摘要：阐述了CO2焊中送丝方式应与焊接电源相配合，对电弧自调节作用、弧压反馈送丝方式作了仔细说明，对CO2送丝机的调速电路、焊枪、送丝软管、导电嘴、喷嘴的结构特点及其对焊接质量的影响进行了深入的分析。
6．8．2 送丝机构的分类
由于焊丝的运动是由送丝滚轮驱动的，因而送丝滚轮的结构和驱动焊丝的方式对送丝稳定性起着关键性的作用送丝机构的送丝方式通常有以下3种。
a．平面式
其主要特点是送丝滚轮旋转面与焊丝输送方向处于同一平面上，即：自焊丝盘出来的焊丝，经矫直轮矫直后进入两只送丝轮之间。两只送丝轮中的一只为主动轮，另一只为从动轮(也有两只均为主动轮的)。上下两只滚轮旋转时，依靠滚轮与焊丝问的摩擦力驱动焊丝沿切线方向运动。根据焊丝直径和材质不同，可采用1对送丝轮或2对以上的送丝轮 送丝滚轮一般由45＃钢、高碳工具钢或合金钢制成，经表面热处理后达到洛氏硬度HRC50～60。滚轮一般都开有送丝的凹槽；对于材质较硬的焊丝，送丝轮开有张角为40°左右的“V”型槽，它较之无槽的平面滚轮送丝力可提高10％～30％，并可保证焊丝在滚轮中的固定位置和送丝方向。输送直径大于2mm的软质焊丝，可采用“U”形槽。过去一些老式送丝装置中的送丝滚轮上压刻有滚花的(平面轮滚花和凹槽内刻花)都不宜采用，这是因为送丝轮经过热处理后，其硬度很高，焊丝通过有刻花的送丝轮后，焊丝的表面受到损害而呈“锯齿状”，不但增加了焊丝在软管中行进的阻力，造成送丝不稳定，而且还会加速导电嘴的磨损。
平面式送丝机构因其结构简单、使用与维修方便、价格低廉而得到广泛的应用。其不足之处是送丝滚轮与焊丝的接触面积较小，施焊前要反复调整压紧轮的压力大小。如压紧力过小，滚轮与焊丝之间的摩擦力也小，若送丝阻力稍有增大，滚轮与焊丝之间打滑，致使送丝不均匀；如压紧力过大，又将造成焊丝压痕或变形，焊丝进入导电嘴后阻力增大，也会加速导电嘴的磨损。
b．三滚轮行星式送丝机构
该送丝机构是基于轴向固定的旋转螺母能轴向推送螺杆前进的原理设计制造的。其结构工作原理如下：3个互为120°的滚轮交叉地安装在一块底座上，即组成一个驱动盘，其作用相当于旋转螺母，是行星式送丝机构的关键部件。穿过3个滚轮中间的焊丝则相当于螺杆。驱动盘由小功率的永磁马达带动，永磁马达的主轴是空心的。在永磁马达的一端或两端装七驱动盘后，便组成了一个行星式送丝机构单元。送丝机构工作时，焊丝从永磁马达一端的驱动盘进入，通过马达的空心主轴，从马达另一端的驱动盘送出。马达两端的驱动盘 的3个滚轮与焊丝之间有一个预先调整好的旋转角，当永磁马达旋转时，主轴带动驱动盘旋转，3个滚轮即向焊丝施加一个轴向推力，推送焊丝前进。在这一工作过程中，3个滚轮一方面围绕焊丝公转，另一方面又以自身的轴线作自转。调节永磁马达的转速，即可达到调节焊丝送丝速度的目的。
由于行星式送丝机构的3个送丝滚轮的压力是均匀地作用在焊丝表面上，不会造成焊丝损伤和变形，特别适合于软质焊丝的送给。如φ1.6-2.8mm的药芯焊丝和φ0.8～1.2mm的铝焊丝。
c．双滚轮行星式送丝机构
双滚轮行星式送丝机构的特点是送丝滚轮的工作面为双曲面。2只送丝滚轮一方面绕焊丝公转，一方面以自身轴心作自转。公转1周，焊丝送进1个螺距l，l的大小由送丝轮与焊丝之间的夹角α决定。
由于送丝轮的工作面为双曲面，其与焊丝表面的接触面较之前2种方式增大，在送丝过程中，可以传递更大的轴向推力而不会损伤焊丝的表面。该送丝机构亦采用带空心轴的永磁马达。由2双滚轮行星式送丝机构组成的推拉式送丝系统，其送丝距离可达16～30m。
三滚轮行星式送丝机构和双滚轮行星式送丝机构的共同特点之一是：不需要减速装置，也不需要焊丝矫直机构，这是因为在送丝过程中，送丝滚轮同时对焊丝具有矫直作用。因而整个送丝机构的体积很小，质量轻。
