弧焊电源复习资料

一、名词解释
1.弧焊电源的控制：是对弧焊电源电气性能的静动太特性与参数进行控制和调节。

2.接触引弧：是弧焊电源接通后，电极（焊条或焊丝）与工件直接短路接触，随后拉开，从而把电弧引燃起来。

3.非接触引弧：指在电极与工件之间存在一定间隙，施以高电压来击穿间隙，使电弧引燃。

常用引弧器才能实现，有高频高压引弧和高压脉冲引弧。

4.焊接电弧的动特性：指一定的弧长下，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：)(f f i f U =
5. 热惯性：随着电流的增加，使电弧的空间温度升高，但是电弧空间温度变化总是滞后与电流增加的现象。

6.交流电弧的功率：是指交流电弧在半个周期内的平均功率，又称为有功功率。

即：t f f f dw i u f P ππ01
=
7.交流电弧的功率因数：指交流电弧的有效功率与电弧电压和电弧电流有效值乘积之比值。

既：F f f
f I u p =λ
8.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y U 与输出电流稳定值y I 之间的关系。

)(y y I f U =
9.电弧弹性好：若弧焊电源外特性下降陡度大，弧长变化引起电流变化小，则允许弧长有较大程度的拉长却不致使电流小于这个限度而熄弧，既为电弧弹性好。

10.电源调节性能：弧焊电源能满足不同的工作电压，电流需求的调节性能称为电源调节性能，通过电源外特性的调节来实现的。

11.弧焊电源的动特性：是指电弧负载状态发生突然变化时，弧焊电源输出电压和电流额响应过程，用弧焊电源的输出电流和输出电压对时间的关系表示：)(t f U f = )(t f i f =说明弧焊电源对负载瞬变嗯适应能力。

12.弧焊逆变器：为焊接电弧提供电能，并具有弧焊工艺所要求的电气性能的逆变器。

称为弧焊逆变器
13.一元化参数调节：根据焊接材料和焊丝直径的不同，将电源电压给定电压信号依据一定的比例变换为送丝电动机的控制电压，使送丝速度随着焊接电源输出电压的增大而增大，从而使电流随之增大。

14.什么是焊接电源的动特性好，：所谓动特性好就是一般指引弧和重新引弧容易，电弧稳定和飞溅少。

15.什么是恢复电压最低值：由稳态短路状态突然拉开时的这个电压最低值，，叫做恢复电压最低值，
16.稳态短路电流：在弧焊电源外特性上，当0=f u 时，对应的电流为稳态短路电流wd I
17.什么是弧焊电弧处于稳定的工作状态：既电弧长度，电弧电压，和电流在较长时间内不改变自己数据值，处在稳定的情况。

二、填空
（1） 气体原子的电离分为三种形式：撞击电离，热电离，光电离
（2） 电子发射方式：热发射，光电发射，重离子发射，强电场作用下的自发射
（3） 交流电弧的特点：电弧周期性的熄灭和引燃，电弧电压和电流波形发生畸变，热惯
性作用较为明显
（4） 电弧连续燃烧条件方程式：4212
220π+≥f
yh f U U U U 影响交流电弧稳定燃烧的因素(1)空载电压0U (2)引燃电压yh U (3)电路参数（4）电弧电流（5）电源频率（6）电极的热物理性能和尺寸
（5） 自由电弧可分为：不熔化极电弧焊和熔化极电弧焊
（6） 等离子弧焊可分为三种形式（1）转移型等离子弧（2）非转移型等离子弧（3）混合
型等离子弧
（7） 弧焊电源外特性形状的分类（1）下降特性（垂直下降恒流特性，缓降特性，恒流带
外拖特性）（2）平特性（3）双阶梯特性
（8） 弧焊电源动特性的一般要求主要包括：短路电流增长速度，空载电压恢复速度和短
路电流峰值
（9） 弧焊变压器的特点（1）为了稳弧要有一定的空载电压和较大的电感（2）具有下降
的外特性（3）外特性应可调
（10） 弧焊变压器的分类（1）串联电抗器式（分体式，同体式）（2）增加漏磁式（动铁心
式，动线圈式，抽头式）
（11） 硅弧焊整流器的组成：主变压器，电抗器，整流器，输出电抗器
（12） 普通硅弧焊整流器的分类：动铁心式弧焊整流器，动线圈式弧焊整流器，抽头式弧
焊整流器
（13） 对晶闸管式弧焊整流器的波形脉动问题可采用下列措施（1）并联高压引弧电源（2）
并联二极管和限流电阻构成维弧电路（3）采用直流电抗器（4）选择合适的整流电路
（14） 晶闸管式弧焊整流器主电路主要有三种：三相桥式半控电路，相桥式全控电路，带
平衡电抗器双反星型电路
（15） 弧焊电源的控制方法按控制装置来分，主要有：机械式控制，电磁式控制，电子式
控制，数字式控制。

