焊接工艺问答之焊接电弧及弧焊电源二模板.doc

焊 接 工 艺 问 答

二、焊接电弧及弧焊电源

31      试述裂极式弧焊发电机结构及工作原理。
焊机有四个磁极，在空间不是交替排列，而是两个北极N主、N交和两个南极S主、S交相邻配置，能够看成是一对磁极分裂而成（图中点线所表示），见图17a。在磁极中心装有主电刷a和b，中间再装一个辅助电刷c，两组并励励磁绕组接在主电刷a和辅助电刷c之间，其中一组分布在四个极上，另一组则只绕在交极上，并在它回路中串有一可变电阻RP，见图17b。

焊机起动时，因为磁极中有剩磁，将在并励回路中产生感应电流，此感应电流在并励绕组中产生并励励磁磁通，其方向和剩磁方向一致，使总磁通增加，依次反复，直到建立起稳定空载电压。所以，焊机起动时不能反转，不然使剩磁消失，空载电压无法建立（焊机没有电）。
焊接时，因为电枢反应产生磁通ф电枢方向在电枢几何中性面ab上，当电枢逆时针方向旋转时，ф枢从b指向a和ф1相同起加磁作用，但因为主极颈部开有缺口，铁心截面减小，在工作状态时磁路已趋饱和，无法起到加磁作用。但在ф枢交极方向分量垂直向上和ф2方向相反，起去磁作用，使焊机取得下降外特征。
焊接电流经过移动电刷位置实施粗调，改变励磁回路中可变电阻RP进行细调。其产品型号有AX-320、AXD-320，后者可用作内燃机驱动。
32      试述换向极去磁式弧焊发电机结构及工作原理。
这种换向极去磁式焊机磁路结构，见图18。其特点是换向极极靴形状不对称，迎着电枢旋转方向为前极尖，其前极尖宽且长，后极窄而短，换向极前极尖和异名主磁极相靠近；后极尖和异名主磁极间间隙较大，且换向极和电枢表面间间隙不均等，以前极尖到后极尖间隙逐步由小变大，其目标是使换向极下面磁通分布在换向极中心线前半部磁通量大于后半部磁通量。因换向极磁通和前极尖靠近主磁极磁通方向相反，起去磁作用。另外，因换向极前极尖靠近异名主磁极，这么由原来主极N经电枢进入主极S主磁通，负载时一部分主磁通将不再进入电枢而直接进入换向极N换前极尖，这就降低了为N极下面电枢表面所切割磁能，也起到了去磁作用。弧焊发电机就是依靠这两部分去磁作用而取得下降外特征。

焊接电流依靠改变电刷位置进行粗调，依靠改变并励绕组可变电阻进行细调。这类焊机产品型号有AX3-300、AX3-3-00-1、AX4-400等。
33      试述弧焊发电机使用过程中常见故障及排除方法。
弧焊发电机因为内部有旋转部分，所以在使用过程中出现故障可能性要多部分。弧焊发电机常见故障及排除方法见表4。

表4 弧焊发电机常见故障及排除方法
故 障 特 征
产 生 原 因
排 除 方 法
焊机起动后电动机反转
三相异步电动机和网络接线位置有错误
将三相电源线中任意两相换接
起动后电动机转速慢，有嗡嗡声
1、三相熔丝中有一相被烧断
2、电动机定子线圈断线
1、更换熔丝
2、消除断线
电刷和换向器间有火花
1、电刷和换向器接触不良
2、电刷被卡信或松动
3、换向片间云母突出

4、部分换向片凹下或突出
1、清洁并修整电刷和换向器接触面
2、调整电刷在电刷架中间隙
3、去除突出云母，拉深云母槽，使云母低于换向器表面
4、研磨或上车床车削
焊接电流忽大忽小
1、焊接回路接触处接触不良
2、电流调整器可动部分随焊机振动而移动
1、检验焊接回路接触处，并使之接触良好
2、检修电流调整器，使可动部分不易移动
焊机过热
1、焊机过载
2、发电机电枢绕组短路
3、换向器表面污染或短路
1、减小焊接电流或降低负载连续率
2、消除短路处
3、清理换向器表面，消除短路