6．8．3 送丝方式与焊接电源的配合
送丝方式与电源特性在COz焊时常常采用如下2种配合：一种是等速送丝方式与平特性电源配合；另一种是弧压反馈送丝与陡降特性电源配合：这样的配合是为了在受到外界干扰时，弧长能自动保持恒定。
6．8．3．1 电弧的自调节作用
在焊丝直径小于2．5mm的情况下，通以较大电流，焊接电弧静特性呈上升趋势，MN为电源外特性，l为电弧静特性曲线，这时弧长的调接作用如图6-20所示。当弧长为l1时，稳定工作点为A1。由于某种原因(如母材表面凸凹不平或焊枪上下移动等)导致弧长增大到l2，则稳定工作点移到A2，于是焊接电源明显减小，焊丝的熔化速度也降低，而送丝速度是不变的，焊丝端与熔池距离减小，所以弧长必然急剧缩短，电流增大，并恢复到弧长l1，这时电弧电压与焊接电流仍保持原给定值，稳定工作点仍为A1；相反，当弧长减小到l3时，稳定工作点移到A3。这时电流增加，焊丝熔化速度也增加，所以电弧拉长，电流减小并很快恢复到原弧长l1和工作点A1。
在稳定工作时，送丝速度等于焊丝熔化速度。此时送丝速度是恒定的，所以当弧长变化时，依靠弧长变化而引起电流变化和焊丝熔化速度的变化，最后恢复到稳定状态，通常称这种电弧本身具有的自动调节并恢复其弧长的作用为电弧自身调节。
6．8．3．2 弧压反馈送丝方式
在焊丝直径大于3mm的粗丝情况下，当弧长改变时，仅靠电弧自身调节作用难以恢复弧长，必须采用弧压反馈送丝代替等速送丝，同时配之以陡降特性电源，其原理如图6—21所示。设弧长为L1，稳定工作点A1。当电弧受到外界干扰时，如弧长增大至L2，这时稳定工作点为A2，电流相对应的从I1变到I2。可见电流变化量很小，电弧自身调节作用很弱。另一方面，由于弧长增大，则电弧电压增加。由于采用弧压反馈控制送丝速度，所以随电弧电压增加，送丝速度也加快。于是使弧长减小，并迅速恢复到原给定值L1。相反，当弧长减小至L3时，送丝速度减慢，同时使弧长增大并恢复到给定值L1。这种自动调节方式除用于粗丝C02自动焊外，还广泛用于埋弧自动焊。
6．8．4 调速电路
从上式可看出直流电动机的调速有以下几种方法：a．调整电枢电压Ud；b．调整激磁磁通，即改变激磁电流；c．在电枢回路内串入电阻，改变Rs值。
a．在电枢回路内串入可变电阻是最简单的方法，其电气原理如图6—22所示。
c．实际生产中比较实用的调速方法是调整电枢电压。改变电枢电压的方法很多，如调压器调节、磁放大器调节和晶闸管调节等。其中以晶闸管调速电路应用最广，该电路简单，成本低，调节方便，工作可靠，不怕震动，抗干扰能力强。
通常晶闸管调速电路包括主电路、触发电路以及反馈电路等。下面介绍几个典型电路。
6．8．4．1 带有电枢电压负反馈的晶闸管调速电路
a．主电路
它由电枢电路和激磁电路组成。电枢电路常采用单相半控桥式整流电路，如图6—23中的下部分。由图可见，主电路由以下几个主要元件组成：控制变压器T1，直流伺服电机M，单相半控整流桥(VD1、VD2、VT1和VT2)，续流二极管VD5，反馈电阻(R7、R8)和换向继电器触点(K)。
触发电路的种类很多，图6—23上部分给出的是单结晶体管触发电路，该电路是由如下元件组成：控制变压器T1，单相整流桥VD6-VD9，削波电阻R1，稳压管VS，给定电阻R2与电位器RP*，晶体管V1和V2，单结晶体管VF，脉冲变压器T2，二极管VD10、VD11和电阻、电容等。
触发电路的工作原理如下：
