弧焊电源及控制重点题

孔令杰版本1第一章1．在电弧燃烧过程中会伴随着哪些物理过程？在电路中电弧是什么样的负载属性？答：（1）物理过程：气体原子的激发、电离和电子发射、负离子的产生、正离子和电子的复合（2）负载属性：电弧是一段导体，是一种气体的放电现象，其负载属性分为分为静特性与动特性，对于不同的焊接方法，其电弧的属性不同，一般静特性呈U形。2．电离、阴极电子发射有哪些方式？何谓电离能、电子逸出功，两者对电弧的稳定性有何影响？答：（1）方式：撞击电离、热电离、光电离电子发射方式：热发射、光电发射、重离子撞击发射、强电场作用下的自发射（2）电力能：由原子形成正离子所需的能量称为电离能电子逸出功：电子发射所需的能量称为逸出功影响：电离能或电子逸出功越小，电弧的导电性能就越好，电弧越稳定。3．焊接电弧的引燃有哪两种方式，分别在什么情况下应用？答：方式：接触引弧、非接触引弧应用：接触引弧：焊条电弧焊、熔化及气体保护焊和埋弧焊非接触引弧：钨极氩弧焊和等离子弧焊4．焊接电弧在物理结构上可分为哪几个区，各区域有何特点？答：（1）三个区：阳极区、阴极区、弧柱区（2）特点：在阴极区和阳极区，电位分布曲线的斜率很大，而在弧柱区则较平缓，并可认为是均匀分布的；可近似的认为阳极区和阴极区压降基本不变，而弧柱区压降在一定气体介质中与弧长成正比。5．何谓电弧的静特性、动特性，如何解释电弧的静特性曲线？焊接电弧的静特性曲线会受到哪些因素的影响？答：（1）静特性：一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压Uf与电弧电流If之间的关系，称为~~动特性：在一定的弧长下，当电弧电流很快变化的时候，电弧电压与电流瞬时值之间的关系（2）由于焊接电弧是非线性负载，电弧电压与电流之间不是正比例关系，所以当电弧电流从小到大在很大范围内变化时，电弧的静特性曲线呈U形曲线，又成U形特性。（3）影响因素：阴极电子的发射能力、阴极尺寸大小、阴极斑点的电流密度、弧柱长度、弧柱区的气相成分和弧柱的电导率等。6．电弧的静特性曲线可分为哪几个区段？实用的几种焊接电弧静特性通常位于哪个区段？答：（1）下降特性段、平特性段、上升特性段（2）焊条电弧焊、埋弧焊——平特性段；非熔化极气体保护焊、微束等离子弧焊、等离子弧焊——多半工作在平特性段，当焊接电流较大时才工作在上升段；熔化极气体保护焊（MAG和CO2焊）和水下焊接——上升特性段。孔令杰版本27．交流电弧与直流电弧相比有何特点？交流电弧连续燃烧的条件是什么？哪些因素会影响交流电弧的稳定性，从弧焊电源方面考虑，可采取哪些措施来提高其稳定性？答：特点：①电弧周期性熄灭和引燃②电弧电压和电流波形发生畸变③热惯性作用明显条件：必须是电弧电流能维持到半个周期；当焊接电流过零点时，电源电压应大于电弧引燃电压。4212220fyhfUUUU影响因素：①空载电压U0（U0越大，电弧就越稳定）②引燃电压Uyh（Uyh越高，电弧越不稳定，电弧引燃困难）③电路参数（增大回路电感L或减小回路电阻R，使电弧趋向稳定）④焊接电流（焊接电流越大，电弧越稳定）⑤电源频率（电源频率提高，电弧稳定性提高）⑥电极的热物理性能和尺寸（电极若具有较大的热容和热导率，或具有较大的尺寸和低的熔点，电弧的稳定性越差）措施：提高弧焊电源频率、提高电源的空载电压、改善电弧电流的波形等。8．焊接电弧从特性上可分为哪些种类？各种焊接电弧的典型特征是什么？答：分类：按电流种类分：交流电弧、直流电弧、脉冲电弧按电弧状态分：自由电弧、压缩电弧（等离子弧）按电极材料分：熔化极电弧、非熔化极电弧特征：熔化极电弧通常采用填充金属作为电弧的一个极，在电弧燃烧的过程中电极不断熔化并过渡到焊件中去；非熔化极电弧电极本身在焊接过程中不熔化，没有金属熔滴过渡，通常采用惰性气体保护。