弧焊设备及控制技术实验指导书

《弧焊设备及控制技术》实验指导书实验一、直流TIG电弧静态伏安特性及弧压与弧长特性的测定一、实验目的1．了解直流TIG电弧在30~300A范围内，电弧电压与电弧电流及弧压与弧长之间的相互关系。2．掌握电弧静态伏安特性的测试方法。二、实验装置及器材1．直流TIG焊机一台；2．水冷铜板一块，φ3.0钨棒一根；3．氩气瓶，流量计及减压阀一组；实验装置如简图1所示。三、说明电弧静态伏安特性（简称电弧静特性）是焊接电弧的重要电特性之一。在一定的弧长下，电弧电流从小到大逐渐递增时，伏安特性似呈U形，如图2所示。在I段电弧呈负阻特性，即电弧电阻随电流增大而减小；在Ⅱ段呈等压特性，电弧呈无阻特性；在Ⅲ段，电弧电压随电弧增大而增加，呈正阻特性，在各种不同材料、不同尺寸的电极以及不同介质中所产生的电弧其静特性的变化趋势基本一致。当电弧稳定燃烧时，电弧电流及电压既处于电弧静特性上，又要处于电流外特性曲线上，所以电弧静特性与电源外特性曲线的交点就是电弧的稳定工作点，见图3。改变电源的外特性，就可改变电弧的工作点，从而测得电弧的伏安特性。为了测量完整的U形电弧静特性，必须采用可变陡降外特性电源，此外，为了扩展小电流的测试范围并增加小电流电弧的稳定性，在电源的输出端串接一只镇定电阻器。当电弧电流处在静特性的Ⅱ段时，电弧电压与弧长的关系可用公式：Uf=a+blf表示（lf—弧长），由此可见，弧压与弧长呈线性关系，直线的斜率b表示电弧弧柱区的电场强度，截距a则表示电弧的阴极区与阳极区压降之和。在实际生产中，可以通过改变保护气体种类和电极材料来改变电弧弧柱区的电场强度及阴极区，阳极区压降，以满足工艺上的需要。IfⅠUfⅡⅢ图2UfIf图3图1.实验装置四、实验方法1．测量电弧静特性（1）按图1接线，接线完毕后检查一遍接线是否正确。然后给焊枪和水冷铜板通入冷却水。（2）把电板间的距离和氩气的流量调节到合适的数值，（氩气流量调在10升/min左右），接通焊机的振荡器的电源，启动振荡器产生电弧。（3）分别在电极距离为2mm，4mm，6mm时使电流在20A~300A范围内变化，测量记录相应的电流与电弧电压数值。2．测量弧压与弧长特性（1）用和上述相同的程序产生电弧。（2）将电弧电流保持在150A左右，测定电极距离为2mm，4mm，6mm时的电弧电压值。五、实验数据整理1．取电弧电压为纵轴，电弧电流为横轴，绘出电弧的静特性曲线。2．取电弧电压为纵轴，弧长为横轴，绘出弧压与弧长的关系曲线，并求出弧柱区的电场强度及阴极区、阳极区压降之和。六、分析1．分析影响弧柱区电位梯度及阴极区、阳极区压降的因素；2．分析影响测量精度的因素。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；实验装置接线图如图4所示。三、说明图4.实验装置接线图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。2．检查接线无误后，合上主电源，并将弧焊电源的输出调在最小档，电阻箱的所有闸刀都断开，记下这时电压表的读数。3．按下强力接触器或将焊钳夹到钢板上造成暂时短路，记下电流表的读数，然后迅速断开。4．依次合上电阻箱的闸刀，使电源输出电流依次递增，依次记下对应的电压表和电流表读数。5．分别将弧焊电源的输出调到中间档和最大档，重复2、3、4的过程。五、实验结果整理取电子的电压为纵轴、电弧电流为横轴、绘出电源的外特性曲线。六、分析与思考1．绘出弧焊电源在小、中、大档输出情况下，其输出电压与输出电流的关系曲线。2．指出所测弧焊电源的的外特性属哪一种类，它适用于哪些弧焊方法。3．分析所测弧焊电源的外特性调节原理与调节方式。实验三平特性弧焊电源的输出参数调节一、实验目的：1.认识和理解平特性弧焊电源的输出参数调节原理；2.了解平特性弧焊电源的应用，掌握等速送丝熔化极气保护电弧焊的焊接参数设定及调节方法；二、实验设备及材料1.YD-350GL3全数字脉冲MIG/MAG焊机一台；2.氩气瓶、CO2气瓶、混合气体配比器及供气系统；3.可调速行走小车及轨道；4.ER50-6（H08Mn2Si）￠1.2焊丝一盘，厚度在10mm以上的A3钢材质的焊接试板等。三、实验原理简介平特性弧焊电源是指外特性曲线工作区段近似为水平直线的一类弧焊电源，其完整的外特性曲线一般为“L”形状。