（16） 弧焊电源各种控制方法的特点：（1）机械式 结构简单，工作可靠（2）电磁式 工作
可靠性高，但磁惯性大，调节速度慢，不灵活，体积质量大，效率低，将逐渐淘汰
（3）控制精度高，可控制好，参数调节范围宽，可调节参数多，动特性好，动态响应速度快，高效节能省材（4）数字式 以微处理器为控制核心，通过软硬件相结合实现对弧焊电源的外特性，调特性和动特性的控制，使控制系统更加灵活，可在一台弧焊电源中实现多种焊接工艺。

（17） 弧焊电源数字化控制系统的关键技术：（1）工艺时序控制技术（2）引弧和收弧控制
技术（3）一元化调节技术（4）弧焊电源的波形控制技术（5）弧焊电源的数字化控制技术。

（18） 选择弧焊电源的依据（1）焊接材料与工件材料（2）焊接电流的种类（3）焊接工艺
方法（4）弧焊电源的功率（5）工作条件和节能要求（6）工件重要程度和经济价值。

三、简答题
1.电弧连续燃烧的条件方程式，和稳定燃烧的因素及提高电弧稳定性的措施。

答：电弧连续燃烧的条件方程式：4212
220π+≥f
yh f U U U U 因素：引燃电压yh U yh U 越高引燃电弧越难，电弧越不稳定。

2空载电压0U 0U 越高，在同等大小的引弧电压下，熄弧时间x t 越短，电弧就越稳定。

3电路参数，主电路的L 、R 对电弧燃烧的影响也比较大。

4电弧电流，电弧越高，热惯性作用越显著，导致yh U 降低，电弧的稳定性提高。

5电源频率f ，f 提高电弧稳定性越高。

6.电极的热物理性能和尺寸。

措施：1提高弧焊电源频率。

2提高电源的空载电压。

3改善电弧电流的波形。

4叠加高电压。

2.“电源—电弧”系统的稳定性包括：
答：包含两个方面：1）系统在无外界因素干扰时，能在给定电弧电压和电流下持续电弧放电，保持静特性，此时关系式为：f U =y U ，f I =y I ，其中f U ，f I 是弧焊电压和弧焊电流稳定值。

2）当系统一旦受到瞬间的外界干扰，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，系统能够自动的恢复稳定平衡，使得焊接规范重新恢复。

3.焊条电弧焊为何采用缓降外特性弧焊电源？
答：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，便可以满足系统的稳定性的要求；垂直下降（恒流）外特性的弧焊电源，焊接参数是最稳定的，电弧弹性也是最好的，但是短路电流wd I 过小，这将造成引弧困难，电弧推力弱、熔深浅，而且造成熔滴过渡困难，然而，当弧焊电源的外特性过于平缓时，短路电流wd I 又将过大，使飞溅增大，电弧不够稳定，电弧的弹性也较差。

因此、焊条电弧焊时应采用缓降外特性的弧焊电源，并要求其稳态电流和焊接电流之比2≤f
md I I 。

5.粗丝焊时为何采用变速送丝控制系统？
答：因为粗丝焊丝中电流密度较小，自生条件作用不强，不足以在弧长变化时维持焊接参数稳定，所以不宜采用等速送丝控制系统，应采用变速控制系统，利用电弧电压作为反馈量来调节送丝速度。

当弧长增大时，电弧电压增大，迫使送丝加快，因而弧长得以恢复。

6.细丝焊时为何采用等速送丝控制系统？
答：CO2/MAG.MIG 焊或细丝的直流埋弧焊，电弧静特性均是上升的，在这些焊接方法中，由于电极中的电流密度较大，电弧的自身调节作用较强，因此，应尽可能采用平的弧焊电源外特性，可使焊接规范稳定，也就可以用简单的等速送丝控制系统。

4焊接电弧的静特性曲线分为几段？为什么？
答：焊接电弧的静特性近似成U 形曲线，可看成由三段组成。

在1段，点弧电压随电流的增加而下降，是下降特性段，在2段呈等压特性，即点弧电压不随电流而变化，是平特性段；在3段，电弧电压随电流增加而上升，是上升特性段。

原因：电弧电压f U 为阴极压降i U 、阳极压降y U 、弧柱压降z U 组成，即：
f U =i U +y U +z U 。

在阳极区：阳极压降y U 基本上与电流无关，所以)(f y I f U =为一条水平线。

在阴极区：当弧焊电流f I 较小时，阴极斑点的面积i S 小于电极端部的面积，这时i U 基本不变，也就是说)(f i I f U =为一条水平线；当到了阴极斑点与电极端部面积相等时，i U 随着f I 的增大而上升。

