1.1.9弧焊电源Ⅱ
弧焊电源及控制 学习指南
第1章绪论一、重点内容提要1.1 弧焊电源概述弧焊电源：电弧焊机中的核心部分，是供给焊接电弧电能（提供电流和电压），并具有适宜于电弧焊工艺电气特性的设备。
1.2 弧焊电源的分类、特点与应用常见分类见图1-1。
动铁心式弧焊变压器Array动绕组式弧焊变压器抽头式弧焊变压器动铁式弧焊整流器动绕组式弧焊整流器抽头式弧焊整流器滑动调节式弧焊整流器单相整流式脉冲弧焊电源串联饱和电抗器式弧焊电源磁放大器式弧焊整流器磁放大器式脉冲弧焊电源电动机驱动式弧焊发电机内燃机驱动式弧焊发电机晶闸管式弧焊电源晶闸管电抗器式矩形波交流弧焊电源模拟式晶体管弧焊电源模拟式晶体管脉冲弧焊电源开关式电力电子器件弧焊电源开关式电力电子器件脉冲弧焊电源逆变式晶闸管矩形波交流弧焊电源晶闸管式弧焊逆变器晶体管式弧焊逆变器场效应晶体管式弧焊逆变器IGBT式弧焊逆变器双逆变式变极性弧焊电源其它单片机控制式数字化弧焊电源DSP控制式数字化弧焊电源单片机和DSP控制式数字化弧焊电源其它图1-1 常用弧焊电源分类机械调节型弧焊电源是借助于机械装置实施特性调节的弧焊电源。
该类弧焊电源的主要电气特性是由电源结构所决定的，其输出的大小也是通过机械装置实施调节的。
电磁控制型弧焊电源一般是通过调节弧焊电源内部电磁器件的电磁状态来调节电源的特性。
电子控制式弧焊电源是借助电子线路来实现弧焊电源各种特性的控制，还可以通过电子线路对焊接电流波形等进行控制。
1.3弧焊电源的发展弧焊电源的发展可以说是日新月异，其发展可以概括以下几个方面。
1）多种电子控制型的弧焊电源相继出现和完善，目前已经基本取代了电磁控制型弧焊电源。
许多经济发达国家，除在野外作业仍采用柴（汽）油内燃机驱动的弧焊发电机之外，基本上都选用电子控制型弧焊电源。
2）各种脉冲弧焊电源的应用，进一步提高了焊接质量，促进了全位置焊接的自动化。
3）各种高效、节能、轻便、焊机性能良好的逆变弧焊电源得到了飞速发展，逐渐成为主导产品之一。
工学第章对弧焊电源的基本要求
• 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141V峰值和100 V有效值。
• 等离子切割：直流500V峰值。
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 ：U0 ≤80 V
U U01 U02
I0
I (4)平外特性
适合于焊条电弧焊
0
I1 I2 I3 I4 I5
I
(5)
1. 焊条电弧焊 电流的调节范围不大，在焊接不同厚度的工件时，电弧
电压一般保持不变，只调节焊接电流。
2. 埋弧焊
If增加时熔深随着增大，要求增大Uf以使熔宽相应增加，从 而保持合适的焊缝几何尺寸．当Uf增大时，则要求U0相应提
Ifmin If (Ie) Ifmax
I
使用下降外特性电源的不同方法的负载特性：
焊条电弧焊、埋弧焊：
If≤600A时，Uw(V)=20+0.04If (V) U
If>600A时，Uw(V)=44(V)。
U0
TIG焊、等离子弧焊：
If≤600A时，Uw(V)=10+0.04If
(V)
Uwe Uw
If>600A时，Uw(V)=34 (V)。
dI
系统的动平衡方程：
Uy(I) Uf(I) L dt
外界干扰电流发生变化： If If Δif
此时：Uy(If
Δif
)
Uf(If
Δif
) L d(If
Δif dtຫໍສະໝຸດ )(1)U
Uf
A1
1
B1
B1′
2
电弧及对弧焊电源的基本要求
在稳定工作的条件下，电弧电流If、电压Uf、空载电压U0和等效阻抗Z之间的 关系，可用下式表示：