触发电路由于主电路共用的控制变压器T1供电，经单相整流桥全波整流，并由R1和VS获得梯形波电压，作为触发电路的稳压电源URP*，给定信号Ug由RP*取出URP*的一部分，调节RP*可以改变给定信号Ug的大小。将给定信号Ug与反馈信号Uf相比较得到输入信号Usr(Usr=Ug-Uf)，将该信号Usr输入到V1管的基极，经V1管放大，改变V2管的基极电位和集电极电流，也就是V2管起可变电阻的作用，从而调节电容C3的充电时间，当C3充电至单结晶体管VF的峰点电压Up时，单结晶体管的e—b1极间瞬间导通，电容上的电荷经e-b1。向脉冲变压器T2一次侧放电，并由T2的二次侧将触发信号送至晶闸管。
众所周知，当晶闸管处于正向电压作用下，一旦接受触发信号后，便立即导通，并继续保持导通状态，其后的触发信号便失去作用。也就是说每个半波中，只是第一个触发信号起控制作用，除非第一个触发信号未能使晶闸管导通。
触发信号与主电路同步是稳定电机转速的关键。所谓同步就是当晶闸管上通以正弦波电压时，每个半波的导通角都相同。
单结晶体管触发电路的同步方式是采用在晶闸管阳极电压过零时将触发电路电容C3贮存的电荷放完，然后从零开始充电的方法。
由图6—23可见，主电路与触发电路的电源取自同一变压器T1，这就保证触发电路与主电路同时过零，此时单结晶体管Ucb=O，则峰点电压Up=O，所以电容C3将迅速放完存贮电荷，这就保证过零后C3立刻开始充电，并在延时相同的时刻输出第一个触发脉冲，使晶闸管的导通角相同。
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通过调节可变电阻RP*的阻值(大约100W、几十欧姆)来调节送丝电机的转速，此方法十分简单，非常适于临时或应急用的调速电路。但由于可变电阻盘的尺寸较大，不便于遥控，且电阻发热，消耗电能，同时稳速性能也不好，所以在正式产品中不采用。
c．实际生产中比较实用的调速方法是调整电枢电压。改变电枢电压的方法很多，如调压器调节、磁放大器调节和晶闸管调节等。其中以晶闸管调速电路应用最广，该电路简单，成本低，调节方便，工作可靠，不怕震动，抗干扰能力强。
通常晶闸管调速电路包括主电路、触发电路以及反馈电路等。下面介绍几个典型电路。
6．8．4．1 带有电枢电压负反馈的晶闸管调速电路
a．主电路
它由电枢电路和激磁电路组成。电枢电路常采用单相半控桥式整流电路，如图6—23中的下部分。由图可见，主电路由以下几个主要元件组成：控制变压器T1，直流伺服电机M，单相半控整流桥(VD1、VD2、VT1和VT2)，续流二极管VD5，反馈电阻(R7、R8)和换向继电器触点(K)。
主电路的工作原理如下：
b．触发电路
触发电路的种类很多，图6—23上部分给出的是单结晶体管触发电路，该电路是由如下元件组成：控制变压器T1，单相整流桥VD6-VD9，削波电阻R1，稳压管VS，给定电阻R2与电位器RP*，晶体管V1和V2，单结晶体管VF，脉冲变压器T2，二极管VD10、VD11和电阻、电容等。
触发电路的工作原理如下：
触发电路由于主电路共用的控制变压器T1供电，经单相整流桥全波整流，并由R1和VS获得梯形波电压，作为触发电路的稳压电源URP*，给定信号Ug由RP*取出URP*的一部分，调节RP*可以改变给定信号Ug的大小。将给定信号Ug与反馈信号Uf相比较得到输入信号Usr(Usr=Ug-Uf)，将该信号Usr输入到V1管的基极，经V1管放大，改变V2管的基极电位和集电极电流，也就是V2管起可变电阻的作用，从而调节电容C3的充电时间，当C3充电至单结晶体管VF的峰点电压Up时，单结晶体管的e—b1极间瞬间导通，电容上的电荷经e-b1。向脉冲变压器T2一次侧放电，并由T2的二次侧将触发信号送至晶闸管。
电容C3与脉冲变压器输出的触发脉冲信号的电压波形UT2，图示于图6-25。可见，电容C3的充电速度较慢，而放电速度却较快，充电时间可近似作为单结晶体管的振荡周期。电容C3每一次放电，均在脉冲变压器上产生一个尖脉冲UT2，而电容C3上波形为锯齿波。这一波形特征也可以作为检查单结
