电弧的静特性和电源的外特性
弧焊电源复习题
*2.焊接电弧的静特性：一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压Uf 与电弧电流If 之间的关系。
动特性：在一定的弧长下，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：uf=f （if ）。
电流变化速度愈小，静、动特性曲线就愈接近。
3.交流电弧的特点：电弧周期性地熄灭和引燃，电弧电压和电流波形发生畸变，热惯性作用较为明显。
4.钨极交流氩弧焊接铝时，在负极性的半周时叠加高电压。
*5.哪些因素影响交流电弧的稳定燃烧？采用何种措施稳弧？答：电弧连续燃烧条件方程式为：4212220π+≥f yh f U U U U ，因此影响交流电弧稳定燃烧的因素有：1.空载电压U 02.引燃电压U yh 3.电路参数4.电弧电流 5.电源频率f6.电极的热物理性能和尺寸。
措施：提高弧焊电源频率；提高电源的空载电压；改善电弧电流波形；叠加高压电。
7.交流电弧的功率（有功功率）是指交流电弧在半个周期（π）内的平均功率。
交流电弧的功率因数ƛf 是交流电弧的有功功率Pf 与电弧电压和电弧电流有效值乘积之比值，即：ƛf=Pf/（Uf*If ）*8.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 Uy 与输出的电流稳定值Iy 之间的关系 Uy=f(Iy),称为电源的外特性（静特性）。
弧焊电源的动特性是指电弧负载状态发生突然变化时，弧焊电源输出电压与电流的响应过程，可以用弧焊电源的输出电流与电压对时间的关系表示：uf=f （t ），if=f （t ）。
9.弧焊工艺对弧焊电源的要求：保证引弧容易；保证电弧稳定；保证焊接规范稳定；具有足够宽的焊接规范调节范围。
*10.电源——电弧系统的稳定条件：定性分析：电弧静特性曲线在工作点上的斜率 必须大于弧焊电源外特性曲线在该工作点上的斜率 。
11.陡降外特性和平外特性的优点和缺点：1.优点：焊接电流偏差小，焊接参数稳定，电弧弹性好。
缺点：垂直下降特性时引弧困难，熔滴过渡困难；过于平缓时短路电流过大，飞溅大，电弧不稳定，电弧弹性差。
电弧静特性和弧焊电源基本特性简介
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4.2.1 电弧静特性和弧焊电源基本特性简介
第四章
金属连接成形设备及自动化
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的连 续电弧放电，保持静态平衡。此时应有如下关系：
Uf＝Uy；If＝Iy 式中， Uf 和 If 各为电弧电压和电弧电流的稳定值。
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4.2.1 电弧静特性和弧焊电源基本特性简介
第四章
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图4-1 焊接电弧的静特性曲程
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4.2.1 电弧静特性和弧焊电源基本特性简介
第四章
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焊接电弧是非线性负载，静特性近似呈U形曲线，可以 可以分为三个区段：
Ⅰ段，电弧电压随电流的增加而下降，是一下降特性段，电弧呈 负阻特性；
曲线3为恒流的外特性（亦称 垂直陡降外特性），当弧长由 L1变为L2时，恒流外特性的电 流偏差△I3最小，即焊接电流 稳定。
图4－6 弧长变化时引起的电流偏移 1,2－缓降特性的电源 3－恒流特性的电源 l1,l2—电弧静特性
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4.2.1 电弧静特性和弧焊电源基本特性简介
