论述脉冲弧焊电源的特点

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。

弧焊电源弧焊电源是为电弧负载提供电能并保证焊接工艺过程稳定的装置。

由于电弧是电弧焊的一个动态负载，因此弧焊电源除了具有结构简单、制造容易、消耗少、节省电能、成本低、安全可靠、维护容易等一般电力电源的特点外，还必须具有引弧容易、电弧稳定、焊接规范稳定可调等适应电弧负载的一些特性。

一．焊接电弧1．焊接电弧的概念及条件（1）焊接电弧的概念由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象，称为焊接电弧。

电弧焊就是依靠焊接电弧把电能转变为焊接过程所需的热能来熔化金属达到连接金属的目的的。

（2）焊接电弧产生的条件焊接电弧是一种气体放电现象，它是带电粒子通过两电极或电极与母材间气体空间的一种导电过程。

电弧焊中，电弧气氛中的带电粒子一方面由气体电离产生，另一方面由阴极电子发射获得。

因此，焊接电弧的产生需要两个条件：一是气体电离；二是阴极电子发射。

1）气体电离气体是由原子组成的，原子在常态下呈中性。

如果气体中的原子从外面获得足够的能量，原子中的电子就能脱离原子核的引力而成为自由电子，这时的原子由于失去电子而成为正离子。

这种使中性的气体原子分离成正离子和自由电子的过程称为气体电离。

使气体电离所需的能量称为电离能（或电离功）。

不同的气体或元素，由于原子构造不同，其电离能也不同，电离能越大，气体就越难电离。

不同元素电离能大小递增次序为：K、Na、Ba、Ca、Cr、Ti、Mn、Fe、Si、H、O、N、Ar、F、He在焊接电弧中，使气体介质电离的形式主要有热电离、撞击电离、光电离三种。

①热电离高温下，气体原子受热的作用而互相碰撞产生的电离称为热电离。

温度越高、热电离作用越大。

②撞击电离带电粒子在电场的作用下，作定向高速运动，产生较大的动能，当与中性原子相碰撞时，就把能量传给中性原子，使该原子产生电离。

如两电极间的电压越高，电场作用越大，则电离作用越强烈。

③光电离气体原子在光辐射的作用下产生的电离，称为光电离。

电弧静特性：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，称为焊接电弧的静特性伏安特性，简称电弧静特性。

电弧动特性：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。

电源外（静）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Uy与输出的电流稳定值Iy之间的关系。

电源动特性：电弧负载状态突然发生变化时，弧焊电源输出电压与电流的响应过程，可用弧焊电源的输出电流和电压对时间的关系来表示，它说明弧焊电源对负载瞬变的适应能力。

弧焊逆变器：直流（DC）与交流（AC）之间的变换称为逆变，实现这种变换的装置称为逆变器。

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。

PFM：定脉宽调频率，脉冲电压宽度不变，通过改变逆变器的开关频率来形成外特性曲线形式、调解特性和输出脉冲的波形。

PWM：定频率调脉宽，脉冲电压频率不变，通过改变逆变器开关脉冲的脉宽比来形成外特性曲线形状、调解特性和输出脉冲波形。

负载特性：工作电压与工作电流的关系为一缓升直线称为负载特性。

负载持续率Fs：Fs=负载持续运行时间t/（负载持续运行时间t+休止时间）x100%。

控制角：晶闸管承受正向电压而不导通的范围称为控制角α。

同步：给予晶闸管的触发脉冲应与晶闸管的阳极电压同频率且保持位相关系。

交流电弧有什么特点？哪些因素影响稳定燃烧？（1）①电弧周期性熄灭和引燃；②电弧电压和电流波形发生畸变；③热惯性作用较为明显。

（2）①空载电压；②引燃电压；③电路参数；④电弧参数；⑤电源频率；⑥电极的热物理性质和尺寸。

手弧焊、埋弧焊采用什么电源外特性，为什么？手弧焊埋弧焊工作在电弧静特性的水平段，需采用下降外特性的弧焊电源。

当由于扰动工作点电离If减小ΔIf时，电源工作点移至B1，弧焊电源电压Uy=Uf+ΔUy，而电弧工作点移至B2，这时Uy>Uf，供大于求，使电流增加，电流偏移量ΔIf减小，直至恢复到平衡点A，同理弧焊电流向增加方向偏移时，也能使电弧电流自动恢复。