众所周知，当晶闸管处于正向电压作用下，一旦接受触发信号后，便立即导通，并继续保持导通状态，其后的触发信号便失去作用。也就是说每个半波中，只是第一个触发信号起控制作用，除非第一个触发信号未能使晶闸管导通。
触发信号与主电路同步是稳定电机转速的关键。所谓同步就是当晶闸管上通以正弦波电压时，每个半波的导通角都相同。
单结晶体管触发电路的同步方式是采用在晶闸管阳极电压过零时将触发电路电容C3贮存的电荷放完，然后从零开始充电的方法。
由图6—23可见，主电路与触发电路的电源取自同一变压器T1，这就保证触发电路与主电路同时过零，此时单结晶体管Ucb=O，则峰点电压Up=O，所以电容C3将迅速放完存贮电荷，这就保证过零后C3立刻开始充电，并在延时相同的时刻输出第一个触发脉冲，使晶闸管的导通角相同。
当反馈电压一定时，电机的转速由给定电压Ug决定，Ug由调速电位器RP*调整确定。当给定电压Ug增加时，触发电路的输入电压Usr也增加，该信号经V1管放大和倒相，V1的集电极变负，V2的基极与它是同电位，也为负，V2的基极电流ib2增加，从而经R5、V2对电容C3充电的速度加快，使第一个脉冲信号提前。反之，降低给定电压，就使脉冲信号后移。
此外，送丝过程中常常因为各种因素的干扰引起送丝速度的改变，从而影响焊接规范的稳定性。为此，应采取抗干扰措施。也就是当外界干扰时，使送丝速度能自动保持给定值。如图6-23所示，采用电枢电压串联负反馈，输入到V1管基极的信号Usr=Ug-Uf。现结合网路电压的波动来分析电枢电
压串联负反馈的作用。当网路电压增加时，电枢电压Ud也增加，则电机的转速n增加。但由于给定电压Ug增加值很小，而反馈电压Uf为Ud的一部分，所以Uf增加较大。因为该线路采用串联负反馈，所以当网路电压增加时，输入电压Usr减小：则V1管的ib1、ic1均减小，V2管的ib2、ic2也减小，这将增加电容C3的充电时间，使晶闸管的导通角降低和使电枢电压Ud降低，从而达到稳定Ud和转速n的目的。
电容C2为电解电容(100μF左右)，它可以防止振荡和稳定输出，C1可防止高频干扰。电阻R3、R4和R5为V1和V2管的集电极和发射极电阻，R6为VF的温度补偿电阻。VD10、VD11为保护二极管。
送丝电机的正反转由继电器触点K来控制。当K变换位置后电机转向就随之改变。
6．8．4．2 带有反电势负反馈的晶闸管调速电路
在要求较高的焊接设备中(如自动焊设备)，送丝电机常采用反电势负反馈。因为电动机的转速凡与电枢的反电势成正比关系，所以电枢的反电势可以直接反映转速的大小，该电路稳速效果更好。
带有反电势负反馈的晶闸管调速电路原理如图6-26所示。由图可见，该电路与图6-23所示电枢电压负反馈电路类似。不同的是反馈信号的提取方式不同，如图6-27所示。在电机回路串入电阻R。如果使
由上式可知，反馈电压Uf与电机反电势E成正比例。通常取值R8+R9)为千欧级。由于U中包含有反电势和电枢电阻R8上的压降，则反馈信号右端为正，呈负反馈。
这种电路存在2个问题。一是电枢回路串入电阻R，增加了电能的耗损；二是在R上产生的电枢电流信号与给定信号同相位，是正反馈，容易引起振荡。为此除应选择合适的R外，还应在控制信号输入端并联电容C1(见图6-26)。
半自动焊焊枪按送丝方式可分为拉丝式和推丝式2种。前者把送丝机构、焊丝盘等都装在焊枪上，焊工手持施焊，劳动强度比较大。但它便于在远离焊机或大型构架上高空作业，通常使用0.5-0.8mm的细焊丝。推丝式的焊枪相对比较轻便灵活，应用广泛。
冷却方式可分为水冷式和自冷式(空冷式)两种。前者多用于焊接电流在400A以上的大型焊枪；后者多用于焊接电流在400A以下的焊枪，相对比较轻便。