34      试述弧焊整流器种类及其优缺点。
弧焊整流器是现在替换弧焊发电机直流弧焊电源。其种类可分成硅弧焊整流器、晶闸管式弧焊整流器、晶体管式弧焊整流器、弧焊逆变器等。和弧焊发电机相比较，弧焊整流器含有效率高、空载损耗小、节省电机材料、结构和维修简单和噪声小等一系列优点。只是现在市场价格比弧焊发电机略高部分。
35      试述硅弧焊整流器工作原理及特征。
硅弧焊整流器以硅二极管作为整流元件，将50Hz单相或三相交流网路电压，利用降压变压器T降为几十伏特电压，经硅整流器Z整流和电抗器L滤波取得直流电，从而对焊接电弧供电，其基础原理框图见图19。

⑴降压变压器 有单相和三相两种。可利用抽头调整空载电压和焊接电流，也可增大漏抗以取得下降外特征。
⑵硅整流器 用硅二极管组成单相或三相整流器。
⑶输出电抗器 这是指接在直流回路中一个带铁心并有间隙电抗绕组，起滤波和改善动特征作用。
焊机外特征调整方法有两种：一个为机械调整，即采取抽头式、动铁心式、动绕组式降压变压器，其降压变压器工作原理和弧焊变压器相同。另一个为电磁调整，即在降压变压器和硅整流器之间接一磁饱和电抗器（磁放大器），借助改变其磁饱和程度来进行调整。
硅弧焊整流器关键优点是结构简单、坚固耐用、工作可靠、噪声小、维修方便和效率高。其缺点是可调焊接工艺参数少，调整不够灵活、不够正确并受网路电压波动影响较大，所以只能用在质量要求不高产品焊接。
36      试述多种硅弧焊整流器结构及工作原理。
多种硅弧焊整流器结构及工作原理简述以下：
⑴动铁心式、动绕组式硅弧焊整流器 在三相动铁心式、动绕组式弧焊变压器输出端，接入硅整流器就成为动铁心式、动绕组式硅弧焊整流器。焊机均可无级调整。但功率因数较低，只有0.5～0.65，不能遥控，没有网络电压赔偿，外特征为缓降特征，关键用于手弧焊及钨极氩弧焊。产品型号有ZXG1-160、ZXG1-250、ZXG1-400、ZXG6-300、ZXG3-500等（动绕组式）。
⑵抽头式硅弧焊整流器 由抽头式弧焊变压器和硅整流器组成。焊机经过弧焊变压器抽头换挡进行有级调整焊接工艺参数，还不能遥控，没有网络电压赔偿，但含有功率因数大、效率高优点。缓降特征用于手弧焊和钨极氩弧焊，平特征用于多种通常要求熔化极气体保护焊。其产品型号有ZPG-200和ZPG-250等。
⑶磁放大器式硅弧焊整流器 在降压变压器和硅整流器之间接入磁放大器。焊机能够无级调整焊接工艺参数，有网络电压赔偿（但效果不理想），可遥控，但控制电流较大，调整速度慢，不灵活，耗料多，有逐步被淘汰趋势。其产品型号有ZXG-400、ZPG1-500、ZXG7-300-1、ZPG7-1000、ZPG6-1000（多站式）等。
37      试述晶闸管式弧焊整流器工作原理及特征。
利用晶闸管桥来整流，利用电子电路来实现控制功效，所以是一个电子控制弧焊电源。焊机工作原理图见图20。三相50Hz网络电压由降压变压器T降为几十伏特电压，借助晶闸管VT整流和控制，经输出电抗器L滤波和调整动特征，从而输出所需直流焊接电流。用电子触发电路控制并采取闭环反馈方法来控制外特征，以取得平、下降等多种形状特征，对焊接电压和焊接电流进行无级调整。M为电流、电压反馈检测电路，G为给定电压电路，K为运算放大电路，它把反馈电压信号和给定电压比较后电压进行放大并送到脉冲移相电路，从而实现对外特征控制和工艺参数调整。

