弧焊电源及其数字化控制

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。

1、电源按照控制技术分为哪些？每种类型各举一例。

1矩形波弧焊电源）交流弧焊电源弧焊变压器弧焊整流器2）直流弧焊电源直流弧焊发电机 3）脉冲弧焊电源与焊接方法结合使用式逆变式弧焊电源4)逆变式弧焊电源 IGBT）控制、ARM 、DSP 、电磁式、电子式数字式（单片机控制、PLC/PLD控制方式：机械式控制、、脉冲弧焊电源的特点是什么？适用于哪些方面的焊接？2脉冲弧焊电源的特点是电源输出电流是周期性变化的，脉冲频率、脉冲电流等脉冲参数可调。

调节脉冲参数可以调节焊接工件的热输入量、焊丝的熔滴过渡形式等，有利于对热输入比较敏感的材料、薄板和全位置的焊接。

故大部分弧焊电源中都包含脉冲弧焊电源。

、什么是焊接电弧？电弧中最基本的物理现象是什么？焊接电弧是一种强烈的持久的气体放电现象，是气体放电的一种形式。

气体的电离和电子的发射时电弧中最基本的物理现象。

什么是焊接电弧的静特性？静特性曲线的形状是什么？常用电弧焊接方法的电弧特性曲线、是什么形状？之间的关系，称为焊接电弧的静态伏安特与电弧电流If一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压Uf形曲线。

包括下降特性、平特性、上升型，可称之为U性，简称伏安特性或静特性，其曲线形状类似于U 特性三部分曲线形状。

”形静特性曲线的某一部分。

不同的焊接方法，在其正常使用范围内，其电弧静特性曲线只是整个电弧“U 常用电弧焊接方法的电弧特性如下：焊条电弧焊、埋弧焊等焊接电弧基本工作在电弧静特性的水平段；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，但当电流很小 TIG熔化极气体保时，如微束等离子弧焊、微束TIG焊的焊接电弧则工作在电弧静特性的下降段；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。

护焊（MIG焊或、什么是焊接电弧的动特性？焊接电弧存在动特性的本质原因是什么？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。

1.焊接电弧的结构及压降分布：电弧沿其长度方向分为三个区域：阳极区、阴极区、弧柱区，沿着电弧长度方向的电位分布不均匀，阴极区和阳极区电位分布曲线斜率很大，而弧柱区电位分布曲线则较平缓。

这三个区的电压降分别称为阴极压降Ui，阳极区Uy压降UZ。

它们组成总的电弧电压Uf，即：Uf=Ui+Uy+UZ，由于阳极压降基本不变，而阴极压降在一定条件下也为固定值，弧柱压降则在一定气体介质下与弧柱长度成正比，因此弧长不同，电弧电压不同。

2.“电源-电弧”系统的稳定性包括两方面含义：（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；（2）当系统一旦受到瞬时的外界干扰，破坏了原来的静态平衡，造成了焊接参数的变化，但当干扰消失之后，系统能够自动地恢复稳定平衡，使得焊接规范重新恢复。

3.关于焊条电弧焊采用缓降特性的原因：在焊条电弧焊中，一般是工作于电弧静特性的水平段上，采用下降外特性的焊接电源，便可以满足系统稳定性的要求，在弧长变化时，弧焊电源外特性下降的陡度越大，系统的稳定系数越大，电流偏差越小，这样一方面可使焊接参数稳定，另一方面吧还可增加电弧弹性。

使用垂直下降特性的弧焊电源时，焊接参数最稳定，电弧参数也最好，但其短路电流过小，这将造成引弧困难，电弧推力弱，溶深浅，而且造成熔滴过度困难，当弧焊电源外特性过于平缓时，短路电流又将过大，使飞溅增大，电弧不够稳定，电弧的弹性也较差，因此，焊条电弧焊时采用缓降外特性的弧焊电源，并要求其稳态短路电流与焊接电流之比不小于2。

4.接触引弧的机理：由于电极与工件表面都不是绝对平整的，在短路接触时只是在少数突出点上接触，通过这些接触点的短路电流比平常的焊接电流要大很多，而且接触点的面积又小，因而电流密度大，这就可能产生大量的电阻热，使电极金属表面发热、熔化，甚至产生气化，引起热发射和热电离，随后在拉开电极的瞬间，电极间隙极小，只有10-6左右，使其电场强度达到很大的数值，这样既使室温下都有可能产生明显的自发射，在强电场的作用下，又使已产生的带电质点被加速，相互碰撞，引起撞击电离，随着温度的增加，光电离和热电离也进一步加强，使带电质点的数量猛增，从而能维持电弧的稳定燃烧。