这类弧焊电源主要用于等速送丝的熔化极气体保护焊，如CO2气保护焊（MAG焊）、熔化极氩弧焊（MIG焊）和活性气体保护焊（MAG焊），其中MAG焊（Ar＋CO2混合气体）是当今钢结构工业生产中广泛采用的弧焊方法，优点是焊接质量好、生产效率高、相对成本较低。YD-350GL3全数字脉冲MIG/MAG焊机的输出参数控制有独立调节和一元化调节两种方式。选用独立调节时，焊接电流、电弧电压的调定是分两个方面独立进行的，其原理见下图所示，即电弧电压的调定是通过设定电源内部参数，进而改变外特性工作区段平台的高低来实现的；而焊接电流的调定是通过设定送丝速度ν来实现的（见右图）。等速送丝熔化极气体保护焊电弧的稳定性、熔滴过渡方式、焊缝的外观成型等焊接工艺性能取决于焊接电流与电弧电压间的匹配，生产中根据经验给定了二者间的关系曲线称之为负载特性曲线。该设备的一元化调节方式既是根据该原理设计而成。四、实验内容、方法及步骤1.实验准备（1）观察设备构造、性能特点，检查气路、焊机外部接线和仪表接线，并熟悉操作方法；（2）准备好钢板、焊丝，接通氩气、CO2气体及混合配比器，气体流量设定为Ar：15L/min，CO2：5L/min；（3）调节行走小车速度及焊炬位置；（4）测定实际送丝速度将焊机上的电流调节旋钮分别调至不同刻度，在空载下测量对应送丝长度。2.电源外特性测定（1）将设备控制面板上的输出参数控制方式选为“独立调节”方式；（2）将焊机上的电压旋钮固定在某个刻度上，将送丝速度由快至慢均匀递减，依次记录过程中六个稳定状态下对应的电流、电压读数。观察并记录不同输出参数下焊接电弧的弧长、熔滴过渡形式、焊接飞溅大小及对应的焊缝外观成形情况，优选出一组最佳规范；（3）改变电压调节旋钮位置，分别固定在另外两个刻度上，重复进行步骤（1）；（3）根据实验记录数据及观察结果制表并绘制电源的外特性曲线。3.等熔化曲线测定（1）将设备控制面板上的输出参数控制方式保持为“独立调节”方式；（2）将送丝速度旋钮固定在某个刻度上，将电压旋钮由小至大均匀调节，依次记录过程中六个稳定状态下对应的电流、电压读数。观察并记录不同输出参数下焊接电弧的弧长、熔滴过渡形式、焊接飞溅大小及对应的焊缝外观成形情况，优选出一组最佳规范；（3）改变送丝速度调节旋钮位置，分别固定在另外两个刻度上，重复进行步骤（1）；（4）根据实验记录数据及观察结果制表并在已绘制的电源外特性曲线图形上补充绘制焊丝的等熔化曲线。4.一元化调节的输出曲线测定（1）将设备控制面板上的输出参数控制方式改为“一元化调节”方式；（2）对焊接电流（电弧电压）作均匀递增调节，依次记录过程中六个稳定状态下对应的电流、电压读数。观察并记录对应参数下焊接电弧的弧长、熔滴过渡形式、焊接飞溅大小及对应的焊缝外观成形情况。五、实验结果分析1．分析该设备焊接电流与电弧电压的调节方法及原理；2.在Uf-If坐标系中标定出通过“独立调节”方式实验优选出的焊接规范，分析其分布规律；3.绘制一元化调节方式下的焊接电流与电弧电压的曲线，拟合出二者间的关系方程，并与“独立调节”方式下的优选结果进行对比性分析。附件1：实验3所用设备的焊接电流与实际送丝速度对照表附件2：实验3推荐的记录表格一、“电源外特性测定”实验记录表格外特性曲线1：本组优选出的焊接规范：序号实际电弧电压（v）焊接电流（A）熔滴过渡特点电弧稳定性飞溅程度焊缝外观成型外特性曲线2：本组优选出的焊接规范：序号实际电弧电压（v）焊接电流（A）熔滴过渡特点电弧稳定性飞溅程度焊缝外观成型外特性曲线3：本组优选出的焊接规范：序号实际电弧电压（v）焊接电流（A）熔滴过渡特点电弧稳定性飞溅程度焊缝外观成型焊接电流（A）110130150170190210送丝速度(m/min)2.432.803.163.924.806.05二、“等熔化曲线测定”实验记录表格等熔化曲线1：本组优选出的焊接规范：序号实际焊接电流（A）电弧电压（V）熔滴过渡特点电弧稳定性飞溅程度焊缝外观成型等熔化曲线2：本组优选出的焊接规范：序号实际焊接电流（A）电弧电压（V）熔滴过渡特点电弧稳定性飞溅程度焊缝外观成型等熔化曲线3：本组优选出的焊接规范：序号实际焊接电流（A）电弧电压（V）熔滴过渡特点电弧稳定性飞溅程度焊缝外观成型三、优选出的焊接规范序号123456焊接电流（A）电弧电压（V）