第四章
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用来产生焊接电弧并维持电弧燃烧的供电器件，主要有以下几种： • 弧焊变压器 • 矩形波交流弧焊电源 • 直流弧焊发电机 • 弧焊整流器 • 弧焊逆变器 • 脉冲弧焊电源
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4.2.1 电弧静特性和弧焊电源基本特性简介
一、焊接电弧的静特性
第四章
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弧焊电源外特性的测量实验指导书
《弧焊设备及控制技术》实验指导书实验二弧焊电源外特性的测量一、实验目的1．掌握弧焊电源外特性的测试方法2．了解弧焊电源外特性的调节原理与焊接规范调节方式。
二、实验装置和器材1．弧焊整流器及交流弧焊变压器各一台；2．电压表（直流和交流）各一只；3．电流表（直流和交流）附分流器或互感器各一套；4．镇定电阻箱一只；5．强力接触器（或焊钳、钢板）一只；实验装置接线图如下：三、说明弧焊电源的外特性是指在电源内部参数一定的条件下，改变负载时电源输出电压稳定值与输出电流稳定值之间的关系曲线。
由于焊接电弧是一个动态的非线性负载，因此对为其供电的电源外特性有特殊要求。
一般说来，弧焊电源的外特性除了满足“电弧—电源供电系统”的动态稳定性，即在外特性上的工作区段其曲线的斜率要小于电弧的静特性曲线斜率外，还应满足弧焊工艺对外特性上空载电压、工作区段的形状及稳态短路电流的要求，而且不同的弧焊工艺要求也不一样，因为这些会影响引弧性能、电弧的稳定性、规范的稳定性、熔滴过渡过程等。
此外，弧焊电源的外特性还必须可调，且具有足够宽的调节范围，弧焊电源在为一定条件下的电弧供电时，“电源—电弧”系统有一个稳定的工作点，这个工作点就是电源外特性曲线与电弧静特性的交点，这点处的电流、电压值亦称为焊接规范。
由于在实际生产中，针对不同焊接对象（工件）或工艺条件需要采用不同的焊接规范，即要求电源的外特性与电弧静特性有不同的交点，而电弧静特性是由电弧空间的气体粒子性质决定的，往往难以改变。
这就要求弧焊电源的外特性必须可调，以获得一系列与电弧静特性的交点，满足焊接生产的需要。
对于不同类别的弧焊电源其外特性曲线形状可能是不一样的，外特性的调节原理及可调范围也可能是不一样的。
认识这一点，对于在生产实际中根据不同焊接工艺选配合适的弧焊电源是必要的。
四、实验方法1．按实验装置接线图接线，并查看所用弧焊电源上的各个旋钮或按键，了解各自的功能和操作方法，记下电源铭牌上的额定参数。
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
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。
焊接技术作业及部分答案
第二章1、简述焊接电弧的引燃方法。
（一）接触引弧应用场合：焊条电弧焊熔化极气体保护焊（二）非接触引弧应用场合:钨极氩弧焊和等离子弧焊。
2、说明焊接电弧的结构，说明焊接电弧的静特性及影响电弧静特性的因素并举例说明焊接电弧静特性的应用。
结构:三个区域：阳极区阴极区弧柱区焊接电弧静特性: 在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流和电弧电压变化的关系，又称伏安特性。
影响电弧静特性的因素：主要有：电弧长度、周围气体种类焊接电弧静特性的应用对于不同的焊接方法，应用的电弧静特性曲线段、有所不同。
静特性下降段电弧燃烧不稳定而很少采用。
焊条电弧焊、埋弧焊多半工作在静特性水平段。
焊条电弧焊、埋弧焊多半工作在静特性水平段。
熔化极气体保护焊、微束等离子弧焊、等离子弧焊也多半工作在水平段，当焊接电流很大时才工作在上升段。
熔化极气体保护焊和水下焊接基本上工作在上升段。