在弧柱区：z
z z z z z z z f z r l j r S l I R I U ===，当弧长度z l 一定时，z U 与z j 和Z I 有关可把y U 与y U 的关系分为三段分析（ab 、bc 、cd ）
ab 段：电弧电流较小，z S 谁f I 的增加而扩大，而且z S 扩大较快，使得z f
z S I j =降低。

同时，
z I 增加使弧柱的温度和电离度增高，因而z r 增大，z j 减小和z r 增大都会使z U 下降，所以
ab 段为下降形状。

bc 段：电弧电流中等大小，z S 随f I 成比例增大。

z j 基本不变，此时z r 不在随温度增加，故≈=z
z z z r l j U 常数，所以bc 段位水平形状。

cd 段：电弧电流很大，随着f I 的增加，z r 仍基本不变，但z S 不能再扩大了，z j 随着f I 的增加而增加，所以z U 随着f I 的增加而上升，所以cd 段为上升形状。

7.磁放大器原理
答：感抗X 可用以下式计算：X=WL=WuN*NS/lm,一般电感是通过改变铁心截面积，绕组匝数，磁度长度或气隙 来改变感抗的。

但是，通过改变磁场强度H ，从而改变磁导率u 也可以。

磁场强度H 由直流控制绕组和交流工作绕组产生的磁势或励磁按匝数决定的，通常直流控制绕组的匝数Nc 远大于交流工作绕组的匝数NA 。

显然，如果通过改变控制电流Ic 的大小就改变了铁心的磁场强度H 或磁导率u 值，从而可改变交流绕组的电感L 和感抗X ，这样，实现了用小的Ic 控制了大的Ia ，这就是磁放大器的基本原理。

8.脉冲门限控制系统的原理
答：当焊丝的熔化或焊丝的送进使电弧工作点移动时，电弧电压也随之变化，当电弧电压达到的设置的上.下门限值时，控制系统迫使电流发生突变，使电弧电压不超过设置的上下门限值，在门限值内则按闭环控制处理，从而使弧长得到控制。

论述题：
1.弧焊逆变器的主要组成及各部分的作用：
答：1.逆变主电路 由供电系统，电子功率系统和焊接电弧组成；实现电能的传输和变化。

2.电子控制系统对电子功率系统(逆变主电路)提供足够大的、按电弧所需变化规律的开关脉冲信号，驱动逆变主电路的工作；
3.反馈与给定系统它由检测电路(M)、给定电路（G）、比较和放大电路（N）等组成。

与电子控制系统一起，实现对弧焊逆变器的闭环控制，并使它获得所需的外特性和动特性。

2.弧焊逆变器的主要逆变机制：AC—DC—AC—（DC）—（（AC））。

3.弧焊逆变器的特点：高效节电、省材轻巧、动态响应快，电气性能、焊接工艺性能优良。

弧焊逆变器与弧焊变压器、晶闸管式弧焊整流器等传统的弧焊电源比较，有如下显著的特点和优点：高效节能，质量轻、体积小，电气性能优良。

(1).焊接逆变器的基本原理：
答：在供电系统中，单相（或三相）50Hz或60Hz的交流网路电压单相220V（或三相380V），经输入整流器（UR1）整流和滤波器（LC1）滤波之后，获得逆变主电路所需的平滑直流电压单相整流约为310V（或三相整流约为520V）。

该直流电压在电子功率系统中经逆变主电路的大功率开关电子器件（晶闸管，晶体管，场效应管或IGBT）组Q的交替开关作用，变成几千至二十万赫兹的中频高电压，再经高（中）频变压器（T）降至适合于焊接的几十伏低电压，并借助于电子控制系统的控制驱动电路和给定与反馈电路（M、G、N等组成），以及焊接回路的阻抗来获得弧焊工艺所需的外特性和动特性。

如果需要采用直流电进行焊接，还需经输出整流器UR2整流和经电抗器L2、电容器C2的滤波，把高（中）频交流变换成为直流输出。

如果用作交流电源时，还要用电子开关再次逆变变成交流电。

在这里要特别指出的是，输出整流器UR2采用的二极管并非普通二极管，而是快速二极管。

简言之，弧焊逆变器的变流过程是：工频交流（AC）—直流（DC）—高、中频交流（AC）—降压—交流（AC）并再次变成直流，必要时再把直流变成矩形波交流。

由此可见，在弧焊逆变器中采用三种逆变体制：
1）AC—DC—AC。

2）AC—DC—AC—DC。

3）AC—DC—AC—DC—AC（矩形波交流）。

目前常采用的较多的是第二种逆变体制，热别是在音频范围（约800-16000Hz）和20000Hz以上，更是如此，故在国外常把它称为弧焊整流器，或逆变式弧焊整流器。

