【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 源裝置和、控制箱和焊車等組成的埋弧焊機(jī)；適用于焊接化學(xué)性活潑金屬的氣體保護(hù)電弧焊，需要由電源裝置、控制箱、焊車（自動(dòng)焊）或送絲機(jī)構(gòu)（半自動(dòng)焊）、焊槍、氣路和水路系統(tǒng)等組成的氣體保護(hù)電弧焊；適用于焊接高熔點(diǎn)金屬的等離子弧焊，則需要由電源裝置、控制系統(tǒng)、焊槍或焊車（自動(dòng)焊）、氣路和水路系統(tǒng)等組成的等離子弧焊機(jī)。由上述可知，各種電弧焊方法所需的供電裝置即弧焊電源是電弧焊機(jī)的重要組成部分，是對(duì)焊接電弧供給電能的裝置，它應(yīng)滿足電弧焊所要求的電氣特性，這正是本課程將要系統(tǒng)講述的內(nèi)容。與弧焊電源配套的其它裝置和設(shè)備部分，將在《焊接方法和設(shè)備》課程中講述。顯然，弧焊電源電氣性能的優(yōu)劣，在很大程度上決定了電弧焊機(jī)焊接過程的穩(wěn)定性。沒有先進(jìn)的弧焊電源，要實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的焊接工藝和焊接過程自動(dòng)化也是難以辦到的。因此，應(yīng)該對(duì)弧焊電源的基本理論、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和電氣性能進(jìn)行深入的研究，真正了解和正確使用弧焊電源，進(jìn)而研制出新型的弧焊電源，使焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率得到進(jìn)一步提高。二、弧焊電源的種類弧焊電源種類很多，其分類方法也不盡相同。本書按弧焊電源輸出的焊接電流波形的形狀將弧焊電源分為交流弧焊電源、直流弧焊電源和脈沖弧焊電源三種類型。每種類型的弧焊電源根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同又可分為多種形式。如圖所示?；『缸儔浩? 交流弧焊電源 矩形波弧焊電源弧焊電源一 脈沖弧焊電源 弧焊發(fā)電機(jī) 直流弧焊電源 弧焊整流器 絕緣柵雙極晶體管IGBT 逆變式弧焊電源 晶閘模式 晶體管式三、常見弧焊電源的特點(diǎn)和用途交流弧焊電源交流弧焊電源包括工頻交流弧焊電源（弧焊變壓器）、矩形波交流弧焊電源。下面分述其特及用途。（1） 工頻交流弧焊電源 即是弧焊變壓器，它把電網(wǎng)的交流電變成適合于電弧焊的低電壓交流電，它由變壓器、電抗器等組成。弧焊變壓器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易造易修、成本低、磁偏吹小、空載損耗小、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)。但其輸出電流波形為正弦波，因此，電弧穩(wěn)定性較差，功率因數(shù)低，一般用于焊條電弧焊、埋弧焊和鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊等方法。（2） 矩形波交流弧焊電源 它是利用半導(dǎo)體控制技術(shù)來獲得矩形交流電流的。由于輸出電流過零點(diǎn)時(shí)間短，電弧穩(wěn)定性好，正負(fù)半波通電時(shí)間和電流比值可以自由調(diào)節(jié)，此特點(diǎn)適合于鋁及鋁合金鎢極氬弧焊。 直流弧焊電源（1） 直流弧焊發(fā)電機(jī) 一般由特種直流發(fā)電機(jī)、調(diào)節(jié)裝置和指示裝置等組成。按驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的不同，直流弧焊發(fā)電機(jī)可分為兩種：以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的并與發(fā)電機(jī)組成一體的稱為直流弧焊電動(dòng)發(fā)電機(jī)；以柴（汽）油驅(qū)動(dòng)并與發(fā)電機(jī)組成一體的，稱為直流弧焊柴（汽）油發(fā)電機(jī)。它與弧焊整流器相比，制造復(fù)雜，噪聲及空載損耗大，效率低，價(jià)格高；但其抗過載能力強(qiáng)，輸出脈動(dòng)小，受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響小，一般用于堿性焊條電弧焊。（2） 弧焊整流器 是由變壓器、整流器及為獲得所需外特性的調(diào)節(jié)裝置、指示裝置等組成。它把電網(wǎng)交流電經(jīng)降壓整流后獲得直流電。與直流弧焊發(fā)電機(jī)相比，它具有制造方便、價(jià)格低、空載損小、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)。