第一单元焊接电弧对弧焊电源的要求一、填空题1．电弧是一种的现象。

2．的过程叫气体电离。

3．气体粒子受热的作用而产生的电离称为，温度越高，电离作用越。

4．电离的方程式有、和等。

5．中性粒子在光辐射的作用下产生的电离称为。

6．阴极的金属表面连续地向外发射出电子的现象，称为。

7．电弧的产生和保持的必需条件是。

8．依据汲取能量的不一样，阴极电子发射可分为、和等三种形式。

二、判断题1．电弧在含有 K、Na 等元素的氛围中不简单引弧，在含有Ar、He 等元素的氛围中简单引弧。

（）2．气体电离的必需条件是有点场或热能的作用。

（）3．若两电极间的电压越高，电场的作用越大，则电离作用越弱（）4．高频高压引弧法因为采纳较高的电压，因此比较危险。

（）5．接触短路引弧法能够用较低的空载电压产生焊接电流。

（）三、选择题1．在以下电极资猜中，电子逸出功最小的两个元素是。

A．K、Na B. Na、W C. K、Cu D. C、Cu2．原子产生电离需要的能量，称为该元素的电离势，电离势很低的元素有。

A．Ar、He B. K、Na C. H2、O2 D. Li、W3．焊接电弧的产生是在焊条或焊丝拉离焊件表面时，因为而产生大批电子，在电极间电场的作用下，负气体发生电离而开始放电。

A．热发射 B. 强电场发射C．热发射和强电场发射 D. 热发射和质电撞击发射四、简答1．什么是气体电离2．什么是焊接电弧？焊接电弧是如何产生的？、3．电弧的实质是什么？它与一般的焚烧现象有何异同点？4．负离子形成的条件是什么？它为何不可以担负导电任务？5．保持电弧放电需知足什么条件？如何知足？6．热电离与碰撞电离有实质上的不一样吗?为何？7．热发射与自觉射各有什么特色。

分别在什么样的条件下起主要作用？一．填空题1.沿弧柱长度方向，每厘米的电压降称为。

2.阴极有和。

3.阳极压降除与电流大小相关外，还与相关。

4.焊接电弧静特色的段，电弧焚烧时不易稳固，故极少使用。

一、弧焊电源的分类：交流、直流、脉冲、逆变。

二、气体的电离：撞击电离、热电离、光电离。

电子的发射：热发射、光电、撞击、强电场作用下的自发射。

三、 接触引弧：撞击（粗丝自动焊）、划擦、暴断；非接触：高频高压（TIG 和等离子弧焊）四、 影响电弧静特性的因素：电极材料、弧长、气氛。

五、 水平段：焊条电弧焊、埋弧焊上升段：熔化极气体保护焊，等离子弧焊六、 电弧稳定燃烧：串入电感。

作用：1）电弧稳定燃烧2）引燃电弧3）获得下降外特性4）调节焊接规范（电流）5）限制短路电流七、 影响交流电弧稳定燃烧的因素：1）空载电压 2.4-.51U U f 0≈2)引燃电压3）电路参数LR4）电弧电流5）电源频率6）电极的热物理性能和尺寸八、 提高稳定性的措施：a 、提高弧焊电源的频率b 、提高电源的空载电压c 、改善电弧电流的波形d 、叠加高压电。

一、等速送丝控制系统的熔化极弧焊 2CO /MAG 、MIG 焊或细丝直流埋弧焊：静特性为上升，外特性选平特性最好。

二、变速 粗丝埋弧焊：静特性为平，外特性陡降。

三、不熔化极弧焊：恒流外特性四、恒流：钨极氩弧焊TIG 、非熔化极等离子弧焊陡降：焊条电弧焊、粗丝（变速）埋弧焊，交流缓降：粗丝2CO下降带外托：手工电弧焊，直流平特性：细丝（等速）埋弧焊上升：等速的细丝气体保护焊五、空载电压的要求：1保证引弧容易2保证电弧稳定燃烧3保证电弧功率稳定4要有良好的经济性5保证人身安全分类：1）串联电抗器a 、分体式BNb 、同体式BX2 大中2）增强漏磁式a 、动铁心BX1 中小b 、动线圈BX3 中小c 、抽头式BX6 一、串联电抗器δωμFe 2K 0K S N X =，当小电流时即δ小时，有铁心振动问题。

二、分体式:空载1120U N N U =,空载电压与电感无关。

负载k f 0f X jI -U U =，δωμFe 2K 0K S N X =，δ小，f I 小；缺点：小电流时振动大，电弧稳定性差，结构不紧凑，消耗材料多三、动铁心：移出时，X 减小，0U 增大，If 增大，外移。

