国际焊接工程师技术员培训教教材06

弧焊电源ⅡIWE-1/1.91/91．电源特性曲线电源分为静特性曲线和动特性曲线，静特性曲线反映出电源的功率大小，电源必须根据工艺参数进行调节，即电弧特性曲线与电源特性曲线相交点应是稳定工作点，电源动特性反应电弧的稳定性和焊缝的质量。1.1电源的动特性在MSG方法时，特别是在短路和过渡电弧时，可发生激烈的电压和电流波动，这点与电弧的动特性如何有密切关系，这种波动或变化的原因与多种因素有关，如熔滴的短路过渡、重新引弧或金属蒸气，还有外界干扰，如焊丝送丝时打滑，其它如电流的导通、材料缺陷、保护气体的输送等。良好的电源动特性能可以使电弧在上述各种干扰之下，保持电弧的稳定性，电弧焊的动特性数值可分为以下三类：1）电弧→~us范围，它主要由气体种类确定；2）熔滴过渡推力→~ms范围，它主要由气体和焊丝材料确定；3）焊接熔池→~s范围，它主要由原材料和材料质量（经测定）确定。传统的焊接电源大多数动特性是不变的，它取决于结构类型，变压器大小以及扼流圈圈数，一些传统电源的扼流圈有很多抽头，通过转换开关可改变电路中的电感。较低的电感意味着电流变化速度的提高并有较高的动态短路电流（Ikdyn），这是MSG方法引弧时所要求的（引弧时扼流圈须分接）。较高的电感将限制电弧的短路电流，避免由于收缩效应使熔滴快速脱离，在喷射过渡电弧时，由于较大的电感（较小的电流波动）可获得良好地电弧稳定性。如果采用φ1.6mm焊丝在短路或过渡电弧用较高电感进行调解并运行良好时，那么采用φ0.8mm焊丝，脱离的熔滴在较低电流下体积将变大。电子电源与传统电源相比，扼流圈和功率分配器对动态影响不大，电子电源动态性能由它的控制电路和相应的软件来确定，然而功率分配器对动态仍有某种影响，输出电路的扼流圈几乎没有影响，作为滤波器它与滤波电容连接对降低干扰辐射起着重要作用，电子模块应对电流数值进行对比计算来作为功率分配器调整的参考数据，特别是在MSG脉冲焊时，不同的动态特性将对脉冲电流的时间周期产生影响。对特殊脉冲电流形式的进一步研究，已使焊接工艺参数实现了昀佳化，为了实现图中的脉冲电流形状，对控制电路和功率分配器的动态性能提出了更高的要求。时间时间电弧重新燃烧再引弧电弧燃烧电压电流短路Ikdyn过渡熔滴图1MSG短路电流熔滴过渡电流和电压基础课程工艺版权归哈尔滨焊接技术培训中心所有弧焊电源ⅡIWE-1/1.92/9tdi/dt=0.4kA/msTp=1/fptdi/dt=2.2kA/ms时间ms电流A不同动态特性的电源的理想脉冲电流调节参数（tA=0.2~1.6ms,tD=2.1~23ms,IA=0~310A,IB=50~500A,BIC=100~550A,ID=50~320A,IF=0~250A,SI=12~2000A/ms,）图2电流反应速度图3昀佳脉冲电流形状1.2静特性曲线与MSG和UP焊相比较，焊条电弧焊和手工TIG焊，由于焊工操作的原因，焊接时可引起弧长变化，那么相应地电弧静特性曲线位置有所变化。1.2.1MSG方法的电源特性电线——恒压特性曲线图4铭牌——恒压特性曲线下面实例说明在气体保护焊时，弧长变化时的调解功能（内调解）。等速送丝当从A点到B点时，电弧电阻变大，此时在电源外特性曲线上的工作点1到工作点2，电压不变，电流减小，熔化效率下降，即从B点到C点焊丝熔化减少使电阻亦减小，电流重新回到原来数值（2到1），从C到D，距离缩短，电阻下降，故熔化效率提高（1到3），焊丝电弧燃烧又恢复原来状态。在E点（工作点1）由于自身电阻的减小使其恢复原有性能。图5内调解（ΔI调解）基础课程工艺版权归哈尔滨焊接技术培训中心所有弧焊电源ⅡIWE-1/1.93/91.2.2焊条电弧焊和TIG焊电源特性曲线——下降特性曲线如果通常焊接参数调节时，在特性曲线上电压下降范围超过7v/100A时，则采用下降特性曲线来代替恒压或平特性曲线。在焊条电弧焊或TIG焊时电弧长度波动是不可避免的，但熔化效率（PS=US·IS）仍应保持不变。对手工电弧焊的进一步要求是弧长变长时，电弧不能中断（工作电压范围较宽），而短路时，短路电流在正常工作范围内只比焊接电流稍高。带有下降特性曲线电源的工作说明见图7。图6铭牌——下降特性曲线较短电弧中等长度电弧较长电弧图7焊条电弧焊时的下降特性曲线1.2.3恒流特性曲线如果所使用的电源在电弧长度改变时，实际上它的电流没有变化，通常称它为带有恒流特性曲线的电源（例如：TIG和等离子焊）。工作范围图8恒流特性曲线基础课程工艺版权归哈尔滨焊接技术培训中心所有弧焊电源ⅡIWE-1/1.94/92．暂载率（合闸时间）图9铭牌上的暂载率某一电流通过某一欧姆电阻将产生热，具有一定功率的某一电源，它的组件例如变压器、二极管、功率分配器等所产生的热损耗应与它的热散失相平衡。当采用铭牌中的昀大焊接电流时，其焊接时间将有所限制，否则电源的电子器件因过载而发热，温度限制由绝缘等级而定（例如F=155℃）。为避免电源过热，焊接电流数值取决于合闸时间（焊接时间）。