9第九章电焊机10月21日要点

第1页共35页第九章电焊机第一节弧焊电源一、弧焊电源基本知识1、弧焊电源的含义为焊接电弧供电的系统称为弧焊电源，即在焊接电路上除去电弧以外的电器，包括提供电能的焊接发电机、弧焊变压器及焊接电流调节部分等。2、弧焊电源外特性在稳定状态下弧焊电源的输出电压与输出电流的关系曲线，称为弧焊电源的外特性，也称为弧焊电源静特性。弧焊电源外特性分为平特性与下降特性两大类。平特性又称为恒压特性。下降特性又分为缓降外特性、陡降外特性、垂降外特性三种。其中垂降特性又称之为恒流特性。3、负载持续率JC负载工作的持续时间与全周期时间的比值称为负载持续率。全周期时间或称工作周期，包括负载持续时间与休息时间。GB／T8118—1995规定工作周期为5min、10min、20rain与连续。负载持续率是设计焊机时用以表明某种服务类型的重要参数，介于0～1之间，用百分数表示。按GB／T8118--1995规定为20％、35％、60％、80％、100％五种。弧焊电源的额定电流就是该负载持续率条件下允许的最大输出电流。实际工作时间与工作周期之比称为实际负载持续率，不同实际负载持续率条件下允许使用的输出电流可按下式计算Ir=rNJCJCIN式(9—1)式中Ir——实际负载持续率时的允许使用电流(A)；IN——额定负载持续率时的额定电流(A)；JCN——额定负载持续率；JCr——实际负载持续率。例JCN=60％，IN=300A当JCr=100％时Ir=10060×300A=232A4、约定焊接工作制约定焊接工作制是具有某负载持续率的周期工作制。以约定时间作为一个循环，整个循环由约定的焊接工作时间及随后相应的空载运行时间所组成。5、约定负载电压与约定焊接电流对于不同的焊接方法，包括回路电缆电压降在内的，符合某种约定关系的负载电压与负载电流，称为约定负载电压与约定焊接电流。约定负载电压与约定焊接电流必须是在无感电阻下测定的。(1)对于焊条电弧焊电源U=20+0.04I式(9—2)(2)对于钨极惰性气体保护焊(TIG焊)U=10+0.04I式(9—3)第2页共35页(3)对于脉冲熔化极氩弧焊(MIG焊)储化极活性气体保护电弧焊(MAG焊)电源U=14+0.05I式(9—4)(4)对于埋弧焊电源下降特性的按(1)的规定；平特性的按(3)的规定。式中U——负载电压(约定电压)(v)；I一负载电流(约定电流)(A)。对于焊条电弧焊，电流超过600A时，约定负载电压保持44V不变。对于TIG焊，电流超过600A时，约定负载电压保持34V不变。6、额定电流与额定电流等级在约定焊接工作制、约定负载电压下，约定焊接电流最大值，称为额定电流。按一定规律将焊接电源设备的额定电流分成一定的等级。我国按GB／T8118--1995规定，100A以上按R10优先数系分等；100A以下按R5优先数系分等；2000A以上不作规定。其分挡如下：10A、16A、25A、40A、63A、100A、125A、160A、200A、250A、315A、400A、500A、630A、800A、11000A、11250A、1600A、2000A。二、弧焊电源的空载电压空载电压U0的大小是弧焊电源的一个极为重要的技术指标。它对弧焊的引弧与电弧能否稳定燃烧有着很大影响。弧焊电源空载电压U0高则容易引弧，对于交流弧焊电源，空载电压高则电弧燃烧稳定。但空载电压高则设备体积大、重量大、功率因数低、不经济。空载电压高也不利于焊工人身安全。为此在确保容易引弧、电弧稳定的条件下空载电压应尽可能低些。三、弧焊电源调节范围的要求在焊接时根据焊件材料、几何形状、厚度及焊接位置的不同，要选用不同直径的焊条或焊丝，同时要选用不同的焊接规范。实际焊接工作中要求能灵活地调节焊接电流，在一般情况下，焊接电流能调出的最大电流应达到最小电流的4～5倍以上。第二节弧焊变压器弧焊变压器或称为交流弧焊电源，是具有下降特性的电源，是通过增大主回路电感量来获得下降特性的。