焊接电弧特性

焊接电弧特性

焊接电弧的电特性包括焊接电弧的静态伏安特性（静特性）和动态伏安特性（动特性）。

一、电弧静特性曲线

图1-1普通电阻静特性与电弧静特性曲线

1—普通电阻静特性曲线2—电弧静特性曲线

一定长度的电弧在稳定燃烧状态下，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，简称伏安特性或静特性，也称为U曲线。

1）电弧静特性曲线。焊接电弧是焊接回路中的负载，它与普通电路中的普通电阻不同，普通电阻的电阻值是常数，电阻两端的电压与通过的电流成正比（U=IR），遵循欧姆定律，这种特性称为电阻静特性，为一条直线，如图1-1中的曲线1所示。

焊接电弧也相当于一个电阻性负载，但其电阻值不是常数。电弧两端的电压与通过的焊接电流不成正比关系，而呈U形曲线关系，如图1-1中的曲线2所示。

电弧静特性曲线分为三个不同的区域，当电流较小时（图1-1中的ab区），电弧静特性属下降特性区，即随着电流增加电压减小;当电流稍大时（图1-1中的bc区），电弧静特性属平特性区，即电流变化时，而电压几乎不变;当电流较大时（图1-1中的cd区），电弧静特性属上升特性区，电压随电流的增加而升高。

2）电弧静特性曲线的应用。由于不同的焊接方法，其焊接中所取的电流范围有限，因此对于特定焊接方法，根据其电流适用范围，其电弧静特性曲线只是整个U曲线的某一部分。

焊条电弧焊、埋弧焊一般工作在静特性的平特性区，即电弧电压只随弧长而变化，与焊接电流关系很小。

◆焊条电弧焊、埋弧焊多半工作在静特性水平段。

◆一般的钨极氩弧焊、等离子弧焊的焊接电弧也工作在水平段，

◆当电流很小时，如微束等离子弧焊、微束TIG焊工作在下降段

◆细丝熔化极气体保护焊基本上工作在上升段。

二、焊接电弧的动特性

在一定的弧长下，当电弧电流以很快速度连续变化时，电弧电压与电流瞬时值之间的关系称为电弧动态伏安特性，简称为电弧动特性。直角坐标系中的电弧动特性曲线是一闭合曲线，称为电弧动特性闭合曲线。

电弧的动特性：

“热惯性”现象

1）电流快速减小时，由于电弧电离度较高，电弧电压低于静态值，V-A 特性曲线低于静特性曲线。

2）电流快速增加时，由于电弧电离度较低，电弧电压高于静态值，V-A 特性曲线高于静特性曲线。

电流增加过程中，动态曲线上的电弧电压比静特性曲线上的电弧电压值高；电流下降时，每一瞬间电弧电压低低于静特性曲线。电流变化速度愈小，静、动特性曲线就愈接近。

图1-2 不同电弧长度的电弧静特性曲线

弧焊电源的基本特性

一、弧焊电源的外特性

电弧焊时，弧焊电源与电弧组成一个供电和用电系统，在稳定状态下，弧焊电源的输出电压Uy与输出电流Iy之间的关系，即Uy＝f(Iy)称为弧焊电源的外特性。弧焊电源的外特性可用曲线来表示，称为弧焊电源的外特性曲线，如图1-3所示。

弧焊电源的外特性基本上有下降外特性、平外特、上升外特性三种类型。由于焊条电弧焊电弧静特性曲线的工作段在平特性区，所以只有下降外特性曲线才与其有交点，如图1-3中的A点。因此，下降外特性曲线电源能满足焊条电弧焊的要求。

图1-3弧焊电源外特性与电弧静特性的关系图1-4下降外特性曲线对焊接电流的影响1-下降外特性2-平外特性1-陡降外特性曲线2-缓将外特性曲线

3-上升外特性4-电弧静特性

图1-4为两种下降度不同的下降外特性曲线对焊接电流的影响情况，从图1-4中可以看出，当弧长变化相同时，陡降外特性曲线1引起的电流偏差ΔⅠ1明显小于缓降外特性曲线2引起的电流偏差ΔΙ2，有利于焊接参数稳定。因此，焊条电弧焊应采用陡降外特性电源。

二、弧焊电源的调节特性

在焊接中，根据焊接材料的性质、厚度、焊接接头的形式、位置及焊条直径等不同，需要选择不同的焊接电流，这就要求弧焊电源能在一定范围内，对焊接电流作均匀、灵活的调节，以便于保证焊接接头的质量。焊条电弧焊焊接电流的调节，实质上是调节电源外特性。

（1）电弧静特性和电源外特性曲线相交的稳定工作点决定了焊接电压和电流

（2）对于一定的弧长的电弧，只有一个稳定工作点。为了获得一定范围所需的焊接电流

和电压，弧焊电源的外特性必须可以调节。

调节参数及调节范围：

（1）工作电流I2：焊接时电源输出的电流或电弧的电流。

（2）工作电压U2：焊接时弧焊电源输出的电压。

常用弧焊方法的约定负载特性为：

（1）焊条电弧焊电源U2 ＝20＋0.0 4 I 2 (V) I2 ≤600A；

U2 ＝44 (V) I2 > 600A;

（2）TIG焊电源U2 ＝10＋0.0 4 I 2 (V) I2 ≤600A；

U2 ＝34 (V) I2 > 600A;

（3）MIG／MAG焊电源U2 ＝14＋0.0 5 I2 (V) I2 ≤600A；

U2 ＝44 (V) I2 > 600A。

（4）埋弧焊下降特性的弧焊电源与焊条电弧焊电源的约定负载特性相同；平特性的弧焊电源与MIG／MAG焊电源的约定负载特性相同。

其中，U2 ——约定负载电压, V；I2 ——约定负载电流, A。

三、弧焊电源的动特性

弧焊电源的动特性：电弧负载状态发生瞬态变化时，弧焊电源输出电压与电流的响应特性。它表明了弧焊电源对电弧负载瞬变的适应能力。动特性合适时，引弧容易、电弧稳定、飞溅小，焊缝成形良好。弧焊电源动特性是衡量弧焊电源质量的一个重要指标。

常用电流和电压的瞬时值来表示如下：uy=f（t）、iy=f（t）

无论是电源的外特性还是电源的调节特性，主要是根据电弧的静特性来讨论的，即是弧焊电源必须满足电弧稳态燃烧的要求。但是，在实际焊接过程中，电弧处于稳态的时间是短暂的、相对的，尤其是在熔化极电弧焊中，电极（焊条或焊丝）被加热形成金属熔滴，熔滴从小到大，电弧长度也要随之变化，当熔滴过渡到熔池中时，经常会出现短路现象。所以，在焊接过程中，电弧长度、电弧电压和电流不断的变化，甚至会出现瞬间较大的变化，因而，电弧焊接中，尤其是熔化极电弧焊时，焊接电弧是电源的一个动态负载。弧焊电源必须具有满足动态电弧负载要求的特性，该特性就是弧焊电源的动特性