焊接与切割设备的使用和维修（二）——电弧焊机的选用及电阻焊机的特性

1．4 不同的焊接方法如何选用不同静外特性的焊接电源
1．4．1手工电弧焊
手工电弧焊时，电源的外特性必须是下降的。这时外特性曲线与电弧静特性曲线有A、B2个交点(见图l—7)。A点是电弧引燃点，在此点燃烧不稳定。焊接电流稍受外界影响，即或熄灭，或一直变化到8点。

在B点，电源所提供的输出端电压等于电弧所需要的电弧电压，电弧能稳定燃烧。如果燃烧点变到B₁，电流增大到I_B1，这时电源供给的电压U_B减小到U_B1。U_B1小于电弧在IB1燃烧时的电压，迫使电流由IB1回复到I_B；同样，当燃烧点变到B₂，电流藏小到I_B2，这时电源供给的电压U_B增大到U_B2。电源供给的电压大于电孤实际的需要，又迫使电流自动增加回复到IB值。所以手工电弧焊应采用下降外特性的电源。

下降外特性有陡降和缓降2种，如图1—8中的曲线1和曲线2所示。哪一种更有利于手工电弧焊的焊接规范稳定呢?如果焊接时电弧长度由L₀变化到L₁，陡降外特性曲线2的电源，其电流变化为△I₂；外特性缓降曲线1的电源，其电流变化为△I₁。显然△I₁>△I₂，即缓降外特性电源所引起的电流变化大。所以，手工电弧焊时，焊接电源的外特性陡降比缓降的更好。

1．4．2埋弧自动焊
a.等速进丝的埋弧自动焊
埋弧自动焊的电弧在下降外特性曲线的电源供电进行燃烧时，电弧本身有自调作用，焊接过程中弧长的变化就依靠电弧的自身调节，使弧长很快地恢复正常，送丝速度恒定不变，能保持焊接过程稳定。

当弧长缩短(见图1—9)如由L₀变化到L₁时，根据电弧自调节原理。缓降外特性的电源1由于弧长变化而引起电流的变化为△I₁；陡降外特性的电源2由于弧长的变化而引起电流的变化为△I₂。显然△I₁>△I₂，电流变化大，焊丝熔化快，促使弧长恢复也快。可见，不同下降程度的外特性电源，其自身调节的灵敏度是不同的。缓降外特性电源的弧长恢复快，敞等速送丝的埋弧自动焊最好用缓降外特性的电源。
b．变速送丝的埋弧自动舜
变速送丝的埋弧自动焊，其送丝速度随弧长(电弧电压)的波动而变化。弧长增大时，电弧电压增加，促使送丝速度相应增加，从而使弧长恢复到原来的长度。

在焊接过程中，若由于外界条件变化，引起两外特性曲线不同的电源有同样大小的电流变化△I，(如图1—10)。这时。缓降外特性1的电源，使电弧电压变化为△U₁；陡降外特性2的电源，使电强电压变化为△U₂，△U₂>△U₁。电弧电压变化越大，使送丝速度相应变化亦越快。由此可知，外特性越陡的电源，其电弧电压自动调节的效果越好。故变速送丝的埋弧自动焊最好用具有陡降外特性的焊接电源。

1．4．3 气体保护焊

气体保护焊的种类很多，这里着重讨论用得比较广泛而又有代表性的CO2气体保护自动焊和钨极氩弧自动焊。

a.CO₂气体保护自动焊

由于电弧在CO₂气体中燃烧，气体的冷却作用使电弧静特性曲线呈上升状，如图1—11中所示曲线L₀、L₁。因此，对于用等速进丝的CO₂气体保护自动焊的电源外特性可选择缓降外特性曲线2、平特性曲线3，甚至上升外特性曲线4。

当弧长发生变化，L₀缩短到L₁时，4种不同外特性曲线所引起的焊接电流变化分别为△I₁、△I₂、△I₃、△I₄，而且△I₄>△I₃>△I₂>△I₁。进丝速度不变，电流变化越大者，焊丝熔化速度越快，促使电弧长度恢复到原来的长度也越快。所以，具有上升外特性电源的电弧自身调节灵敏度最高，平外特性次之，缓降外特性更次，陡降外特性最差。故CO2气体保护自动焊通常不用陡降外特性的电源。

b．钨极氪弧自动焊

电弧在氩气中燃烧，由于氩气的冷却作用，电弧静特性曲线也略呈上升状，见图1—12曲线L₀、L₁。为了得到尽可能稳定的非熔化极氩弧焊的焊接规范，焊接时弧长变化所引起的电流变化应尽可能小，故可选用陡降外特性或垂直陡降外特性的电源。具有垂直陡降的外特性电源，当弧长由L0变化到L1时，可使焊接电流基本保持不变。