焊接特征：
1）   结构简单。
2）   易取得多个外特征并对其进行无级调整。
3）   动特征好，反应速度快。
4）   电源输入功率小，焊接电流、电压调整范围大。
5）   能很好地赔偿网路电压波动和周围温度影响。
6）   对于较慢焊接过程可采取微机控制。
晶闸管式弧焊整流器产品型号有ZDK-250、ZDK-500、ZX5-250、ZX5-400等。
38      试述晶体管式弧焊整流器工作原理及特征。
在硅整流器直流回路中串入大功率晶体管组，以取得所需任意类型外特征和对电流、电压进行无级调整称为晶体管式弧焊整流器。它是电子控制弧焊电源，其基础原理框图见图21。晶体管在主电路中起“电子开关”或“线性放大调整器”作用，以“开关式”或“模拟式”晶体管组和闭环反馈对外特征和输出电流波形进行控制。

和晶闸管式弧焊整流器比较，晶体管式弧焊整流器含有以下特征：
1）   晶体管通断快速，控制十分灵活，正确度高。
2）   能够对外特征曲线形状进行任意控制。
3）   可调工艺参数多，调整范围宽，尤其是脉冲电源，能精密地控制电弧能量，以适应多种位置、多种材料、不一样厚度和形状焊件焊工艺需要。
4）   动特征好，可实现小飞溅或无飞溅焊接。
5）   可对网络电压波动、温度改变和其它干扰原因改变进行有效赔偿，确保输出电流、电压稳定性。
6）   脉冲频率高，能够任意调整。
7）   对微机控制含有很强适应能力。
8）   效率较低，功率损耗较大。
9）   设备质量大，成本高，维修较困难。
晶体管式弧焊整流器产品型号有PULSE350、NZC6-315T等。
39      试述弧焊逆变器工作原理及特征。
弧焊逆变器是弧焊电源最新发展，它是利用逆变技术研制成一个含有发展前景弧焊电源。弧焊逆变器基础原理框图见图22。

单相或三相50Hz（频率f1）交流网路电压经输入整流器V1整流和电抗器滤波，借助大功率电子开关（晶闸管、晶体管或场效应管）交替开关作用，又将直流变换成几千或几万Hz中频交流电（f2），再分别经中频变压器T、输出整流器V2和电抗器L降压、整流和滤波就得到所需焊接电压和电流，其逆变系统可表示为
交流—直流—交流—直流
弧焊逆变器常见多个外特征曲线形状见图22。其中图23中a、b、d是用于手弧焊外特征，图23c是用于变速送丝熔化极气体保护焊外特征。

弧焊逆变器含有以下特征：
1）高效节能，其效率可达80%～90%，功率因数可达0.99，空载损耗极小，只有数十至一百余瓦特，所以节能效果显著。
2）重量累、体积小。中频变压器重量只有传统弧焊电源降压变压器几十分之一，整机重量仅为常见弧焊整流器和弧焊发电机1/5～1/10。
3）含有良好动特征和弧焊工艺性能。
4）   调整速度快，全部焊接工艺参数均可无级调整。
5）   含有多个外特征，能适应多种弧焊方法需要。
6）   可用微机或单旋钮控制调整。
7）   设备费用较低，但制造技术要求较高。
弧焊逆变器产品型号有ZX7-250、ZX7-400（晶闸管式）、ZXC-63、ZX6-160（场效应管式）。
40      试比较多种直流弧焊电源关键技术指标。
多种直流弧焊电源（弧焊发电机、弧焊整流器、弧焊逆变器）关键技术指标见表5。