按结构形式可分为手枪式和鹅颈式(即弯管式)两种。前者送丝阻力较小，但焊枪的重心不在手把中心线上，操作时不够灵活；鹅颈式焊枪的送丝阻力较大，但其重心在手把部分，操作起来比较灵活。手枪式焊枪主要采用直径小于0.8mm的焊丝，鹅颈式焊枪主要采用0.8-2.0mm的焊丝。
6．9．2 影响送丝稳定性的因素
送丝的稳定性与以下2个方面有关：
a．送丝电机的机械特性及拖动控制电路(调速电路)的控制精度；
b．焊丝送丝过程中的阻力以及送丝滚轮结构，送丝滚轮对焊丝的驱动方式等。焊丝送丝过程中的阻力主要是送丝软管中的阻力和导电嘴的阻力。
此外，送丝过程中常常因为各种因素的干扰引起送丝速度的改变，从而影响焊接规范的稳定性。为此，应采取抗干扰措施。也就是当外界干扰时，使送丝速度能自动保持给定值。如图6-23所示，采用电枢电压串联负反馈，输入到V1管基极的信号Usr=Ug-Uf。现结合网路电压的波动来分析电枢电
压串联负反馈的作用。当网路电压增加时，电枢电压Ud也增加，则电机的转速n增加。但由于给定电压Ug增加值很小，而反馈电压Uf为Ud的一部分，所以Uf增加较大。因为该线路采用串联负反馈，所以当网路电压增加时，输入电压Usr减小：则V1管的ib1、ic1均减小，V2管的ib2、ic2也减小，这将增加电容C3的充电时间，使晶闸管的导通角降低和使电枢电压Ud降低，从而达到稳定Ud和转速n的目的。
电容C2为电解电容(100μF左右)，它可以防止振荡和稳定输出，C1可防止高频干扰。电阻R3、R4和R5为V1和V2管的集电极和发射极电阻，R6为VF的温度补偿电阻。VD10、VD11为保护二极管。
送丝电机的正反转由继电器触点K来控制。当K变换位置后电机转向就随之改变。
6．8．4．2 带有反电势负反馈的晶闸管调速电路
在要求较高的焊接设备中(如自动焊设备)，送丝电机常采用反电势负反馈。因为电动机的转速凡与电枢的反电势成正比关系，所以电枢的反电势可以直接反映转速的大小，该电路稳速效果更好。
带有反电势负反馈的晶闸管调速电路原理如图6-26所示。由图可见，该电路与图6-23所示电枢电压负反馈电路类似。不同的是反馈信号的提取方式不同，如图6-27所示。在电机回路串入电阻R。如果使
由上式可知，反馈电压Uf与电机反电势E成正比例。通常取值R8+R9)为千欧级。由于U中包含有反电势和电枢电阻R8上的压降，则反馈信号右端为正，呈负反馈。
这种电路存在2个问题。一是电枢回路串入电阻R，增加了电能的耗损；二是在R上产生的电枢电流信号与给定信号同相位，是正反馈，容易引起振荡。为此除应选择合适的R外，还应在控制信号输入端并联电容C1(见图6-26)。
6．9 焊枪和软管
半自动焊焊枪按送丝方式可分为拉丝式和推丝式2种。前者把送丝机构、焊丝盘等都装在焊枪上，焊工手持施焊，劳动强度比较大。但它便于在远离焊机或大型构架上高空作业，通常使用0.5-0.8mm的细焊丝。推丝式的焊枪相对比较轻便灵活，应用广泛。
冷却方式可分为水冷式和自冷式(空冷式)两种。前者多用于焊接电流在400A以上的大型焊枪；后者多用于焊接电流在400A以下的焊枪，相对比较轻便。
按结构形式可分为手枪式和鹅颈式(即弯管式)两种。前者送丝阻力较小，但焊枪的重心不在手把中心线上，操作时不够灵活；鹅颈式焊枪的送丝阻力较大，但其重心在手把部分，操作起来比较灵活。手枪式焊枪主要采用直径小于0.8mm的焊丝，鹅颈式焊枪主要采用0.8-2.0mm的焊丝。
6．9．2 影响送丝稳定性的因素
送丝的稳定性与以下2个方面有关：
a．送丝电机的机械特性及拖动控制电路(调速电路)的控制精度；
b．焊丝送丝过程中的阻力以及送丝滚轮结构，送丝滚轮对焊丝的驱动方式等。焊丝送丝过程中的阻力主要是送丝软管中的阻力和导电嘴的阻力。