弧焊电源及其数字化控制第2版随着科技的不断发展，弧焊技术也在不断进步。

弧焊电源是弧焊设备中的核心部件，它的性能和质量直接影响到焊接的质量和效率。

为了满足焊接工艺对于精确控制和自动化的需求，数字化控制技术在弧焊电源中得到了广泛应用。

数字化控制技术的应用使得弧焊电源的性能得到了显著提升。

首先，数字化控制技术可以实现对电流、电压和焊接时间等参数的精确控制。

传统的弧焊电源使用的是模拟控制技术，控制精度较低，而数字化控制技术可以实现微小电流和电压的调节，从而使得焊接过程更加精确和稳定。

其次，数字化控制技术可以实现自动化控制，减少人工操作的误差。

通过预设焊接参数，数字化控制技术可以自动调节电流和电压，根据不同的焊接需求进行自动切换，提高了焊接的效率和一致性。

数字化控制技术的应用还使得弧焊电源具有了更多的功能和特点。

首先，数字化控制技术可以实现对焊接过程的实时监控和数据记录。

传统的弧焊电源无法实时监测焊接参数和焊接过程，而数字化控制技术可以通过传感器和数据采集系统实时监测电流、电压、温度等参数，并将数据记录下来，方便后续的分析和评估。

其次，数字化控制技术可以实现故障诊断和报警功能。

传统的弧焊电源无法检测和诊断故障，而数字化控制技术可以通过内置的故障检测和诊断系统及时发现并报警，提高了设备的可靠性和安全性。

数字化控制技术的应用还带来了弧焊电源的节能和环保效益。

数字化控制技术可以实现对电能的精确控制和优化利用，减少了能量的浪费。

此外，数字化控制技术还可以实现对焊接过程的精确控制，避免了烟尘和有害气体的产生，减少了对环境的污染。

弧焊电源及其数字化控制技术的应用为焊接工艺带来了巨大的改进和进步。

数字化控制技术提高了弧焊电源的性能和质量，实现了精确控制和自动化控制，扩展了弧焊电源的功能和特点。

数字化控制技术还带来了节能和环保效益，促进了焊接工艺的可持续发展。

在未来，随着数字化控制技术的不断创新和应用，弧焊电源将继续发挥重要作用，并为焊接行业的发展做出更大的贡献。

弧焊电源及其数字化控制课程设计背景随着工业化程度的不断提高，焊接成为了工业生产中必不可少的工艺技术之一。

在各种焊接方法中，弧焊是一种常见的焊接方法。

在弧焊中，焊接电源起着至关重要的作用，它提供了足够的电能用于将电极和作为工件的金属材料融合在一起。

传统的弧焊电源通常具有较简单的控制系统，不能满足实际生产环境中对焊接过程的高要求。

随着数字化控制技术的不断发展，数字化弧焊电源成为了焊接电源的发展趋势。

数字化弧焊电源通过先进的控制技术，可以实现更加稳定精准的焊接过程控制，从而提高生产效率和焊接质量。

因此，开展数字化弧焊电源及其数字化控制的课程设计，对于研究数字化控制技术及其在焊接工艺中的应用具有重要的意义。

课程设计目标•掌握数字化弧焊电源的基本原理和结构；•熟悉数字化控制技术在焊接工艺中的应用；•利用数字化弧焊电源开展焊接实验，掌握数字化控制技术在实际工作中的应用；•提高学生实验能力和创新能力。