表5 多种直流弧焊电源关键技术指标比较
弧焊电源
类 型
电源电压
(V)
空载电压
(V)
输出电流
(A)
负载连续率(%)
效率(%)
功率因数
质量(㎏)
外形尺寸
(mm)
弧焊发电机
（AX-320）
3×380
50～80
320
50
53
0.87
530
195×600×992
弧焊整流器
(ZXG7-300-1)
3×380
72
300
60
68
0.65
200
410×600×790
晶闸管弧焊逆变器
(CAAYWELD350)
3×380
50
300
60
83
0.95
37
570×265×410
晶体管弧焊逆变器
(US220AT)
220
55
220
60
81
0.99
25
250×550×365
场效应管弧焊逆变器
(LUA400)
200
3×
380
67
400
35
80
0.9
48

41      试述弧焊整流器使用过程中常见故障及排除方法
弧焊整流器常见故障及排除方法见表6。

表6 弧焊整流器常见故障及排除方法
故 障 特 征
产 生 原 因
排 除 方 法
空载电压太低
1、电网电压过低
2、变压器一次绕组匝间短路
3、饱和电抗器绕组匝间短路
4、磁力开启器接触不良
5、整流元件击穿
1、调整电压至要求值
2、检修变压器绕组
3、检修饱和电抗器
4、使磁力开启器接触良好
5、更换整流元件
焊接电流调整失灵
1、控制绕组匝间短路
2、焊接电流控制器接触不良
3、控制整流回路元件损坏
1、消除短路
2、检修焊接电流控制器
3、更换元件
焊接过程中电压忽然降低
1、主回路全部或部分短路
2、三相熔丝断了一相
3、整流元件被击穿或短路
4、控制电路断线
1、检修线路
2、更换熔丝
3、更换整流元件
4、检修控制电路
焊接电流不稳定
1、主回路接触器触点抖动
2、控制回路接触不良
3、稳压器赔偿绕组匝数不适宜
4、风压开关抖动
1、检修接触器
2、检验各连接点和活动触点
3、调整赔偿绕组匝数
4、检验并消除抖动
风扇电动机不转
1、熔丝烧断
2、电动机绕组断线
3、按钮开关接触不良
1、更换熔丝
2、检验并修复电动机
3、检修按钮开关

42      什么是脉冲弧焊电源？并试述其工作原理。
输出焊接电流为周期改变脉冲式电源，称为脉冲弧焊电源。
脉冲弧焊电源由基值电流和脉冲电流两种电流组成，能够分别由两个电源提供，也能够由一个电源提供幅值大小交替改变电流。多个关键脉冲弧焊电源基础原理框图及输出波形见图24。通常可利用以下多个方法来取得脉冲电源。
⑴利用硅二极管整流作用 网络电压经T降压后借助硅二极管进行半波或全波整流，从而取得50Hz或100Hz正弦半波脉冲电流，见图2-24a。

⑵利用电子开关作用 在直流弧焊电源交流侧（图24c）或直流侧（图24e接上晶闸管组，组成交流断续器或直流断续器，借助其开关作用取得脉冲电流。
⑶利用阻抗变换作用
1）变换交流侧电抗值 利用三相磁放大器MA每相阻抗不平衡或使其励磁电流为脉冲形式，均可取得脉冲电流，见图24b。
2）变换直流侧电阻值 网络电压经T降压变压器降压和V整流后，借助晶体管组VU变换电值作用，便于取得任意脉冲电流波形，见图24f。
⑷利用给定信号变换或电流截止反馈作用
1）给定信号变换式 在晶体管式、晶闸管式弧焊电源控制电路中，把脉冲信号指令送到给定值电路，从而在主电路取得脉冲电流，见图24a、f、g（其中g为逆变弧焊器）。
2）电流截止反馈式 借助周期性改变电流截止反馈信号，使晶体管弧焊电源取得脉冲输出，见图24f。脉冲弧焊电源产品型号有ZPG3-200（脉冲直流钨极氩弧焊）、NSA5-25电源（脉冲钨极氩弧焊）。
43      试述弧焊变压器并联运行目标及方法。
当一台焊机输出电流不够用时，可将两台焊机并联运行，此时总焊接电流为两台焊机输出电流之和。并联方法是将两台弧焊变压器一次绕组接在网络同一相，二次绕组也必需同相相连，见图25。连接后必需进行检验，不然将并联接成串联，空载电压相加，很危险。检验方法是先将两台弧焊变压器二次绕组任意两个接线端相连，然后用电压表接其它两接线端，若电压表指示为零，则接法正确。

