各种金属的熔化极氩弧焊交流铝、镁及它们的合金由上表可知如果焊接材料是不锈钢的话，我们应该选择直流正极性。直流正接时，工件接正极，钨极接负极。这适载钨极上的阴极斑点比较稳定，发射电子的能力强，电弧稳定，钨极的许用电流大，烧损小，而且工件上的温度较高，故适用来焊接熔点较高或导热性较好的金属。直流正接焊具有以下特点：3.1钨极为阴极时，钨极发射电子能力强，作为阴极发射电子时又带走了逸出功，对钨极具有冷却作用；同时接受正离子轰击得到的能量较少，因此钨极不易过高烧坏，在相同的电流条件下可以选择直径较小的钨极能提高钨极的耐用性。电极形状保持良好，寿命较长，端头圆锥状以、易保持。3.2焊件作为阳极接受电子轰击时释放的全部动能和位能（逸出功），产生大量的热量；同时，电子从锥型尖端的钨极端头发射，电弧集中，可以得到深而窄的焊缝，生产率高。3.3钨极的热发射能力较强，当采用小直径钨棒时，电流密度较大，即使在小电流焊接条件下，电弧也比较稳定。4.由以上三点我们知道TIG焊时，由于使用的电流密度较小以及氩气的导热率小，电弧基本不受压缩，电弧的静特性是水平的，根据电弧静特性对电源外特性的要求，不论采用交流电源还是直流电源，都应该采用下降外特性的电源。由于TIG焊时，弧长的微小变化都会引起焊接电源发生很大的波动，所以，TIG焊时最理想的是采用垂直陡降外特性的电源（比如无反馈磁放大器式硅弧焊整流器），它可以消除由弧长变化引起的电流波动。交流绕组加上交流电压U后，经过负载流过电流Ia，其有效值可表示为：式中，U为交流电压有效值；R为交流电路总电阻；Z为交流电路总阻抗；X为交流绕组的感抗；X=ωL，ω为角频率，L为交流绕组的电感。感抗X可用下式计算22XRUZUIa金属焊接性课程专业论文55式中，N为交流绕组匝数；S为磁路面积；lm为磁路平均长度；μ为导磁率。在磁放大器式硅弧焊整流器中，利用磁放大器可以控制电源外特性，这又是如何实现的呢？其实原理相同，我们以图4-24所示的具有单铁心磁放大器的交流电路说明。如4-24所示，交流电路的平衡方程式是：式中，U0为电源交变电压；Uf为负载电压；UL为WA两端的感抗压降。当If增大时，如果ΔΦ和UL成正比地增大，使Uf随之减小而获得陡降外特性。反之，如果ΔΦ和UL保持一定的值而不明显增大，则Uf不随If变化就获得平特性。根据铁磁材料的磁化曲线，当磁场强度H增大时，铁心将由不饱和渐渐变得饱和，即μ由大变小，磁阻则由小变大，因而交流绕组的等效电感减小。因而只要控制铁心的磁状态，即令其工作于磁化曲线的不同线段上，以致在相同的IANA作用下产生不同的ΔΦ和电压降，从而可以控制外特性。那么，铁心的磁状态又是怎样控制的呢?由磁放大器的结构得知，它是由交流磁势iANA和直流磁势ICNC共同磁化的。ICNC确定了在磁化曲线上的起始工作点（相当于晶体管输出特性上的静态工作点），再叠加上不同波形、不同幅值的交流磁势iANA，即确定了在磁化曲线上的工作范围。mlSNLX2LfUUU0金属焊接性课程专业论文66如图4-25所示，如果铁心起始工作点P0在原点，在iANA的磁化作用下工作于磁化曲线的ab段，处于非饱和区，这时磁路磁阻小，一定的IANA产生较大的磁通变化幅度ΔΦ。若IANA增大会如图4-25所示，如果铁心起始工作点P0在原点，在iANA的磁化作用下工作于磁化曲线的ab段，处于非饱和区，这时磁路磁阻小，一定的IANA产生较大的磁通变化幅度ΔΦ。若IANA增大会如果控制磁通使起始工作点P0´靠近饱和区，则在相同iANA同时磁化下，工作于a´b´段上，处于较饱和的区域，相应的磁路磁阻大，对应的磁通变化幅度ΔΦ´较小。以P0´为起始工作点，即使iANA增大，而ΔΦ´也增大得不明显，因而对应的外特性段较平缓。由此不难理解，如何利用磁放大器去控制电源输出的电压和外特性形状。五、焊机如图金属焊接性课程专业论文77项目共性参数额定输入电压三相380V交流输入电压可工作范围280V~420V推荐熔断器容量40A额定输出TIG500A/30V额定空载电压66V额定负载持续率60%功率因数COSα大于等于0.85效率大于等于85%外型尺寸（mm）600×323×751重量（kg）54弧焊参数直流焊接电流范围5~510A脉冲频率范围1%~99%交流峰值电流调节范围20A~510A交流频率范围u20~70A负载持续率：额定负载持续率是指设备能够在额定电压，额定电流或额定功率的情况下负荷工作时间的比率为60%空载电压：指电源输出端没有接负载时的开路电压为60V金属焊接性课程专业论文88参考文献：【1】王宗杰主编.焊接方法及设备.北京；机械工业出版社，2007.【2】陈祝年.焊接工程师手册.北京；机械工业出版社，2002.【3】孟庆森，王文先，吴志生.金属材料焊接基础.北京；化学工业出版社，2006【4】胡特生.电弧焊，北京；机械工业出版社，1996.【5】曾乐.现代焊接技术手册，上海；上海科学技术出版社，1993【6】黄石生.现代焊接电源及其设备，广州；华南理工大学出版社，2002【7】郑宜庭，黄石生.弧焊电源.北京；机械工业出版社，2004【8】黄石生，弧焊电源及其数字化控制.北京.机械工业出版社，2006