第三种逆变体制也有不少应用，主要用在铝及其合金MIG焊或埋弧焊接，由于它最终输出的是矩形波交流电，因而被称为逆变式矩形波交流弧焊电源或矩形交流弧焊逆变器。

(2).焊接电弧的引燃：
答：焊接电弧的引燃（引弧），一般有两种方式：即接触引弧和非接触引弧。

接触引弧：接触引弧是在弧焊电源接通后，电极（焊条或焊丝）与工件直接短路接触，随后拉开，从而把电弧引燃起来。

这是一种常用的引弧方式。

由于电极和工件表面都不是绝对平整的，在短路接触时只是在少数突出点上接触。

通过这些接触点的短路电流，比正常的焊接电流要大的多。

而接触点的面积又小，因此电流密度极大，这就可能产生大龙的电阻热，使电极金属表面发热、熔化。

甚至汽化，引起热发射和热电离，随后在拉开电极的瞬间，电弧间隙极小，只有10-6cm左右，使其电场强度达到很大的数值。

这样，即使在室温下都有可能产生明显的自发射，在强电场作用下，又使已产生的带电质点被加速，互相碰撞，引起撞击电离。

随着温度的增加，光电离和热电离也进一步加强，使带电质点的数量猛增，从而能维持电弧的稳定燃烧。

在电弧引燃之后，电离和复合处于动平衡状态，由于弧焊电源不断供以电能，新的带电质点不断得到补充，弥补了消耗的带电粒子，焊条电弧焊和熔化极气体保护焊都是采用这种引弧方式。

非接触引弧：非接触引弧，它是指在电极与工件之间存在一定间隙，施以高电压来击穿间隙，
使电弧引燃。

非接触引弧采用引弧器才能实现，它可分为高频高压引弧和高压脉冲引弧，高压脉冲引弧频率一般为50或100Hz ，电压峰值为3000-5000V ，高频高压引弧则需用高频振动器，它每秒脉冲引弧振荡100次，每次振荡频率为150-260Hz 左右，电压峰值为2000-3000V 。

可见，这是一种依靠高电压迫使电极表面产生电子的自发射，而把电弧引燃的方法，这种引弧方法主要应用与钨极氩弧焊和等离子弧焊，引弧时，电极不必与工件短路，这样不仅不会污染工件和点击的引弧点，而且也不会损坏电极端部的几何形状，有利于电弧的稳定燃烧，但是，它也存在高频干扰和对焊工带来的疲劳等不足之处。

(3).弧焊电源动特性对焊接过程的影响及对它的要求
答：1、对瞬时短路电流峰值的要求
瞬时短路电流峰值，适当焊接回路突然短路时输出电流的峰值。

一般需要考虑由空载到短路和由负载到短路两种情况。

（1）有空载到短路
1）瞬时短路电流峰值wd I 。

空载到短路电流时的Is 影响开始焊接时的引弧过程。

sd I 太小，则不利于这时的热发射和热电离，使引弧困难；若此值太大，则造成飞溅大甚至引起工件烧穿。

对它的要求指标，是以sd I 与稳定短路电流wd I 之比来衡量的。

2）0.05s 瞬时短路电流值sd I 。

对于硅弧焊整流器，银短路电流过冲，存在的时间往往比较长，所以曾认为只考核sd I 是不够的，还需要考核短路过程开始后0.05s 时的短路电流值sd I 。

sd I 大，则表示短路电流由峰值降下来的过程慢，短路过程冲击能量大，引起的飞溅严重，使工件烧穿的危险性大，它影响引弧性能。

对它的要求指标，是以其与稳定短路电流之比来衡量。

因sd I 在实际应用中意义不大，故一般不考核。

（2）由负载到短路的电流峰值fd I
它影响熔滴过渡的情况。

fd I ，则使熔滴飞溅严重，使焊缝成形变坏，甚至引起焊件烧穿、电弧不稳。

fd I 过小，造成功率不够，熔滴过渡困难。

通常以其与稳定工作电流之比来衡量。

2.对恢复电压最低值的要求
用直流弧焊发电机进行焊条电弧焊开始引弧时，在焊条与工件短路被拉开后，即由短路到空载的过程中，由于焊接回路内电感的影响，弧焊电源电压不能瞬时就恢复到空载电压0U ，而是先出现一个尖峰值，紧接着下降到电压最低值min U ，然后在逐渐升高到空载电压0U 。

有稳定短路状态突然拉开时的这个电压最低值min U 就叫做恢复电压最低值。

在焊接过程中，熔滴将电弧间隙短路，当熔滴脱落过渡到熔池后，重新引弧过程中的弧焊
电源电压变化与上述相似，也有min U 值出现。

如果min U 过小，则不利于电子发射和电离，是熔滴过渡后的电弧复燃困难，所以对弧焊发电机的min U 应加以考核，提出要求。

对弧焊整流器电源来说，其工作原理与弧焊发电机不同，因不存在这个电压值最小值，故不必考核。