%100⋅工作周期焊接时间暂载率（ED）图10暂载率100%时焊接电流与温度上升曲线的关系工作周期包括焊接时间加间歇时间，弧焊电源的工作周期为10分钟，而电阻焊的工作周期为1分钟。由上述的暂载率公式，可求出许用电流值：%%100EDIIDS⋅=IS=焊接电流ID=持续电流带有下降特性的焊条电弧焊电源，通常它的暂载率规定为35%，60%和100%ED。作为机械焊电源，例如MSG电源一般它的电弧引燃时间较长，在铭牌上往往规定暂载率为60%和100%ED。基础课程工艺版权归哈尔滨焊接技术培训中心所有弧焊电源ⅡIWE-1/1.95/910分钟内焊接时间为3.5分=35%ED焊接时间=3.5分间歇时间=6.5分暂载率为60%（工作周期为10分钟时）暂载率为60%（工作周期为5分钟时）焊接时间=3分间歇时间=2分图11暂载率分别为35%和60%时的焊接电流和温度上升曲线举例基础课程工艺版权归哈尔滨焊接技术培训中心所有弧焊电源ⅡIWE-1/1.96/93．额定工作电压/电弧特性曲线焊接时，电源的特性曲线（亦称外特性）与电弧特性曲线的相交点称为工作点，如图12所示，二条曲线相交中的斜线范围即电源的工作范围，它亦可看作电弧电阻像欧姆电阻通过改变而得到的。图12电弧特性曲线/电源特性曲线按照EN60974-1（VDE0544-1）可对所有电源按统一标准进行评估，并根据不同焊接方法确定额定电弧特性曲线。一般情况下，额定电弧特性曲线（工作电压曲线）称为“VDE-特性曲线”电弧电压Ad)下降特性埋弧焊a)恒压特性埋弧焊c)44V600A此后U2=常量U2=14V+0.05×I2c)MIG/MAG-焊34V600A此后U2=常量U2=10V+0.04×I2b)TIG-焊44V600A此后U2=常量U2=20V+0.04×I2a)涂料焊条手工电弧焊图13不同焊接方法的额定工作电压特性曲线弧焊电源的暂载率35%ED，60%ED和100%ED可在它的电弧特性曲线以及电源特性曲线图（见图14）得到体现，并与铭牌中的数值相符合。基础课程工艺版权归哈尔滨焊接技术培训中心所有弧焊电源ⅡIWE-1/1.97/9昀大电流60%ED额定电流100%ED持续电流图14手工电弧焊电源的焊接电流的测定举例4．空载电压所谓空载电压为焊接电源启动后在电弧引燃之前时二次电压（电源二次侧接线端子之间电压）图15电源铭牌上的空载电压为避免焊工发生触电事故，在事故预防条例BGVD1中（见VBG15）对较高电气危险性工作范围的空载电压作了具体规定（见表1）表1事故预防条例BGVD1（VBG15）空载电压规定值空载电压应用条件电压种类昀大值峰值（V）有效值a较高的电气危险性直流交流11368——48b一般的电气危险性直流交流113113——80c一般的电气危险性及限制性使用直流交流11378——55d焊枪机械化驱动直流交流141141——100e等离子工艺方法直流交流500——————f潜水员水下作业直流交流65不允许——不允许弧焊电源ⅡIWE-1/1.98/9在表1中对较高电气危险性条件下的空载电压作了如下的规定：直流峰值不得超过113V，交流峰值不得超过68V，有效值不得超过48V。在国际标准IEC-60974-1亦作出了与表1数值完全相同的规定，用于较高电气危险性的焊接电源应清楚、牢固地打上S的标记，同时亦应按国际标准打上CE的标记。保护导线网络导线手把线工件夹具地线图16焊接回路产生“杂散电流”时的破坏5．电源的网路接通5.1功率因数cosφ图17功率因数cosφ功率因数cosφ表示视在功率（S，KVA）转换或有效功率（P，KW）时的百分比，三种主要电源的cosφ如下：焊接变压器：0.4~0.8焊接整流器：0.8~0.95晶体管电源：0.9~0.99从上述数据可看出，如果某一焊接变压器一次电流为32A时，相同功率的逆变焊接电源的一次电流仅为16A。基础课程工艺版权归哈尔滨焊接技术培训中心所有弧焊电源ⅡIWE-1/1.99/95.2焊接电源的接通和保险图18焊接电源的接通和保险如图18所示：焊接电源与网路接通时是单相（1~）还是三相（3~），那么应选择相应地保险管容量（保险丝电流）以确保工作安全。6．冷却种类图19冷却种类冷却种类标记AF（以前为F）是指该电源在昀大允许功率下，它的元器件例如变压器、功率分配器（二极管、晶体管）是采用电风扇进行冷却的，电源的冷却种类亦与电源类型和周围环境有关，但在室内工作条件下，其冷却通风渠道必须经空气过滤器进行净化，如果电源电器元件放置的空间相当大而具有足够的冷却面积时可采用自然通风形式而不必再利用风扇冷却，这种电源冷却种类标记为：KuhlartS7．保护种类图20保护种类图20中的保护种类的数字代表在有电压时处于危险状态（浸水条件）下防触电保护的等级。IP21UNDIP23此处数字2X代表可防止直径大于12mm的固体进入电源内部，X1表示可防止垂直下落的水滴浸入内部，X3表示可防止与垂直线成60°之内的水滴浸入，按照DINVDE0544/1，10.91要求，在野外作业的焊接电源昀低保护等级为1P238．参考资料基础课程工艺版权归哈尔滨焊接技术培训中心所有