U f U 0 If Z
或者
If
U 0
U F Z
当U0不变而改变Z时，便可得到一族外特性曲线，图7－10a为得到的下降外特 性，图7－10b为平外特性。
图7－10 改变等效阻抗时的外特性 a）下降外特性 b）平外特性
(1) 由空载到短路
1）瞬时短路电流峰值Isd 由空载到短路时的Isd值影响开始焊接时的引弧过程。 Isd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，是以其与稳定短路电流之比—— Isd/Iwd来衡量。 2) 0.05s瞬时短路电流值Isd’ 对Isd’大，则表示短路电流由峰值降下来的过 程慢，短路电流冲击能量大，引起的飞溅严重，使工件烧穿的危险性大，它也影 响引弧性能。对它的要求指标，也以其与稳定短路电流之比——Isd’／Iwd来衡 量。因实际意义不大，故一般不考核。
4． 要有良好的经济性
5． 保证人身安全
1．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
U0 (1.8 ~ 2.25) Uf
手弧焊电源 U0＝55～70V 埋弧自动焊电源 U0＝70～90V
2. 直流弧焊电源 直流电弧比交流电视易于稳定，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，只是下限约低10V。
根据有关规定，当弧焊电源输入电压为额定值和在整个调整范围内，空 载电压应符合：
弧焊变压器 U0≤80V 弧焊整流器 U0≤85V 弧焊发电机 U0≤100V
第二节 对弧焊电源调节性能的要求
一、电源的调节性能
弧焊电源能满足不同工作电压、电流的需求的可调性能为其调节性能。 它是通过电源外特性的调节来体现的。
弧焊电源
第一节
弧焊电源
一、焊接电弧的静特性
Uf
平特性段 上升特性段 下降特性段
Ⅰ
图1-5
Ⅱ
Ⅲ
焊接电弧的静特性曲线形状 焊接电弧的静特性曲线
第一节
弧焊电源
一、焊接电弧的静特性
药皮焊条电弧焊
埋弧焊
几种常用弧焊方法的电弧静 特性曲线
熔化极气体保护焊
第一节
弧焊电源
二、对弧焊电源的要求
1、具有陡降的外特性
弧焊电源作用：为焊接电弧稳定燃烧提供所需 要的、合适的电流和电压。
焊条电弧焊设备
第一节
弧焊电源
三、弧焊电源技术参数
1.负载持续率
指弧焊电源负载的时间与整个工作时间周期的百分率
在选定的工作时间周期 内焊机的负载时间 负载持续率 选定的工作时间周期
例1 某焊工使用BX3-300焊机，在规定周期时间5mim内工作3min，试问该焊 机负载持续率为多少？ 例2 一手工电弧焊在5分钟操作过程中，由于更换焊条清渣等工作用了1分钟， 试计算该焊工所用焊机的负载持续率？
定义：在稳定的工作状态下，电弧焊电源输出端电压与输出电流之间的关系 表示：外特性可用曲线表示，称为电弧电源的外特性曲线 种类：电弧焊电源外特性曲线有若干种
电源外特 性曲线
焊条电弧 焊电源外 特性曲线
第一节
弧焊电源
2、具有适当的空载电压 定义：在电弧焊电源接通电网而焊接回路为开路时，电弧焊电源输出端的电压 作用：容易引弧，稳定燃烧 规定：交流55～70V 直流45～85V 3.具有良好的动特性 定义：指弧焊电源对焊接电弧这种的动负载所输出的电流和电压与时间的关系。 作用：表示电弧焊电源对负载瞬变的快速反应能力。 4、具有良好的调节特性 作用：焊接过程中，为适应不同结构、材质、厚度、焊接位置和焊条直径的需 要，电源必须能按要求提供适当的焊接工艺参数。 要求：电源在一定的电压范围内能均匀、连续、方便的调节。
常用弧焊电源知识概述