而且大多數(shù)弧焊整流器可以遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)，能自動(dòng)補(bǔ)償電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)輸出電壓和電流的影響。它可作為各種弧焊方法的電源。 （3）逆變式弧焊電源 它把單相（或三相）交流電經(jīng)整流后，由逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)閹装僦翈兹f赫茲的中頻交流電，降壓后輸出交流或直流電。整個(gè)過程由電子電路控制，使電源獲得符合要求的外特性和動(dòng)特性。它具有高效節(jié)能、重量輕、體積小、功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于各種弧焊方法 是一種很有前途的普及型弧焊電源。順便指出，逆變式弧焊電源既可以輸出交流電，又可以輸出直流電。但目前常用后種形式。因此又可把它稱為逆變式弧焊整流器。脈沖弧焊電源 焊接電流以低頻調(diào)制脈沖方式饋送，一般由普通的弧焊電源與脈沖發(fā)生電路組成。它具有效率高、輸入線能量較小、線能量調(diào)節(jié)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。它主要用于氣體保護(hù)電弧焊和等離子弧焊。四、弧焊電源的現(xiàn)狀及發(fā)展方向焊接技術(shù)的發(fā)展是與近代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展緊密相聯(lián)的?；『鸽娫从质腔『讣夹g(shù)發(fā)展水平的主要標(biāo)志，它的發(fā)展與弧焊技術(shù)的發(fā)展也是互相促進(jìn)、密切相關(guān)的。早期的弧焊電源1802年俄國(guó)學(xué)者發(fā)現(xiàn)了電弧放電現(xiàn)象。并指出利用電弧熱熔化金屬的可能性。但是電弧真正應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，則是在1892年出現(xiàn)了金屬極電弧焊接方法以后。當(dāng)時(shí)電力工業(yè)發(fā)展較快，弧焊電源本身也有了很大的改進(jìn)，到20世紀(jì)20年代除直流弧焊發(fā)電機(jī)外，已開始應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的弧焊變壓器。焊接方法的發(fā)展隨著工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展，不但需要焊接的產(chǎn)品數(shù)增加了，而且許多產(chǎn)品對(duì)焊接質(zhì)量要求也提高了，加之焊接冶金科學(xué)的發(fā)展，20世紀(jì)30年代在薄藥皮焊條的基礎(chǔ)上研制成功了焊接性能優(yōu)良的厚藥皮焊條，更顯示了焊接方法的優(yōu)越性。這個(gè)時(shí)期由于機(jī)器制造、電機(jī)制造工業(yè)及電力拖動(dòng)、自動(dòng)控制等新科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，也為實(shí)現(xiàn)焊接過程機(jī)械化、自動(dòng)化提供了物質(zhì)條件和技術(shù)條件，于是在30年代后期，研制成功了自動(dòng)埋弧焊。20世紀(jì)40年代初，由于航空、核能等技術(shù)的發(fā)展，迫切需要輕金屬或合金，如鋁、鎂、鈦、鋯及其合金等。這些材料的化學(xué)性能活潑，產(chǎn)品對(duì)焊接質(zhì)量的要求又很高，氬弧焊就是為了滿足上述要求而發(fā)展起來的新的焊接方法。50年代又相繼出現(xiàn)了CO2焊等各種氣體保護(hù)電弧焊，以及隨后出現(xiàn)的焊接高熔點(diǎn)金屬材料的等離子弧焊。弧焊電源的發(fā)展各種焊接方法的問世，促進(jìn)了弧焊電源的飛速發(fā)展，20世紀(jì)40年代開始出現(xiàn)了用硒片制成的弧焊整流器。到了60年代由于大容量的硅整流器件、晶閘管的問世，為發(fā)展新的弧焊整流器開辟了道路。70年代以來又相繼成功研制了脈沖弧焊電源、逆變式弧焊電源、矩形波交流弧焊電源?；『鸽娫吹陌l(fā)展方向弧焊電源的飛速發(fā)展，不僅表現(xiàn)在弧焊電源種類的大量增加，還表現(xiàn)在廣泛應(yīng)用電子技術(shù)、控制技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)等方面的理論知識(shí)和最新成就，來不斷提高弧焊電源的質(zhì)量，改善其電氣性能。