3、简述交流电弧连续燃烧的条件。
二、交流电弧连续燃烧的条件纯电阻电路电感性电路4、简述影响交流电弧稳定燃烧的因素和提高电弧稳定性的措施。
（一）影响交流电弧稳定燃烧的因素1．空载电压愈高，电弧就愈稳定。
2．引燃电压所需的愈高，电弧愈不稳定，引燃愈困难。
3．电路参数增大电感L或减小电阻R可使电弧趋向稳定地连续燃烧。
4．电弧电流电弧电流愈大，电离程度愈高，电弧的稳定性愈高。
5．电源频率f提高有利于提高电弧的稳定性。
6．电极的热物理性能和尺寸发射电子的能力，尖端形状等；如钨极。
（二）提高交流电弧稳定性的措施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．叠加高压电5、简述空载电压的选用原则，常用的弧焊电源空载电压规定。
空载电压含义：当弧焊电源接通电网而焊接回路为开路时，弧焊电源输出端电压选择原则：为保证引弧容易，则需要较高的空载电压。
为保证焊工人身安全，空载电压低些为好。
降低制造成本，空载电压不宜高。
空载电压要适当，一般不大于100V.6、焊接时，对弧焊电源的基本要求是什么？对弧焊电源的具体要求是：①引弧容易。
弧焊电源的外特性
• 电弧的静特性
• 定义：在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃 烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系
• 电弧的静特性曲线
• 电弧静特性曲线分区
• ab段 下降特性区 I U
• bC段 平特性区
IU
• CD段 上升特性区 I U
• 不同的焊接方法在一定的条件下，其静特性只是曲线 的某一区域
平特性区 /上升特性区
焊接电源外特性 陡降外特性 缓降(等速送丝）/陡降外特 性（变速送丝） 陡降外特性
平/下降外特性 平外特性
陡降外特性
• 不同焊接方法对弧焊电源的外特性有不同的要求
• 不同下降度的弧焊电源外特性曲线对焊 接电流的影响
• 1.陡降外特性曲线 • 2.缓降外特性曲线
焊接方法 焊条电弧焊 埋弧焊
电弧静特性 平特性区 平特性区
钨极氩弧焊
平特性区 /上升特性区
熔化极氩弧焊 上升特性区
CO2气体保护焊 埋弧焊 钨极氩弧焊 熔化极氩弧焊 CO2气体保护焊 等离子弧焊
电弧的静特性
平特性区 平特性区 平特性区 /上升特性区 上升特性区 上升特性区 平特性区 /上升特性区
• 弧焊电源的外特性要求
• 常见弧焊电源外特性图
• 为了保证焊接电弧稳定燃烧和焊接参数稳定，电源外特性曲线和 电弧静特性曲线必须相交。因为在交点，电源供给的电压和电流 与电弧稳定燃烧所需要的电压和电流相等，电弧才能燃烧。
04-弧焊电源的基本要求
四、对弧焊电源调节特性的要求
要求弧焊电流能在一定的范围内，对焊接电流作均 匀、灵活的调节。
五、对弧焊电源动特性的要求
①含义：弧焊电压对焊接电弧的动态负载所输出的电流、 弧焊电压对焊接电弧的动态负载所输出的电流、 弧焊电压对焊接电弧的动态负载所输出的电流 电压对时间的关系。 电压对时间的关系。它表示弧焊电源对动态负载瞬间变化的 反应能力。 ②对动特性的要求 合适的瞬时短路电流峰值：I短＞1.5I工 合适的短路电流上升速度。 达到恢复电压最低值的时间应适当。 从短路到复燃时，要求能在极短的时间内达到恢复电压 的最低值（大于等于30伏），且不超过0.05秒。 秒
小结
1、掌握对弧焊电源的基本要求。 掌握对弧焊电源的基本要求。 理解焊条电弧焊对弧焊电源外特性的要求。 2、理解焊条电弧焊对弧焊电源外特性的要求。
思考与练习
1、焊接时，对弧焊电源的基本要求是什么？ 2、什么是弧焊电源的外特性？其基本类型有哪些？ 3、为什么焊条电弧弧焊要采用具有陡降外特性的电源？
对弧焊电源的基本要求
目的与要求： 目的与要求： ①掌握对弧焊电源的基本要求。 ② 理解焊条电弧焊对弧焊电源外 特性的要求。 重点： 重点： 对弧焊电源外特性的要求。 难点： 难点： 弧焊电源外特性的选用。 弧焊电源外特性的选用