它有两种基本结构形式：一种是串联电抗器式弧焊变压器；另一种是增强漏磁式弧焊变压器。弧焊变压器中可调感抗的作用是：不仅用来获得下降特性，还用来稳定焊接电弧和调节焊接电流。一、串联电抗器式弧焊变压器1、分体式弧焊变压器变压器与电抗器是各自独立的，这种弧焊变压器目前有两种：一种是用于钨极氩弧焊的BXl0--100与BXl0--500，它的原理如图2—9—1所示。所用的电抗器是磁饱和式电抗器，在电抗器铁心的中间心柱上有直流控制绕组Wd，调节控制绕组中的控制电流Ic，便可细调焊接电流。另一种分体式弧焊变压器为BP一3×500，如图2—9—2所示。主变压器是一台正常漏磁三相变压器，附12台电抗器，每相接4台，每台电抗器电流调节范围为25～210A。电抗器结构如图2—9—3所示，中间为活动铁心，活动铁心下部与磁轭之间间隙可调，间隙δ增大，电流增大，反之电流减小。第3页共35页图2—9—1BXl0—500型弧焊变压器电路原理图I－变压器L－饱和电抗器UR－整流桥U1－一次电压Uc－控制电压Rk一可调电阻Wd－直流绕组Wa1、Wa2一交流绕组Фa1、Фa2一交流磁通Ic－直流控制电流图2—9—2BP－3×500多站焊条电弧焊电源WL－电抗器绕组2、同体式弧焊变压器同体式弧焊变压器如图2—9—4所示，电抗器与变压器公用一个磁轭，电抗器有一活动铁心，调节活动铁心的气隙δ便可调焊接电流。这类弧焊变压器多用作大功率电源，如BXI－1600、BX2—1000，BX2－2000用作埋弧焊电源。为了减少电网电压波动对空载电压的影响，设置了79、80、81、82各端点进行调节。第4页共35页图2—9—3电抗器结构图2—9—4同体式弧焊变压器δ一空气隙WL-电抗器绕组δ一空气隙WL－电抗器绕组二、增强漏磁式弧焊变压器1、动圈式弧焊变压器BX3—120、BX3－300、BX3—500等弧焊变压器是动圈式，其结构示意图如图2—9—5所示。由图可知，焊机的下降外特性是因动绕组(二次绕组)和静绕组(一次绕组)之间有距离l，产生了漏抗作用而形成的。焊机的电流调节，就是用摇动手柄调节动、静绕组问的距离l，从而改变了焊机漏抗的大小，由此可获得不同的焊接电流。第5页共35页图2—9—5BX3系列弧焊整流器结构示意图1－静绕组2－动绕组3－电流指针4－铁心5－调节手柄6－丝杠支架7－丝杠8－动绕组螺母9－弹簧10－浮动螺母11－铁心紧固螺钉l一动、静绕组间的可调距离图9－6动圈式弧焊变压器调节特性焊机的调节特性如图11—6所示，从图中可以看到这种弧焊变压器输出电流I与间隙l之间的关系是非线性的，当l增大到一定程度之后，l再增加，电流变化就不太明显了。第6页共35页图2—9—7动圈式弧焊变压器外特性图2—9—7为动圈式弧焊变压器外特性，转换开关指向Ⅰ时为小电流挡，此时空载电压高，有利于小电流时稳弧。转换开关指向Ⅱ时为大电流挡，这时弧焊变压器振动小，但调电流时W移动距离大，铁心尺寸高，消耗电工材料多。2、动铁心式弧焊变压器BXl—300、BXl—330、BXl—500等弧焊变压器是动铁心式。一、二次绕组W1、W2都是固定绕组，其间放一个活动铁心作为W1、W2间漏磁分路，移动活动铁心可以调节电流。这种弧焊变压器结构紧凑，节省电工材料，电流变化与动铁心移动距离呈线性关系，故电流调节均匀。BXl—330弧焊变压器的电流调节是采用粗调(分大小两挡)和细调相配合的方法实现的。其电流细调节，是用移动活动铁心来改变动、静铁心的相对位置来获得所需的焊接电流。调节机构示意图如图2—9—8所示，电路原理如图2—9—9所示。图2—9—8BXl—330型弧焊变压器动铁心调节机构示意图δ1、δ2一动铁心与静铁心之间的间隙1－静铁心2－动铁心3－导轨4－丝杠5－螺母BXl—300型与BXl—330型弧焊变压器虽然同属动铁心式，但因活动铁心的结构形式不同，其电流调节机构也有较大的差别。图2—9—10所示是BXl—300型弧焊变压器的斜形动铁心调节机构的示意图。