注意事项：
1）空载电压相同焊机，不管容量、型号是否相同，全部可进行并联运行。
2）并联运行中弧焊变压器要注意负载电流协调分配，最好两台焊机输出电流相同。
44      试问一台大容量焊机能否供两名焊工同时使用？
不能够。因为两名焊工操作时引弧有前后，当第一名焊工引弧后进行正常操作时，第二名焊工接着引弧，因为引弧时焊条和焊件必需
相碰发生短路，所以焊机输出电压为零，这么会使第一名焊工正在燃烧电弧立即熄灭，当然第二名焊工将焊条提起时电弧能引燃燃烧。假如第一名焊工再引弧，则第二名焊工电弧又将熄灭，如此反复，实际上只能有一各焊工进行正常操作（多站式焊机除外）。
理论上说，当两名焊工焊条在同一瞬间同时引弧时，两电弧能同时燃烧，但实施起来几乎是不可能。
45      手弧焊时，转动焊机调整手柄，是否可改变电压大小。
基础上不改变。因为手弧焊时电弧静特征曲线工作部分为近似于水平直线，转动焊机调整手柄只是改变焊接电流（电源外特征曲线和电弧静特征曲线交点在电弧静特征曲线上移动），电压不变。电弧电压值只决定于电弧长度。
46      试述焊机安装时应遵照标准。
焊机安装时应遵照以下标准：
1）焊机工作环境应和焊机技术说明书上要求相符。如在气温过高或过低、湿度过大、气压过低和在含有腐蚀性或爆炸性等特殊环境中作业时，应使用适合特殊环境条件性能焊机，或采取防护方法。
2）必需将焊机平稳地放在通风良好、干燥地方，不准靠近高热和易燃、易爆危险环境。
3）焊机应预防碰撞或猛烈振动（尤其是弧焊整流器），室外使用焊机，必需有防雨、雪防护方法。
4）焊机必需有专用独立电源开关，其容量应符合要求，当焊机超负荷时，应能自动地切断电源。严禁多台焊机共用一个电源开关。
5）电源控制装置应装在焊机周围人手便于操作地方，周围留有安全通道。
6）焊机一次电源线长度通常不宜超出2～3m。当有临时任务需要较长电源线时，应沿墙或立柱用瓷瓶隔离布设，其高度必需距地面2.5m以上，不许可将电源线拖在地面上。
7）焊机外露带电部分应设有完好防护（隔离）装置，焊机裸露接线柱必需设有防护罩。使用插头插座连接焊机，插销孔接线端应用绝缘隔板隔离，并装在绝缘板平面内。
8）焊机外壳必需接地，接地装置必需常常保持连接良好，禁用氧气管道和乙炔管道等易燃、易爆气体管道作为接地装置自然接地极，预防因为产生电阻热或引弧时冲击电流作用，产生火花引爆。
9）焊机接入电网时，二者电压必需一致。
10）弧焊发电机接入电网后，应先起动试车，观察换向器旋转方向是否和焊机上要求旋转方向相一致。如相反，则应更换三相电源线中任意两相位置。
11）焊机接线和安装应由专门电工负责，焊工不得自行动手。
47     怎样正确地选择焊接电缆？
焊接电缆作用是传导焊接电流，型号有YHH型电焊橡胶套电缆和YHHR型特软电缆两种，其截面和长度应依据使用焊接电流大小进行选择，见表7。