对弧焊电源的基本要求
弧焊电源是为电弧提供电能的装置。 弧焊电源是为电弧提供电能的装置 它的特性和结构与一般电力电源比较， 有着显著的区别这是弧焊工艺的特点决定 的。
对弧焊电源的具体要求是： 对弧焊电源的具体要求是： ①引弧容易。 ②保证电弧稳定燃烧。 ③保证焊接工艺参数稳定。 ④可调性好 为达到以上具体要求，所以要求弧焊电源具有一定的 弧焊电源外特性的概念 含义：电源在其他参数不变的情况下，弧焊电源输 电源在其他参数不变的情况下， 电源在其他参数不变的情况下
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电弧的静特性：
在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时焊接电流和电弧电压变化的关系称为电弧的静特性。
电弧静特性曲线呈U形，它有三个不同的区域（I、II、III）。
当电流在I区较小时，电弧静特性属于下降特性区，随着电流的增加，电弧电压减小；当电流在II时，电弧特性属于水平特性区，当电流变化是而电弧电压几乎不变；当电流在III区内增大时，电弧特性属于上升特性区，电弧电压随电流的增大而升高。
不同的电弧焊接方法，其电弧在正常的使用范围内只工作于静特性曲线中的某一段或两段上。
如焊条电弧焊的电弧主要工作于I和II区，当弧长变化时静特性曲线上下平移，弧长越长静特性曲线向上移动量越大，弧长过长时断弧。
工作在II区的有埋弧焊、不熔化极气体保护焊和微束等离子弧焊等弧焊方法。
工作在III区的有细丝熔化极气体保护焊、等离子弧焊和水下焊等弧焊方法。
焊条电弧焊的电弧对电源的要求：
电弧焊机是为电话提供电能的装置，为了保证电弧稳定工作的要求，弧焊电源在工艺性能和结构方面应该达到引弧容易；保证电弧稳定燃烧；保证焊接电流、电弧电压等工艺参数稳定；可以方便调节焊接工艺参数，以适应焊接不同性质和厚度不同的钢板；电源节能环保、质量轻、结构简单、制造成本低；安全可靠、工作性能良好、维修简单方便等。
为了达到以上要求弧焊电源应该具备以下性能。
弧焊电源具有下降的外特性曲线：在电弧稳定燃烧时，焊接电源输出稳定电流和电源输出稳定电压间的关系称为电源的外特性。
电弧焊时，弧焊电源供电，电弧是电源用电的负载，电源与电弧构成完整的供电系统，为保证该系统的稳定性电源外特性曲线的形状和电弧静特性曲线的形状必须适当配合。
弧焊电源的外特性包括下降特性、平特性和上升特性。
下降的外特性曲线是随着弧焊电源输出电流的增大，电源的输出电压下降。
对于焊条电弧焊电源一般要求为陡降的外特性曲线。
电弧的静特性曲线与电源的外特性曲线的交点就是电弧燃烧的工作点，焊条电弧焊采用的下降特性曲线与电弧的静特性曲线交点有两点。
电弧电源具有适当的空载电压：外特性曲线上，焊接电流为0时的输出电压称为空载电压，它与电弧的引弧性能、电弧的稳定性有关。
空载电压太低使引弧困难，电弧燃烧不稳定。
过高则生产成本高，焊工的安全性差。
适当的短路电流:焊条电弧焊电弧的产生是通过电极与焊件进行短路后，提起焊条产生的，短路时电弧电压为0，如果短路电流过大，不但会因过载引起焊机过热以致烧坏，同时还会使焊条过热引起药皮脱落，液态金属飞溅增多；相反，短路电流太小，会使引弧和熔滴过渡发生困难。
弧焊电源能方便的调节焊接电流。
焊条电弧焊接不同厚度的焊件，不同位置的焊缝，采用不同的焊条直径和适应不同的接头形式都是通过调节焊接电流来实现的。
为此要求弧焊电源应该能在一定的范围内，对焊接电流灵活、均匀地进行调整。
电流的调节是通过改变电源外特性来实现的。
弧焊电源具有良好的动态特性。
为了适应电弧长短变化和经常短路的需要，要求弧焊电源供给的电压和电流能够随着负载的改变而迅速改变。
所以动态品质是用来表示弧焊电源对负载瞬时变化的反应能力。
它对电弧的燃烧稳定性、熔滴过渡、金属飞溅、焊缝成形等有
很大的影响，同时也是衡量直流弧焊电源质量的一项重要技术指标。