第2章对弧焊电源的基本要求.ppt
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1、第2章 对弧焊电源的基本要求,2.1 对弧焊电源外特性的要求 2.2 对弧焊电源调节性能的要求 2.3 对弧焊电源动特性的要求,本章阐述了对弧焊电源的基本要求,着重讨论弧焊工艺对弧焊电源的空载电压、外特性、调节性能和动特性的要求。,内容提要,弧焊工艺对电源的要求 弧焊电源需具备对弧焊工艺的适应性,即满足弧焊工艺对弧焊电源的下述要求: 1)保证引弧容易。 2)保证电弧稳定。 3)保证焊接参数稳定。 4)具有足够宽的焊接参数调节范围。,弧焊电源的电气性能 为满足上述工艺要求,弧焊电源的电气性能应考虑以下四个方面 : 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
2、能的要求。 4)对弧焊电源动特性的要求。,2.1 对弧焊电源外特性的要求,2.1.1 电源的外特性 在电源参数一定的条件下,改变负载时,电源输出的电压稳定值 与输出的电流稳定值 之间的关系 ,称为电源的外特性。对于直流电源, 和 为平均值,对于交流电源则为有效值。 一般直流电源的外特性方程式为:,一般直流电源的外特性,图2-1 一般直流电源的外特性,2.1.2 “电源一电弧”系统的稳定性,在电弧焊接过程中,电源起供电作用,电弧作为供电对象而用电,从而构成 “电源一电弧”系统。 所谓“电源一电弧”系统的稳定性应包含两方面的含义: 1)系统在无外界因素干扰时,能在给定电弧 电压和电流下,维持长时间
3、的连续电弧放 电,保持静态平衡。 Uf 和If 为电弧电压和电弧电流的稳定值。 2)当系统一旦受到瞬时的外界干扰,破坏了原来的静态平衡,造成了焊接参数的变化。但当干扰消失之后,系统能够自动地恢复稳定平衡,使得焊接参数重新恢复。 “电源电弧”系统的稳定条件是 :,图2-2 “电源电源”系统电路的电路图,2.1.3.1 对弧焊电源外特性工作区 段形状的要求,焊条电弧焊 在焊条电弧焊中,一般是工作于电弧静特性的水平段上。采用下降外特性的弧焊电源,便可以满足系统稳定性的要求。 熔化极弧焊 熔化极弧焊包括埋弧焊、混合气体保护焊(MAG)等。这些弧焊方法,不仅要根据其电弧静特性的形状,而且还要考虑送丝的方
4、式来选择合适的弧焊电源外特性工作部分的形状。,熔化极弧焊可分为两种,根据送丝方式不同,熔化极弧焊可分为两种: (1)等速送丝控制系统的熔化极弧焊 CO2MAG、MIG焊或细丝(直径)的直流埋弧焊,电弧静特性均是上升的。弧焊电源外特性为下降、平、微升(但上升的陡度需小于电弧静特性上升的陡度)都可以满足“电源一电弧”系统稳定条件。 (2)变速送丝控制系统的熔化极弧焊 通常的埋弧焊(焊丝直径大于3mm)和一部分MIG焊,它们的电弧静特性是平的。,图2-5 电弧静特性为上升形状时电源外特性对电流偏差的影响,图2-6 等速送丝 a)控制系统示意图 b)弧焊电源外特性与电弧静特性,非熔化极弧焊 这种弧焊方
5、法包括钨极氩 弧焊(TIG)、非熔化极等离子弧焊以及非熔 化极脉冲弧焊等。它们的电弧静特性工作部分呈 平的或略上升的形状。 熔化极脉冲弧焊 一般采用等速送丝,利用“电源一电弧”系统的自身调节作用来稳定焊接参数,维弧阶段和脉冲阶段分别工作于两条电源外特性上。根据不同的焊接工艺要求,脉冲电弧和维弧电弧的工作点也可以分别在恒压和恒流特性段,或者任意组合,即所谓可控外特性。,图2-7 变速送丝 a)控制装置示意图 b)弧焊电源与电弧静特性,2.1.3.2 对弧焊电源空载电压的要求,弧焊电源空载电压的确定应遵循以下几项原则: (1)保证引弧容易 (2)保证电弧的稳定燃烧 (3)保证电弧功率稳定 (4)要
6、有良好的经济性 (5)保证人身安全,对于通用的交流和直流弧焊电源的空载电压规定如下: 交流弧焊电源:为了保证引弧容易和电弧的连续燃烧, 通常采用 (18225) 焊条电弧焊电源 : 埋弧焊电源: 直流弧焊电源: 直流电弧比交流电弧易于稳定。但为了容易引弧,一般也取接近于交流弧焊电源的空载电压,只是下限减少10 V。,1. 在不同工作条件下的额定空载电压不允许超过其如下规定的安全标准,触电危险性较大的环境:直流113V峰值、交流68V峰值和48V有效值。 触电危险性不大的环境:直流113V峰值、交流113V峰值和80 V有效值。 对操作人员加强保护的机械夹持焊炬情况下:直流141V峰值、交流14
7、1V峰值和100 V有效值。 等离子切割:直流500V峰值。,2. 综合考虑引弧、稳弧工艺需要,空载电压通常具体要求如下,弧焊变压器 : 80 V 弧焊整流器、弧焊逆变器: 85 V 弧焊发电机 : 100 V 一般规定空载电压不得超过100 V,在特殊用途中,若超过100 V时必须备有自动防触电装置。,2.1.3.3 对弧焊电源稳态短路电流的要求,当电弧引燃和金属熔滴过渡到熔池时,经常发生短路。如果稳态短路电流过大,会使焊条过热,药皮易脱落,使熔滴过渡中有大的积蓄能量而增加金属飞溅。但是,如果短路电流不够大,会因电磁压缩推动力不足而使引弧和焊条熔滴过渡产生困难。对于下降特性的弧焊电源,一般要
8、求稳态短路电流对焊接电流的比值范围为:,2.1.4 弧焊电源外特性形状的分类,从电弧焊接工艺的要求出发,目前已研制出具有各种各样外特性形状的弧焊电源。,2.1.4.1 下降特性,这种外特性的特点是,当输出电流在运行范围内增加时,其输出电压随着输出电流的增加而急剧下降。其工作部分每增加100A电流,其电压下降一般应大于7V。根据斜率的不同又分为垂直下降(恒流)特性、缓降特性和恒流带外拖特性等。,垂直下降(恒流)特性 垂直下降特性也叫恒流特性。其特点是,在工作部分当输出电压变化时输出电流几乎不变 。 缓降特性 其特点是当输出电压变化时,输出电流变化较恒流特性的大。 恒流带外拖特性 其特点是在其工作
9、部分的恒流段,输出电流基本上不随输出电压变化。,2.1.4.2 平特性,平特性有两种:一种是在运行范围内,随着电流增大,电弧电压接近于恒定不变(又称恒压特性)或稍有下降,电压下降率小于7V/100A,见表2-1的图e;另一种是在运行范围内随着电流增大,电压稍有增加(有时称上升特性),电压上升率应小于10V/100A。,2.1.4.3 双阶梯形特性,这种特性的弧焊电源用于脉冲电弧焊。维弧阶段工作于L形特性上,而脉冲阶段工作于形特性上。由这两种外特性切换而成双阶梯形特性,或称框形特性 。,图2-8 双阶梯形特性,表2-1 弧焊电源外特性形状的分类及其应用范围,2.2 对弧焊电源调节性能的要求,焊接
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