表7 焊接电缆选择
长度（m）

截面(mm2)
焊接电流(A)
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100
150
200
300
400
500
600
25
35
35
35
35
50
60
25
35
35
50
50
60
70
25
35
50
60
70
85
85
25
35
50
60
70
85
85
25
50
60
70
85
95
95
25
50
70
70
85
95
95
25
60
70
70
85
95
120
28
70
70
85
95
120
120
35
70
70
85
95
120
120

48      试述焊机使用时应遵照标准。
1)       应选择适宜焊接电缆截面和长度，焊接电缆不应卷成盘状。
2)       焊钳和焊件接触时，不得起动焊机。
3)       严禁在焊机上放置任何物件和工具。
4)       焊机二次回路上严禁连接建筑、金属构架和设备等作为焊接电源回路。
5)       焊机外壳和焊件不能同时接地。
6)       焊工工作完成或临时离开施焊场地时，不得将焊钳放在焊件上，并应立即切断电源。
7)       焊接过程中不得调整焊接电流。
8)       没有装设电流表及电压表焊机应立即装设，方便正确地确定焊接工艺参数，确保焊缝质量。
49      试述弧焊变压器维护保养方法。
弧焊变压器维护保养方法以下：
1）使用新焊机或起用长久未用焊机之前，应事先检验焊机有没有损坏之处，并按产品说明书和相关技术要求（JB807—80）进行检验。
2）焊机一次、二次绝缘电阻值应分别在0.5MΩ和0.2MΩ以上。若低于此值，应作干燥处理，损坏处需要修复。
3）从焊机连接到焊件上焊接电缆应采取橡胶绝缘多股软电缆。
4）焊机离焊件超出10m时，必需合适加粗两根焊接电缆截面，使焊接电缆经过焊接电流时电压降不超出4V，不然引弧及电弧燃烧稳定性会受到影响。
5）不许可用角钢、铁板搭接来接长焊接电缆，不然将因接触不良或电压降过大而使电弧燃烧不稳定，影响焊接质量。
6）在焊机和电缆接头处必需拧紧，不然不良接触不仅会造成电能消耗，还会造成焊机过热，甚至将线板烧坏。现在可采取电缆连接器进行连接。
7）使用中应常常注意焊机声音、温升是否正常，发觉异常应立即进行修理。
8）常常清扫焊机内部，不要有灰尘、铁屑等积累。
50     试述弧焊整流器维护保养方法。
弧焊整流器维护保养在很多方面和弧焊变压器相同，但因为弧焊整流器增加了整流部分，控制部分比较复杂，又引入了很多电子线路，针对这些特点，所以还应着重注意以下多个方面维护：
1）要尤其注意硅整流元件和晶闸管整流元件保护和冷却。冷却风扇工作一定要可靠，应定时维护、清理。如风扇出现故障，应立即停机排除。发觉整流元件损坏，要先找出原因，排除故障后，方能更换新元件。
2）整流元件及电子线路要常常保持清洁、干燥。长久停机后使用，必需先清理，并进行干燥处理后才能启用。
3）焊机内应常常保持清洁，定时用压缩空气吹净灰尘。机壳上不要堆放金属或其它物品。
4）施焊过程中，整流器如忽然发生异常情况（过大电流冲击、忽然无输出或性能忽然变劣），应立即停机检验。
5）电流调整盒或遥控盒需注意保护，不能猛拉、强扭，以免拉脱焊头，折断电缆线。
6）焊机不应放在高温（环境温度超出40℃）、高湿度（相对湿度超出90%）和有腐蚀性气体等场所。