常用弧焊电源知识概述弧焊电源的分类弧焊电源是一种将电能转化为热能，通过电弧熔化金属工艺的电气设备。
根据其不同的工作特性，弧焊电源可以分为以下几种：1.直流弧焊电源（DC）2.交流弧焊电源（AC）3.直流交流可切换弧焊电源（DC/AC）4.逆变弧焊电源直流弧焊电源直流弧焊电源是指输出直流电流的弧焊设备。
由于直流电弧焊时，电流和电压的方向始终保持一致，因此焊接质量相对较好。
直流弧焊电源通常具有稳定的弧电压和电流输出，能够满足不同的焊接需求。
交流弧焊电源交流弧焊电源是指输出交流电流的弧焊设备。
交流电弧焊时，电流和电压的方向会反复改变，焊接因此相对来说较为复杂。
交流弧焊电源通常适用于一些特殊的焊接场合，例如焊接铝合金等。
直流交流可切换弧焊电源直流交流可切换弧焊电源具备直流和交流输出两种模式。
通过切换工作模式，可以根据焊接需求选择合适的电流输出方式，灵活性较高。
这种类型的弧焊电源可以适应不同材料和焊接工艺的要求。
逆变弧焊电源逆变弧焊电源是通过电子器件将交流电转换为直流电，并将直流电再转换为高频率交流电，最终输出所需的电流和电压。
逆变弧焊电源具有轻便、高效、能耗低等优点，适用于一些特殊的焊接环境。
常用弧焊电源参数在选择弧焊电源时，需要了解以下几个常用参数：1.输出电流范围：弧焊电源的输出电流范围决定了它可以满足的焊接需求。
不同的焊接任务可能需要不同的电流范围。
2.电源开路电压：开路电压是指弧焊电源在无负载状态下的输出电压。
开路电压较高的弧焊电源有助于维持稳定的电弧，并提供一定的渗透能力。
3.噪声水平：弧焊电源的噪声水平对于工作环境的安静度有一定的影响。
低噪声水平的弧焊电源更适合在噪声敏感的场所进行焊接。
4.功率因数：功率因数是指弧焊电源输入电能和输出电能之间的比值。
高功率因数的弧焊电源可以减少对电网的负载，节约能源。
5.效率：弧焊电源的效率是指输出功率与输入功率之间的比值。
高效率的弧焊电源可以减少能源的浪费，提高焊接效率。
弧焊电源
•
实践：认识焊机
4）良好的调节特性 • 根据被焊材料的种类、工件厚度、接头形 式、坡口形式和焊接位置等选用不同的焊 接电流，满足焊接工艺的需要。
2、弧焊电源
弧焊发电机 直流弧焊机 弧焊整流器
硅弧焊整流器 可控硅弧焊整流器 晶体管式弧焊整流器
逆变直流弧焊机
交流弧焊机（弧焊变压器）
硅弧焊整流器
可控硅弧焊整流器
晶体管式弧焊整流器
逆变直流弧焊机
3、认识焊接电源
• 3、焊机的编号及铭牌
• 1）焊机型号的编制方法
• 根据GB1024－88《电焊机型号编制方法》中 规定，焊机的型号是由汉语拼音字母和阿拉伯数 字按一定的编排顺序组成，其编排顺序及含意如 下：
1 2 3 4 5 6 7
• • • • • • •
改进序号 派生序号 基本规格 系列序号 附注特征 小类名称 大类名称
AX7-500 弧焊发电机 空载电压 40～90V 工作电压 25～40V 电流调节范围 120～600A 负载持续率 100% 65% 电流 400 500 图2-38 感应电动机 功率 26KW 电压 380V 电流 50.5A 频率 50Hz 相数 转速 2900r/min 接法 弧焊电源铭牌
弧焊电源应满足以下基本要求：
• 1）合适的电源外特性；
2）合适的空载电压 • 弧焊电源的空载电压通常为： 直流电源55~90V 交流电源60~80V
焊条电弧焊时空载电压一般为60~90V
3）良好的动特性
• 指电源适应电弧变化的能力。 动特性好，引弧和重新引弧容易，电弧燃 烧稳定，熔滴过渡平稳、顺利，飞溅少， 焊缝成形良好。
• 2. 弧焊电源的铭牌
