现代弧焊电源及控制培训讲义(PPT 97页)

1）恒压特性与 恒压特性 拉长易断弧；熔 滴受参数波动影 响大
3）恒流特性与 恒流特性 熔滴过渡均匀； 电弧弹性好；自 调节作用差，易 粘丝（短路） ， 弧长波动大
U
l1
l0
B1
B0
A1
A0
0 a)
U
A0 A1 0
c)
I
B0 l0 B1 l1
I
U
B1 l1
l0
B0
A1
A0
2）恒流特性 与恒压特性
熔滴过渡均匀； 小电流易断弧； 弧长波动大
陡降外特性
（3）不熔化极电弧焊
特点： 电弧静特性工作部分呈平的或略上升的形状；弧长稳定 方法： 钨极氩弧焊（GTAW），等离子弧焊（PAW）以及不熔化极脉冲 弧焊 要求：电流稳定
弧—源稳定下降外特性
不熔化极电弧焊较好的电源外特性
参数稳定恒流特性
以恒流为主，加 上短路内拐
（4）熔化极脉冲电弧焊
电源一电弧”系统稳定要求下降、平、微升特性均
可
电弧自调节要求平或微升外特性
参数稳定要求平或缓降外特性
电弧的自身调节作用：当焊接弧长发生
变化时，引起焊接电流和焊丝熔化速度的变 化，从而可以使弧长自动恢复的作用
弧焊 电源
U
1
Uf Uf1 Uf2
送丝电机 及等速控 制装置
工件
2
A0
A2
3 4 l1 l2
r 调节 0的-----如弧焊变压器，多数机械调节式弧焊电源
调节E的-----如弧焊逆变器，部分弧焊整流器，电子
控制式弧焊电源
r 调节 0的方法
Uy
直 线 型
0
R0=0 R0>0
Iy
Uy Uy=f (Iy)
0
Iy
椭 圆 型
介 于 上 两 者 之 间
调节 E的方法
改变变压器的变比
机械式调节
易产生错误认识之处
CO2/MIG/MAG焊 在上升段
埋弧焊在水平段
CO2/MIG/MAG焊的 焊接电流大于 埋弧焊吗？
CO2/MIG/MAG焊 在上升段
埋弧焊在水平段
不同的焊接电弧有不同的电弧静特性曲线 在U-I坐标上的上下左右位置不同
(3)焊接电弧的动特性
一定弧长的电弧，当电弧电流以很快速度连续变化时， 电弧电压瞬时值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。可用下列函数表示：
选择电源的外特性不仅要考虑系统的稳定性，而且要结合具体弧焊 工艺特点，考虑焊接工艺参数的稳定性以及引弧性能、熔滴过渡过 程和使用安全性等。
当弧长(弧压)容易控制时，电源要控制电 流(下降特性)，否则电源要控制弧长(弧压)
外特性曲线的三部分： 工作区段：反映了外特性曲线的具体形状 空载点：决定了电源的空载电压 短路区段：反映了曲线形状和短路电流值
0
I
b)
U
l0 l1
B0
B1
A0
A1 0
d)
4）恒压特性与 I 恒流特性
脉冲阶段具有良 好的电弧调节作 用，但维弧易粘 丝（短路）。
好的外特性：
双阶梯外特性
U
B2
A0 A1
l2 l0 l1
B0
B1
0
I
双阶梯外特性
3 弧焊电源的调节特性
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
A1
等速送丝方式熔化极电弧焊较好 的电源外特性
If
If2 If1
0
I2
Iwd
I
I1
3-7 等速送丝熔化极气体保护焊接系统示意图
平或缓降外特性
2）变速送丝控制系统的熔化极电弧焊
主要方法：埋弧焊（焊丝直径φ > 3 mm）和
一部分熔化极氩弧焊
弧焊
特点：
电源
电弧静特性工作段为平特性段。
送丝电机及 变速控制装置
r 调节 0的-----如弧焊变压器，多
数机械调节式弧焊电源
调节E的-----如弧焊逆变器，部分
弧焊整流器，电子控制式弧焊电源
Iy
r0
Uy
E
弧焊电源是一种特殊的电源。 它的负载是焊接电弧。 它的任务是保证电弧引燃和稳定燃
烧。 弧焊电源技术和许多电源技术是相
通的。
电弧焊是应用最为广泛的一种焊接方法
焊接电弧静特性曲线形状分析-------U形曲线
金属电阻的伏安特性曲线
电弧各区域压降与电流的关系
手工电弧焊、埋弧焊等焊接电弧基本工作在电弧静特性的水平段。 TIG焊、微束等离子弧焊、等离子弧焊的焊接电弧也基本工作在电弧
静特性的水平段
熔化极气体保护焊（氩弧焊和CO2焊等）和水下焊接等焊接电弧基 本上工作在电弧静 特性的上升段。
以恒流为主，加上短路外拖