由于该焊机活动铁心是斜(梯)形的，所以这种焊机也叫斜铁式。它没有换挡，只是动铁心一种方式调节，调节范围宽、刻度均匀、使用方便，是当前的推广类型。第7页共35页图2—9—9BXl—330型弧焊变压器电路原理图1－二次端子板2－换挡接线导电板3－一次端子板U1－一次电压W1－一次绕组W21、W22、W23、W24－二次绕组3、抽头式弧焊变压器BX6－120、BX6－160、BX6－300等弧焊变压器为抽头式，如图2—9—11所示。图2—9—11a中，一次绕组W1分为W11与W12两部分，二次绕组也分为W21、W22两部分，变压器的漏感抗为XT=k(1-λ)2N22λ=2122121211NNNNNN式中λ——重合率；k——系数，与铁心形状、尺寸及线圈布置形式有关；N——绕组圈数。改变开关Ql、Q2的位置可调电流。调Q1时使绕组W12增加的圈数与绕组W11减少的圈数相等，以保持空载电压U0不变。用Q2进行粗调，可使小挡时空载电压高，以利于小电流稳弧。图2—9—11b是为增大漏抗而增加一个固定漏磁分路。抽头式弧焊变压器结构紧凑，无活动部分故而无振动，电流是有级调节，不能细调。它的重量轻，便于移动，适合于维修工作使用。BX6—120弧焊变压器一次电路里串接了温度继电器KT，放置在工作温度最高的绕组处，当焊机工作一段时问后，绕组发热，当温度达到预定值时，温度继电器的触头扣开，切断了输入电路，致使焊机停止工作，从而防止绕组由于温升过高而烧坏，使焊机得到保护。第8页共35页图2—9—10BXl—300型弧焊变压器斜形动铁心调节机构示意图1－静铁心2－动铁心3－导轨4－黄铜垫块5－丝杠6－弹簧板7－调整螺钉8一楔块δ一动、静铁心间的间隙图2—9—11抽头式弧焊变压器a)二心柱式b)三心柱式第9页共35页第三节直流弧焊发电机由于直流弧焊发电机坚固耐用，不易发生故障，工作电流稳定，深受用户欢迎。但由于它效率低，电能消耗多，磁极材料消耗多，噪声大，故由电动机驱动的弧焊发电机在国外基本上已经被淘汰，在国内也正处在被淘汰之中。但内燃机驱动的弧焊发电机是野外无电网处施工所必需的焊机，需要量仍然很大。现有直流弧焊发电机按照结构的不同，主要有差复励式弧焊发电机、裂极式弧焊发电机、换向极去磁式弧焊发电机三种。一、差复励式弧焊发电机AX－250、AXl—500、AX7—250、AX7—500等弧焊发电机是差复励式。图2—9—12所示是AX7—500型弧焊发电机电路原理及电磁结构图。负载时它的工作是他励磁通ФSP与串励去磁磁通ФSE之差，负载电压U=k(ФSP－ФSE)，ФSP恒定，ФSE与负载电流成正比，故I增加则U下降，输出为下降特性，如图2—9—13所示。调Isp可均匀调节电流，但对空载电压影响较大。调WSE可粗调电流而不影响空载电压。AXl—500型是并励差复励式弧焊发电机，其电路原理及电磁结构如图2—9—14所示。二、裂极式弧焊发电机AX一320、AXID－320等弧焊发电机是裂极式。图2—9—15所示是裂极式弧焊发电机电路原理及结构示意图。裂极式直流弧焊发电机有4个磁极，南北极不是互相交替排列，而是两个北极Nm、Nq，两个南极Sm、Sq，相邻配置在一起。在水平方向的一对磁极称为主磁极Nm、Sm，极身有缺口，使极身截面变小，易饱和。垂直方向的一对磁极称为横极(也称交极)Nq、Sq，极身截面积较大，不易饱和。从图11—15中看到Nm、Nq与Sm、Sq如此排列的两对磁极，好像是由一对大磁极N、S分裂而成的，故名裂极式。（a）第10页共35页（b）图2—9—12AX7－500型焊机电路原理及电磁结构图a)电路原理图b)电磁结构图M－电动机G－发电机UR－整流桥S－变更极性开关肛电流细调节电阻N、S－主磁极Nc、Sc－换向磁极WSP－他励绕组WSE－串励磁组ФSP－他励磁通ФSE－串励磁通a、b－主电刷第11页共35页图2—9—13AX－500弧焊发电机外特性曲线发电机有三个电刷，a、b为主电刷，为焊机输出端；c为辅助电刷。励磁绕组的电流是由