• 如：BX3－300和AX7－500型弧焊电源铭牌。铭牌 上标明： • （1）电源对电网参数的要求； • （2）电源的工作能力； • （3）电源的额定负载持续率，以及不同负载持续率 下焊机的容量及电流。
常用弧焊电源知识概述
常用弧焊电源知识概述弧焊电源简介弧焊电源是一种常见的焊接设备，用于将电能转化为电弧热能，用于焊接金属材料。
它主要由直流或交流电源、整流装置、电极和工作件等组成。
弧焊电源根据其电源类型和工作原理的不同可以分为常规的变压器电源、逆变电源和激光电源等。
常规的变压器电源常规的变压器电源是最常见的弧焊电源形式之一。
它使用变压器将输入电能转化为所需的输出电能。
常规的变压器电源结构简单、可靠，适用于一般的焊接需求。
它具有较高的输出功率、焊接效率高以及适用于焊接各种材料的特点。
常规的变压器电源中，主要的部件包括电源输入端、变压器、整流器、电极和工作件。
电源输入端接收电能输入，变压器将输入电能进行变压变流，整流器将交流电转化为直流电，电极和工作件产生电弧进行焊接。
常规的变压器电源适用于手动弧焊、半自动弧焊和气体保护焊等各种焊接方式。
逆变电源逆变电源是一种新型的弧焊电源形式。
相对于常规的变压器电源，逆变电源选择使用逆变器来将输入电能转化为所需的输出电能。
逆变电源具有体积小、重量轻、效率高等特点，对电能的利用率更高。
逆变电源可以分为单相逆变电源和三相逆变电源。
单相逆变电源适用于家庭或小型工作场所，三相逆变电源适用于工业生产线等大型焊接场所。
逆变电源的输出电流和电压可以根据焊接要求进行调整，适用于多种焊接工艺和材料。
逆变电源中的关键部件是逆变器。
逆变器能够将直流电转化为高频交流电，然后通过输出变压器将高频交流电转化为所需的输出电能。
逆变电源具有较高的功率因数和更好的电能调节性能，使得焊接过程更加稳定。
激光电源激光电源是一种高能量密度的焊接设备，将输入电能转化为激光束用于焊接。
激光电源具有焊接速度快、热影响区小、焊接质量高等优点。
它广泛应用于高精密度焊接和微焊接领域。
激光电源主要由激光发生器、整流器、光纤传输系统和光束聚焦系统组成。
激光发生器将输入电能转化为激光束，整流器将交流电转化为直流电，光纤传输系统将激光束传输到焊接位置，光束聚焦系统将激光束集中到焊接点进行焊接。
弧焊电源的安全使用注意事项
弧焊电源的安全使用注意事项弧焊电源是一种常见的焊接设备，广泛应用于各种焊接工作中。
然而，由于其高电压和高温的特性，安全使用弧焊电源至关重要。
以下是弧焊电源的安全使用注意事项。
1. 确保使用符合标准的弧焊电源。
在购买和使用弧焊电源时，要确保选择符合国家和行业相关标准的产品。
这些标准通常包括电压、频率、功率和电流等方面的要求，以确保其安全可靠。
2. 高度重视电源连接。
在使用弧焊电源之前，要仔细检查所有电源连接，确保电源线和插头没有损坏，连接牢固可靠。
特别要注意接地线的连接，确保良好接地，以减少电击的危险。
3. 配备必要的个人防护装备。
在进行弧焊作业时，必须佩戴适当的个人防护装备，包括焊接面罩、焊接手套、焊接衣、电焊靴等。
这些装备能有效地保护人身安全，防止火花和飞溅物伤及皮肤。
4. 保持工作区域的清洁和整洁。
在进行弧焊作业时，要确保工作区域干净整洁，没有杂物和易燃物品。
同时要保持足够的通风，以防止废气聚集和产生有毒气体。
5. 注意防止触电。
弧焊电源的电压较高，在操作时要格外小心避免触电。
在开启和关闭设备之前，要确保手部干燥，以免造成电流通过身体导致触电事故。
6. 注意火花飞溅和火灾。
在进行弧焊作业时，要注意避免火花飞溅和火灾的发生。
要将易燃物品远离焊接区域，并使用非可燃的防护物料保护周围的物体。
7. 控制设备的使用和维护。
弧焊设备在使用期间要进行定期的检查和维护。