电弧有弹性下降的陡度要大，最好是垂降（恒流）特性
容易引弧要有较高的短路电流和较大的空载电压
（2）熔化极电弧焊
工艺特点：使用连续送进的焊丝，有自动送丝机构 （无人为因素影响）。
考虑因素：电源外特曲线性形状；送丝方式；二者的 配合问题。
1）等速送丝方式 主要方法：熔化极氩弧焊、CO2气体保护焊与含有活性 气体的混合气体保护焊或细丝（焊丝直径 φ ≤3 mm）的直 流埋弧自动焊。 电弧工作在上升段。
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
4 弧焊电源的动态特性
4.1 基本概念
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。
4.2 电弧动态变化的特点及其对弧焊电源动特性的要求
电弧电 源焊源
电 源
红色(亮红灯)—淘汰或即将淘汰或无应用意义 黑色—维持状态，仍有应用价值 浅绿—有一定的发展前途 绿色—很有发展前途
逆变式
晶晶场
闸体效
管 式 弧 焊 逆 变 器
管 式 弧 焊 逆 变 器
应 管 式 弧 焊 逆 变
式 弧 焊 逆 变 器
器
DSP IGBT
数字式 单 片
控机 制控 式制 数式 字数 化字 弧化 焊弧 电焊 源电
器电
源
串磁磁电柴
联放放动油
饱大大式汽
和器器弧油
电式式焊内
抗弧脉发燃
器焊冲电机
式整弧机驱
弧流焊 动
焊器电 式
电源弧
源
焊
发
电
机
整流式
移相式 模拟式 开关式
串磁 联放 饱大 和器 电式 抗脉 器冲 式弧 弧焊 焊电 电源 源
模模 拟拟 式式 晶晶 体体 管管 弧脉 焊冲 电弧 源焊
电 源
开开数逆 关关字变 式式开式 电电关晶 力力式闸 电电晶管 子子闸矩 器器管形 件件矩波 弧脉形交 焊冲波流 电弧交弧 源 焊流焊
电子控制型弧焊电源控制灵活，系统响应速度快。
耗材少、节约电能，可用于各种弧焊方法。
三、弧焊电源的发展趋势 ---电子弧焊电源
未来弧焊电源的发展除了控制灵活之外，对电源本身
的动特性更为关注
电子控制的弧焊电源都具有卓越的动特性
例如：STT电源
STT过程
普通短路过渡过程
第一部分 焊接电弧特性及其对弧焊电源的要求
交流，直流，逆变
电子控制技术
2 弧焊电源的外特性
2.1 电源外特性的基本概念
弧焊电源的外特性是指在规定范围内，弧焊电源稳态输出电压U y
与输出电流Iy的关系，即在电源内部参数一定的条件下，改变负载， 电源输出的电压稳定值Uy与输出的电流稳定值Iy之间的关系。一般 采用Uy＝f（Iy）来表示。又称为电源的静特性。
反馈信号
工件
处理电路
焊丝直径大，电流密度小，电弧 自调节作 用弱。
弧压反馈变速送丝控制弧长
U
U
1
Uf
2
A0
3 4 l1 l2
对电源的要求：
Uf1
A1
弧——源稳定下降外特性 反馈灵敏陡降外特性 参数稳定陡降或恒流外特性
If
If1
0
I
Iwd
I
图3-8 变速送丝熔化极气体保护焊接系统示意图
变速送丝方式熔化极电弧焊较好 的电源外特性
源
常用弧焊电源的特点及应用
机械调节型电源的主要电气特性如外特性，是由其
结构所决定的。电源输出参数的调节也是靠机械装置进行 调节的
如动铁芯、动绕组的移动等 该类电源结构简单、易造易修、成本低、效率高，但 调节不灵活、不精细，电源比较笨重，耗材多。
电磁控制型弧焊电源包括磁放大式弧焊整流器和直
流弧焊发电机。此类电源耗材耗电多，电磁惯性很大，动 态特性差，一般属于淘汰产品。用柴油机或汽油机代替电 动机的直流弧焊发电机可以用于没有电源的野外施工，使 其还拥有一定的市场。
uf f (if )
YZ X
Z Y
X
a)电压—电流波形 b) 动特性曲线
二、弧焊电源的基本特性
基本电气特性包括以下三方面： 1．弧焊电源的外特性 2．弧焊电源的调节特性 3．弧焊电源的动态特性
弧焊工艺对电源的基本要求： 1．保证引弧容易 2．保证电弧稳定 3．保证焊接工艺参数稳定 4．具有足够宽的焊接参数调节范围
方波
调节输出占空比
正
弦
两者皆有
波
控制输出的外特性不受弧焊 电源结构的影响，理论上可 以是任意形状
U
U
U0 平特性 U0
平缓特性
U
U
U
U0
U0
U0
0
I0
Iwd I 0
Iwd I 0