课程设计内容弧焊电源的基本原理和结构•弧焊过程的基本原理；•弧焊电源的基本结构和工作原理；•数字化弧焊电源的特点和优势。

数字化控制技术在焊接工艺中的应用•数字化控制技术的基本原理；•数字化控制技术在焊接工艺中的应用；•数字化控制技术与传统控制技术的比较。

数字化弧焊电源实验•数字化弧焊电源的基本操作方法；•数字化弧焊电源进行焊接实验；•数字化控制参数的调整和优化；•实验结果分析和总结。

课程设计方法•理论授课：通过课堂讲解和教材学习，让学生掌握数字化弧焊电源的基本原理和结构，以及数字化控制技术在焊接工艺中的应用。

•实验操作：设置数字化弧焊电源实验课程，设计焊接实验项目，通过实验操作，让学生掌握数字化控制技术在实际工作中的应用，提高其实验能力和创新能力。

•论文写作：要求学生在课程设计结束后，完成一篇关于数字化弧焊电源及其数字化控制的论文，内容包括研究背景、课程设计目标、课程设计内容、课程设计方法等。

评价方法•因地制宜。

弧焊电源及数字化控制复习资料名词解释：弧焊电源的外特性：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Uy=f(Iy)。

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。

电子发射：在阴极表面的原子或分子，接受外界的能量而释放出电子的现象称为电子发射。

焊接电弧的动特性：是指在一定的弧长下，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)。

热电离：在高温下，具有高动能的气体原子（或分子）互相碰撞而引起的电离。

热发射：物质的固体或液体表面受热后，其中某些电子具有大于逸出功的能量而逸出到表面的空间中去的现象。

焊接电源的额定负载持续率：指设备能够在额定电压，额定电流或额定功率的情况下负荷工作时间的比率。

P37逆变：通过一定的电路方式将一定规格的直流电源变为所需要的交流电源。

简答题1焊接电弧的静特性和动特性？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。

电子发射：在阴极表面的原子或分子，接受外界的能量而释放出电子的现象称为电子发射。

焊接电弧的动特性：是指在一定的弧长下，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)。

2影响交流电弧稳定燃烧的因数有哪些？答：1、空载电压Uo Uo愈高，在同等大小的引弧电压下，熄弧时间愈短，电弧就越稳定。

2、引燃电压Uyh Uyh 愈高，引燃电弧愈难，电弧愈不稳定。

3、电路参数当ωL/R这一比值不大时，增大L或减小R，即使ωL/R比值增大，均可使电弧趋向稳定连续燃烧。

电弧电流电弧电流愈大，电弧的稳定性会提高。

5、电源频率f f提高，会提高电弧的稳定性。

6、电极的物理性能和尺寸第二章3弧焊电源的外特性是指什么？弧焊电源的外特性可分为哪几种基本形状？如何定量划分？答：（1）弧焊电源的外特性是指在电流参数一定的条件下，改变负载时，电源输出的电压稳定值Uy与输出电流稳定值Iy之间的关系Uy=f（Iy）。

弧焊电源及控制
弧焊电源是电弧焊接工艺的核心装备之一，它的作用是提供稳定的电流和电弧能量，
使焊接电弧能够在表面形成熔池，并使熔池形成稳定的形态。

同时，弧焊电源还具有智能
控制功能，可以实现自动控制焊接参数和焊接过程，提高焊接效率和质量。

弧焊电源的主要分类有直流弧焊电源和交流弧焊电源两类。

直流弧焊电源能够产生稳
定的直流电流，适用于焊接大多数金属材料，尤其适用于焊接不锈钢、铜、铝和镁等材料；交流弧焊电源能够产生交流电流，适用于焊接高反射性金属材料，如铝、铜等材料。

待机功率控制是弧焊电源的关键技术之一。

大多数弧焊机在焊接完成后会继续运行，
导致电能浪费和设备损耗。

待机功率控制可以有效降低弧焊机的能耗和损耗，同时也可以
提高耐用性和可靠性。

有些电源采用高效电源技术，可以将待机功率下降至最低极限。

弧焊电源还应该具备过热保护和防护等安全功能。

在焊接过程中，电源会不断发热，
超出温度范围会对设备和人员造成危害。

过热保护功能可以及时发现设备故障，防止由于
过热导致设备损坏。

防护功能可以防止由于触电等原因导致人员受伤的事故。

相变触发技术是目前较为先进的控制技术之一。

该技术通过采用相变触发单元，产生
瞬时高能脉冲，促进电弧的形成和稳定。

这种技术可以有效提高焊接效率和稳定性，同时
还可以节省电能和降低电器噪音。

总之，弧焊电源是现代弧焊技术中不可或缺的重要装备，可以通过智能控制和高端技
术提高焊接效率和质量，并保护设备和人员的安全。

河南理工大学弧焊电源及其数字化控制参考资料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。