保持设备干燥清洁，避免过高的温度和电流，以延长设备的使用寿命和减少故障的发生。
8. 注意安全操作。
在进行弧焊作业时要保持安全操作。
不要超过设备的额定工作范围，不要进行超负荷操作。
按照设备说明书和相关规定进行操作，确保焊接工作的安全和质量。
9. 接受培训和指导。
在使用弧焊设备之前，应接受专业的培训和指导，了解设备的使用方法和安全规程。
掌握正确的焊接技术和操作技巧，以减少意外事故的发生。
10. 急救措施和应急处理。
在进行弧焊作业时，要了解焊接过程中可能发生的意外事故，并掌握相应的急救措施和应急处理方法。
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1、电源形式
2、任务
为电弧提供合适的电流和电压 焊接电压：10—40V （>40V 是等离子切割） 引弧电压：42—90V （>100V 是等离子切割） 电特性由电源特性曲线确定 3、要求 足够高的空载电压——保证引弧 最佳工作点 ——稳定的电弧 良好的动特性 ——保证再引弧 足够的功率 ——保证操作 4、电源标准 4.1电源铭牌：
说明焊接电源的各项参数，有利于焊接电源的选择，铭牌结构应符合ISO60947-1标准（EN60947-1），铭牌的位置在焊接电源的各部分都是允许的，但应使使用者易于接近和看见。
说明：
1） 第一行表，电源类型、型号、编号及应用的标准
2） 第二行表，焊接电源输出端参数 3） 第三行表，焊接电源输入端参数 电弧焊电源种类及标识一览表
电弧焊例：焊接变压器
4.2弧焊电源的暂载率
弧焊电源，工作方式/暂载率ED （%）
焊接电源——额定暂载率
其中：S I =ED
100
I D
ED = 接通时间工作时间×100%
S I =焊接电流 ED = 暂载率
D I =持续电流 连接时间 = 10分钟（已标准化）
焊接电源：额定暂载率
几种ED 的图解
其中：DB=连续施焊
Hemm －HSB = 额定手工焊操作 HSB = 手工焊操作 下降特性的暂载率：35%、60%、100% 平特性的暂载率：60% 100%
4.3静特性曲线
特性曲线形式
下降特性曲线恒压特性曲线
手工焊：陡降变化用于半自动焊陡降变化
自动焊：在“A”点平滑变化
上升特性曲线恒流特性曲线
适用自动化焊接适用于氩弧焊和等离子焊下降型电源特性
按VDE标准工作电压U=20+0.04·I大于600A=44V
恒压电源特性
斜度1-5V/100A
按VDE标准工作电压
U=14+0.05·I小于600A=44V
下降型特性曲线适用于下列焊接方法：
恒压特性曲线适用于下列焊接方法：
MIG；MAG；RES；UP，（当焊丝直径<3mm时）4.4电流和电压的变化过程
引弧时电流和电压的变化过程
熔滴短路时的电流和电压的变化过程
4.5动特性调节
I s =焊接电流 U s =焊接电压 I kst =静态短路电流 U Z =二次引弧电压 I kdyn =动态短路电流 U o =静态空载电压 I Z =二次引弧电流 U odyn =动态空载电压 tan δ=动态调节=
E
kst Z
s kdyn S I I U I I U -=
- 最小值
到Is=150A; tan δ≥30/Is 到Is=150A; tan δ≥0.2 5、焊机的选择
在选择中必须考虑到： 电流形式（=≈） 电流强度（调节范围） 许用空载电压 在一定电流强度下的许用暂载率 特性曲线形式 特殊的操作要求 例如：网路连接的形式，网路电压的波动，运输的可能性，必要的焊接电缆长度，电源的冷却等等,应用说明。
(2)=需高的引弧电压
(3)=根据控制系统而定（U或I）
(4)=平滑的降特性
(5)陡降特性，接近于微弧等离子优缺点。