压缩电弧可分为转移型等离子弧（电极接负极，工件接正极，等离子弧产生于电极与工件之间）；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和喷嘴之间）；混合型等离子弧（上述两种电弧同时存在）脉冲电弧：电弧电流周期性的从基本电流幅值增至脉冲电流幅值。第二章1、弧焊工艺应具备哪些实用要求？这些要求反映在弧焊电源性能的哪些方面？答：实用要求：①保证引弧容易②保证电弧稳定③保证焊接规范稳定④具有足够宽的焊接规范调节范围电弧性能四方面：①对弧焊电源空载电压的要求②对弧焊电源外特性的要求③对弧焊电源调节性能的要求④对弧焊电源动特性的要求2、什么叫电源的外特性？弧焊电源的外特性与普通电源相比有什么不同？答：电源外特性：指在电源的内部参数一定的条件下，改变负载时，电源输出的电压稳定值Uy与输出的电流的稳定值Iy之间的关系：Uy=f(Iy)不同：普通电源的外特性接近于平的；而弧焊电源的供电对象不是线性负载，外特性为非线性。3、何谓“电源——电弧”系统的稳定工作点？稳定工作点存在的条件是什么？答：“电源——电弧”系统的稳定工作点是指电源外特性曲线与电弧静特性曲线的交点。（稳定工作点保孔令杰版本3证系统无干扰时能在给定电弧电压和电流下维持长时间电弧放电，并且在有干扰时能自动达到新的平衡）条件：电弧静特性曲线在工作点的斜率必须大于电源外特性曲线在工作点的斜率。4、药皮焊条电弧焊、钨极氩弧焊分别要求什么形状的电源外特性？为什么？答：焊条电弧焊：缓降外特性的弧焊电源。因为此种电弧一般工作在静特性的水平段，采用下降外特性弧焊电源。但电源外特性曲线陡降时，短路电流小，引弧困难、熔滴过渡困难；电源外特性过于平缓，短路电流又太大，飞溅增大，电弧不稳定。所以采用缓降外特性的弧焊电源，并要求其稳态短路电流与焊接电流之比小于2。钨极氩弧焊：恒流外特性（陡降）的弧焊电源。因为钨极氩弧焊电弧静特性呈平或略上升的形状，采用非熔化的钨极作为电极，电弧不具有自身调节作用，采用恒流外特性可以在电弧弧长波动时维持焊接电流稳定。5、等速送丝的CO2气体保护焊对弧焊电源的外特性和动特性有什么要求？答：外特性：等速送丝的CO2焊的电弧静特性是上升的，因此电源外特性是平的。这样外界因素造成弧长波动时，电弧自身调节作用强烈，使焊接规范稳定。另外，平特性电源短路电流大，有利于接触引弧。动特性：要限制短路电流的增长速度，减少熔滴短路过渡时的飞溅；弧焊电源要有足够快的空载电压恢复速度。6、何谓弧焊电源的动特性，它包括哪些指标？哪类弧焊方法对动特性有特别要求？答：弧焊电源的动特性是指电弧负载状态发生突然变化时，弧焊电源输出的电压与电流的响应过程。指标：短路电流增长速度、短路电流峰值、空载电压的恢复速度。特别要求的弧焊方法：具有短路过度的熔化极电弧焊、药皮焊条电弧焊和细丝CO2焊。7、为什么要求弧焊电源的外特性可调？通常如何实现调节？答：（1）由于电弧电压和电流是由电弧静特性与呼喊电源外特性曲线相交的一个稳定工作点决定的，一定的弧长，只有一个稳定工作点。因此，为满足工艺要求，获得所需的焊接电流和电弧电压，弧焊电源的外特性必须可以均匀调节，以便与电弧的静特性有一系列稳定工作点。（2）调节弧焊电源的内部参数——空载电压U0和等效阻抗Z来实现。不同类型的电源，调节原理不同。8、比较以下三种下降型电源外特性的调节特性，说明哪一种最好，为什么？答：第三种最好。原因：第一种是改变等效阻抗的下降外特性，第二种是改变空载电压的外特性，这两种调节方式都0IUIUK.eΔIΔifwIyfwtLKff孔令杰版本4不利于小电流焊接时的引弧与稳弧要求。第三种可以同时改变空载电压和等效阻抗，规范调节的范围广，小电流焊接时由于电源提供了较高的空载电压而使电弧稳定，大电流焊接时由于电子的热发射能力比较强而无需电源提供高的空载电压，此时降低电源的空载电压可以节省电能。9、何谓弧焊电源的负载特性？它与电源的外特性、电弧静特性有什么区别？答：负载特性：根据生产经验规定了负载电流与工作电流的关系为一缓升直线，称~~区别：负载特性的负载不仅包括电弧，还包括焊接回路的电缆等，而静特性的负载只包括电弧。