第一章焊接电弧及其电特性（填空）焊接电弧的特性：电压最低，电流最大,温度最高，发光最强三种电离：撞击电离，热电离，光电离四种电子发射:热发射,光电发射，重粒子撞击发射,强电场作用下的自发射1.弧焊电源可分为哪几类?按什么分类?答:(1）弧焊电源及其控制技术的分类：交流弧焊电源、直流弧焊电源、脉冲弧焊电源、逆变式弧焊电源（2）弧焊电源的控制技术分类：机械式控制、电磁式控制、数字式控制、电子式控制。

2弧焊电源的压降如何分布？答：电弧沿其长度方向分为三个区：阳极区、阴极区、弧柱区，这三个区的电压降分别称为阳极压降Uy、阴极压降Ui、弧柱压降Uz。

它们组成了总的电弧电压Uf，且Uf=Uy+Ui+Uz。

阳极压降基本不变，而阴极压降在一定条件下基本上也是固定的数值，弧柱压降则在一定气体介质下与弧柱长度成正比。

则，弧长不同，电弧电压也不同。

3。

弧焊电源的静特性、动特性是指什么?答：电弧静特性：电极材料、气体介质、弧长一定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。

Uf=f(If)电弧动特性：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为：Uf=f(if）4。

焊条电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊得电弧静特性是怎样的？答：焊条电弧焊：多半工作在静特性的水平段。

埋弧焊：多半工作在静特性的水平段。

CO2气体保护焊：基本上工作在上升段。

(虚线的是二氧化碳的，实线的是Ar弧焊的)5。

交流电弧有什么特点？为保护交流电弧连续燃烧电路参数应当怎样配合？答：特点：a 。

电弧周期性的熄灭引燃b 。

电弧电压和电流波形发生畸变c 。

热惯性作用较为明显（2）a 。

交流电弧连续引燃的条件之一: 即当ωt=π时，使电弧电流if 正好过零点，if=0，从而得到： b 。

连续引燃条件之二：即在ωt=0时，弧焊电源电压Uy 应大于电弧引燃电压Uyh ，即： 综上分析：为保证交流电弧连续燃烧必须保证电路中各项参数：电源空载电压U0、电弧电压Uf 及引燃电压Uyh 之间必须保持一定的关系.即：6。

第一章1．在电弧燃烧过程中会伴随着哪些物理过程？在电路中电弧是什么样的负载属性？答：（1）物理过程：气体原子的激发、电离和电子发射、负离子的产生、正离子和电子的复合（2）负载属性：电弧是一段导体，是一种气体的放电现象，其负载属性分为分为静特性与动特性，对于不同的焊接方法，其电弧的属性不同，一般静特性呈U形。

2．电离、阴极电子发射有哪些方式？何谓电离能、电子逸出功，两者对电弧的稳定性有何影响？答：（1）方式：撞击电离、热电离、光电离电子发射方式：热发射、光电发射、重离子撞击发射、强电场作用下的自发射（2）电力能：由原子形成正离子所需的能量称为电离能电子逸出功：电子发射所需的能量称为逸出功影响：电离能或电子逸出功越小，电弧的导电性能就越好，电弧越稳定。

3．焊接电弧的引燃有哪两种方式，分别在什么情况下应用？答：方式：接触引弧、非接触引弧应用：接触引弧：焊条电弧焊、熔化及气体保护焊和埋弧焊非接触引弧：钨极氩弧焊和等离子弧焊4．焊接电弧在物理结构上可分为哪几个区，各区域有何特点？答：（1）三个区：阳极区、阴极区、弧柱区（2）特点：在阴极区和阳极区，电位分布曲线的斜率很大，而在弧柱区则较平缓，并可认为是均匀分布的；可近似的认为阳极区和阴极区压降基本不变，而弧柱区压降在一定气体介质中与弧长成正比。

5．何谓电弧的静特性、动特性，如何解释电弧的静特性曲线？焊接电弧的静特性曲线会受到哪些因素的影响？答：（1）静特性：一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压U f与电弧电流I f之间的关系，称为~~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 （2）由于焊接电弧是非线性负载，电弧电压与电流之间不是正比例关系，所以当电弧电流从小到大在很大范围内变化时，电弧的静特性曲线呈U 形曲线，又成U 形特性。

（3）影响因素：阴极电子的发射能力、阴极尺寸大小、阴极斑点的电流密度、弧柱长度、弧柱区的气相成分和弧柱的电导率等。