例如，采用單旋鈕調(diào)節(jié)，即用一個(gè)旋鈕就可以對(duì)電弧電壓、焊接電流和短路電流上升速度等同時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)并獲得最佳配合；通過電子控制電路獲得多種形狀的外特性，以適應(yīng)各種弧焊工藝的需要；提供多種電壓、電流波形，以滿足某些弧焊工藝的特殊需要；采用電壓和溫度補(bǔ)償控制；設(shè)置電流遞增和電流衰減環(huán)節(jié)，以防止引弧沖擊和提高填滿弧坑的質(zhì)量；采用計(jì)算機(jī)控制，具有記憶、預(yù)置焊接參數(shù)和在焊接過程中自動(dòng)變換焊接參數(shù)等功能，使弧焊電源智能化?！　　　　　　　　　　〉诙?jié) 逆變弧焊電源一、 什么是逆變?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中，需要利用電子電路把直流電變成交流電，這種對(duì)應(yīng)于整流的逆向過程就定義為逆變。自70年代以來，隨著電子技術(shù)和大功率快速開頭器件的不斷發(fā)展，逆變技術(shù)除了應(yīng)用在電工、電熱、電化學(xué)等方面之外，已逐步引進(jìn)焊接領(lǐng)域。逆變式弧焊電源（或稱為弧焊逆變器）于1981年首次出現(xiàn)在國(guó)際焊接與切割博覽會(huì)上。由于逆變式弧焊電源具有節(jié)省材料和電能等突出優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在各種類型的弧焊逆變器已相繼研制成功，并逐步應(yīng)用于各種弧焊方法，因此弧焊逆變器是一種很有發(fā)展前途的新型弧焊電源?；『改孀兤鞯慕M成及其作用弧焊逆變器是電子控制的弧焊電源中的一種新類型。因此它的組成、基本原理與通常的電子控制弧焊電源相比在本質(zhì)上是基本相同的，一般都采用閉環(huán)反饋系統(tǒng)控制它的電氣性能，即控制它的外特性和動(dòng)特性?；『改孀兤鞯幕窘M成框圖如圖所示。它的主要組成及其作用如下：焊接輸出變壓器電子功率開關(guān)系統(tǒng)供電系統(tǒng) 輔助電源電子控制系統(tǒng)檢測(cè)電路 給定電路 弧焊逆變器的基本組成框圖（1）主電路： 由供電系統(tǒng)、電子功率系統(tǒng)和焊接電弧等組成。 a 供電系統(tǒng) 把工頻交流電經(jīng)整流器變換為直流電供給電子功率開關(guān)系統(tǒng)（逆變器）。 此外還通過變壓、整流、濾波及穩(wěn)壓系統(tǒng)對(duì)電子控制系統(tǒng)提供所需的各種直流電壓。 b 電子開關(guān)系統(tǒng) 是弧焊逆變器的逆變器主電路，起著變換電參數(shù)（電壓、電流及波形）的作用。并以低電壓大電流向焊接電弧提供所需的電氣性能和工藝參數(shù)。這里必須指出，一個(gè)電子功率系統(tǒng)，其本身并不能焊接，必須與電子控制系統(tǒng)結(jié)合起來才能焊接。也就是說，只有兩者的結(jié)合才能對(duì)焊接電弧提供所需要的電氣性能和焊接參數(shù)。（3） 電子控制系統(tǒng) 對(duì)電子功率開關(guān)系統(tǒng)提供足夠大的、按電弧所需變化規(guī)律的開關(guān)脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)逆變主電路的工作。確切地說，它用于產(chǎn)生焊接電弧所需的靜（外）特性和動(dòng)特性。其主要組成是靜態(tài)單元和動(dòng)態(tài)單元。電子控制系統(tǒng)往往包括驅(qū)動(dòng)電路。（4） 反饋給定系統(tǒng) 由檢測(cè)電路、給定電路、比較放大電路等組成。檢測(cè)電路主要作用是提取電弧電壓和電流的反饋信號(hào)；給定電路用于提供給定信號(hào)，決定對(duì)電弧提供焊接工藝參數(shù)的電流大小；與電子控制系統(tǒng)一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)弧焊逆變器的閉環(huán)控制，并使它獲得所需外特性和動(dòng)特性?；『改孀兤鞯幕竟ぷ髟碓诠╇娤到y(tǒng)中，單相或三相交流電網(wǎng)電壓，經(jīng)輸入整流器整流和濾波器濾波后獲得逆變器所需的平滑的直流電壓。該直流電壓在電子功率開關(guān)系統(tǒng)中經(jīng)逆變器的大功率開關(guān)器件（晶閘管、晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管或IGBT）組成的交替開關(guān)作用，變成幾千至幾萬赫的中高頻電流，再經(jīng)過中高頻變壓器降至適合于焊接的幾十伏低電壓，并借助于電子控制系統(tǒng)的控制電路和給定反饋電路及焊接回路的阻抗，獲得焊接工藝所需的外特性和動(dòng)特性。