电源的负载特性一般近似为线性（可根据生产经验或国家规范规定）。10、何谓弧焊电源的额定电流Ie、额定负载持续率FSe?两者与弧焊电源的实际工作电流If、实际负载持续率FS有什么联系?答：额定电流：指在规定的环境条件下，按额定负载持续率FSe规定的负载状态工作，即在符合标准规定的温升限度下所允许的输出电流值。负载持续率：％％休止时间100Tt100负载持续运行时间＋负载持续运行时间FS额定负载持续率：按国家标准规定有35%、60%、100%三种联系：eef.IFSFSI第三章1、为什么弧焊变压器的外特性曲线要采用“下降型”？答：弧焊变压器主要用于焊条电弧焊、埋弧焊和钨极氩弧焊，焊接电弧一般工作在静特性的水平段上，采用下降特性的弧焊电源，以维持焊接电流稳定。（当电源外特性曲线为陡降时，虽电流偏差小，但弧长的自身调节作用弱，且陡降特性的电源对应的短路电流小，引弧困难。）2、画出弧焊变压器运行时的简化等效电路图，其外特性曲线在理论上是什么形状？写出外特性方程的矢量表达式与代数表达式。答：简化等效电路图：外特性曲线在理论上是椭圆矢量表达式：代数表达式：U0IfU2E2R1、X1R2、X2Rk、XkUfXzIfUfa)一般等效电路U0b)简化等效电路图3-4弧焊变压器的等效电路ZfKLffXjIUXXjIUU001/202202UUXUIfZf孔令杰版本5I00E20=U0jI0X1I0R1E10-E10U1I00UfE1-E1E20=U0IR2+RK)jI2X2+XK)I2-I2I1I1R1jI1X1U1I00UfE1-E1E20=U0I2RKjI2XKI2-I2I1I1R1jI1X1U1jI2X2I2R2空载负载3、简要阐述弧焊变压器获得下降外特性的原理和方法。答：可以通过改变主变压器中一次绕组与二次绕组的耦合程度（或主变压器的漏磁程度）来获得下降的外特性，称之为增强漏磁式弧焊变压器；也可通过在负载回路串联电抗器的方法获得下降外特性，称之为串联电抗器式弧焊变压器。增强漏磁式弧焊变压器工作时除了主磁通Ф穿过一次和二次绕组分别得道感应电动势E1和E2外，还存在漏磁通ФL1和ФL2分别在一次二次绕组中产生漏感电动势EL1和EL2.改变一、二次绕组的耦合程度，使得漏磁通发生变化，从而改变电源外特性的下降程度。串联电抗器式弧焊变压器，工作时在电抗器绕组上有电压损失，因此原来平的外特性变成下降的外特性。4、列出电抗器感抗的理论表达式；简要说明在串联电抗器式弧焊变压器中可采用什么方式来调节电抗器的感抗。答：表达式：FeKKSNX20或Rm是磁路中的磁阻，lm是磁路长度；Sm是磁路截面积；μ是磁导率。方式：①改变磁路中的空气间隙δ的大小②改变绕组匝数Nk③改变铁心的磁导率μ（饱和电抗器）5、分别列出串联电抗器式、增强漏磁式弧焊变压器的外特性方程；这两类弧焊变压器各有几种结构形式？答：（1）外特性方程串联电抗器式：fU=0U—KfXI或220KffXIUU增强漏磁式：fU=0U—ZLfXI或220ZLffXIUU（2）结构形式：串联电抗器式：分体式弧焊变压器（包括单站分体式、多站分体式）、同体式弧焊变压器mKKRNX2mmmSlRμ孔令杰版本6增强漏磁式：动铁心式弧焊变压器、动绕组式弧焊变压器、抽头式弧焊变压器。6、写出动线圈式弧焊变压器的总漏抗理论表达式，并试从其总漏抗的调节方式和空载电压变化上简要阐述这种弧焊变压器的独特优点。答：理论表达式：AKNXZL1222总漏磁的调节方式有两种：①改变间隙δ12进行均匀调节：当δ12增大时，漏磁通增大，使得总漏抗增大，空载电压减小，最终使If减小。（但由于电流调节的下限受到变压器铁心窗口高度的限制，电流调节的范围常常达不到要求，为此须配合有级调节）。②改变N2进行有级调节：若只改变N2，空载电压也随着变化，所以改变N2同时也改变N1，以保持空载电压不变或变化不大。这种结构特点使得一次与二次绕组之间的耦合不紧密而具有很强的漏磁。由此产生的漏抗