如果需要采用直流電進(jìn)行焊接，還需經(jīng)輸出整流器整流和濾波，把中高頻交流電變成直流輸出?；『改孀兤髦麟娐返幕竟ぷ髟砜梢詺w納為：工頻交流——直流——逆變?yōu)橹懈哳l交流——降壓——二次整流——直流輸出。 二、逆變的目的弧焊逆變器與弧焊變壓器、直流弧焊發(fā)電機(jī)、弧焊整流器等傳統(tǒng)弧焊電源的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)比較可歸納出如下優(yōu)點(diǎn)：（1） 高效節(jié)能 弧焊逆變器由于體積小，銅耗和鐵耗隨耗用材料減少而大為降低無功功率損耗減少。因此，這種弧焊電源的效率高，可以達(dá)到80%—90%，；空載損耗極小，比傳統(tǒng)弧焊電源節(jié)電1/3以上。（3） 體積小、重量輕 中頻變壓器的重量?jī)H為傳統(tǒng)弧焊電源降壓變壓器的幾十分之一；整機(jī)重量?jī)H為傳統(tǒng)弧焊電源的1/5—1/10；整機(jī)體積也只有傳統(tǒng)弧焊電源的1/3左右。（4） 具有良好的動(dòng)特性和弧焊工藝性能 它采用電子控制電路，可以根據(jù)不同的焊接工藝要求設(shè)計(jì)出合適的外特性，并保證具有良好的動(dòng)特性，從而可進(jìn)行各種位置的焊接，獲得良好的焊接工藝性能。（4）可用微機(jī)或單旋鈕控制調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)。a 根據(jù)材料性質(zhì)決定焊機(jī)的型號(hào)。b 根據(jù)材料厚度決定焊機(jī)的功率大小。c 依據(jù)焊接要求、工藝特點(diǎn)、焊縫的位置、長(zhǎng)短決定焊機(jī)型號(hào)及功率大小。（5）設(shè)備費(fèi)用較低，但對(duì)制造技術(shù)要求較高。第三節(jié) 弧焊電源的一般技術(shù)要求一、焊接對(duì)電弧的要求： 方便起弧 起弧是弧焊的先決條件。焊機(jī)的起弧難易度是焊機(jī)性能的主要參數(shù)之一，能否方便起弧決 定了焊機(jī)性能的優(yōu)劣；起弧的難易也直接影響焊接的效果。 電弧放電穩(wěn)定 穩(wěn)定燃燒的電弧是良好焊接的保障。電弧是一種氣體放電形式，良好的氣體氛圍和穩(wěn)定的輸出電流是保持電弧穩(wěn)定的重要條件。一般而言，手弧焊機(jī)焊接所需氣體氛圍由焊條上藥皮受熱產(chǎn)生，埋弧焊機(jī)則由顆粒狀焊劑層受熱產(chǎn)生；而氬弧焊、CO2氣體保護(hù)焊則由隨機(jī)的氣體瓶提供。 弧長(zhǎng)可在一定范圍變化。由于焊接是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，由于人手的抖動(dòng)、焊條的燃燒，焊條與工件間的距離不可避免地要發(fā)生改變，要持續(xù)焊接，達(dá)到良好的焊接效果，就不能讓電弧熄滅，即要求電弧的長(zhǎng)度在一定的距離范圍內(nèi)改變時(shí)電弧不熄滅。正常焊接要求電弧長(zhǎng)度為： H=(~1)φ (φ為焊條直徑) 拉弧時(shí)，H可達(dá)（2~3）φ。 電弧大小可選擇所需電弧的大小，是根據(jù)工件的厚度及工藝要求等因素決定的，為了適應(yīng)不同工件及不同工藝的焊接需求，要求電弧的大小可以調(diào)節(jié)。二、弧焊電源的一般要求弧焊電源的負(fù)載是電弧，要形成符合焊接要求的電弧，弧焊電源要滿足以下要求： 較大的短路電流和較高的空載電壓：起弧是電流越大，空載電壓越高，越容易起弧。 輸出電流穩(wěn)定：以保持電弧的穩(wěn)定燃燒達(dá)到良好的焊接效果。 具有較寬的電壓跟隨能力：以保證電弧長(zhǎng)度改變時(shí)，電弧不熄滅。 輸出電流可調(diào)節(jié)：以滿足不同要求下的焊接需求。 具備完善的自我保護(hù)系統(tǒng)：焊機(jī)的工作環(huán)境惡劣，完善的自我保護(hù)系統(tǒng)是保證焊機(jī)安全、人身安全的重要保障。三、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)弧焊電源的要求。 國(guó)標(biāo)規(guī)定的常用焊機(jī)額定電流分檔如下：（A） 125，160，250，315，400，500，630 額定工作電壓規(guī)定： 手弧焊機(jī)：V=20+ 氬弧焊機(jī)：V=10+ CO2氣體保護(hù)焊機(jī)：V=14+例如：ARC160機(jī)型的最大輸出額定電壓V=20+160=安全要求 任何弧焊電源應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB155791995之規(guī)定。第四節(jié) 龍?zhí)井a(chǎn)品簡(jiǎn)介四、瑞凌公司產(chǎn)