1．4．4电渣焊

要满足电渣过程的特点，即保证焊接过程无电弧产生，维持正常稳定的电渣过程，一般都是采用平特性的降压变压器作电渣焊电源，其感抗小，功率因数和效率高，制造也很简单。

1．5电弧焊机选择和使用方法

目前弧焊方法有下列几种：手工焊、CO₂气保焊、自保焊、TIG焊、MIG焊、埋弧焊、等离子焊等。

1．5．1弧焊方法的选择

选择焊接方法时，必须对本厂焊接工作进行归纳。首先根据焊件材料，不同板厚算出2-3年内的焊接工作量。对工作量大的焊接操作，可从上述几种方法中选出最有效的焊接方法。并根据焊接工位、工作环境(室内、室外、工作范围)、焊接质量(X射线检验、焊缝外观等)来检验所选焊接方莹是蕊遗当。如果不适当，则应再选择能满足要求的较低教事的焊接方法。也可以只在那些不适于采用高教霹接方法的部分，改用低效焊接方法。再者，还可以跌材质、板厚、操作条件等出发，选定几种焊接方法，但是，对工作量大的应考虑焊接自动化。

1．5．2 焊机的选定

焊接方法确定之后，随之应选择榴适应的痒机。从多种焊机中选择最合适的焊机需注意以下几点：

a.多用焊机的有效使用

在选定的焊接方法中，假如施焊工作量少，即使采用单功能的焊机，也不能充分利用。采用多用焊机，则可在施焊量不足的情况下，用于进行其他的焊接，因而能提高焊机的工作效率。另外，在现场施焊或外出采用多种焊接方法施焊时，用多功能焊机可以减少焊机台数和提高焊机使用效率。

b.减小电源容量

从节省能源的观点出发，应尽量减小电源变压器容量。而要减小电源变压器容量，问题在于焊机额定输入功率的大小。如果采用不同的焊接方法，则每种焊接电弧的燃烧情况不同，为使电弧稳定，必须采用不同的额定输入功率。

即使是同一额定输出电流，由于焊接方法不同，其额定输入功率也就不同。如TIC焊(直流)、CO₂气保焊、等离子焊等，其额定输入功率都小。而交直流两用TIG焊机的额定输入功率则大，因它也适用手工焊。

在交流弧焊机中，用电容器来提高焊机的功率是有益的由于在要求减小电源变压器容量的情况下，必须考虑焊机的额定输入功率，因此，有必要对选定的焊接方法再次进行推敲，同时应避免使用不必要的额定输出电流大的焊机。

c．适合操作的条件

根据焊件和周围环境选择焊接操作形式，然后再根据焊接操作形式来选择具备特种功能的焊机，从而有效地提高工作效率。例如，在远离焊机的地点进行焊接时，需具备焊接规范的遥控调节；在电源电压波动大的地点焊接时，焊机需加装电源电压波动补偿装置；在50Hz、60Hz两地区施焊时，则应用50Hz、60Hz的通用焊机。对交流弧焊机应根据操作条件，采用防触电装置，但为了在任意操作条件下使用，则应采用带内藏型防触电装置的焊机。

1．5．3焊机的使用方法

使用焊机时，首先必须考虑充分发挥其性能，并遵照焊机使用说明书所说明的注意事项有效地使用。

a.容许负载持续率

弧焊机是以电弧断续燃烧为前提的。电弧燃烧时间与全部焊接时间之比祢之谓“负载持续率”。铭牌上所表示的额定负载持续率，系指额定输出电流时的负载持续率，它是由线圈的温升所决定的。因此，若工作电流小，则允许提高负载持续率。容许负载持续率和工作电流之间的关系可由下式算出：

因此，若工作电流比额定输出电流小时，可提高额定负载持续率；或者，若降低额定负载持续率，则可提高额定输出电流。整流弧焊机由于整流元件的热容量小，所以不能用比额定输出电流大的电流焊接。

b．减少电能损耗

电弧焊接时电流一般都是较大的，因此，根据不同的工作情况，焊接电缆应尽可能短，因为长电缆造成的能量损失较大。比如38mm²长60m的电缆，工作电流300A，通电时间1天4h，1个月工作20天，每月即耗电216度。

因此，焊机应尽量与焊接点靠近，以缩短焊接电缆长度。若电流小，即使电源侧的电缆较长，其能量损耗也不大。

c．夹具的使用

合理有效地使用夹具，对于提高焊接效率是有成效的。如圆周焊接时，用旋转爽具使焊件旋转；直线焊接时，使焊件直线移动，而操作者不移动位置，可连续施焊。这样，既可提高工作效率，又能提高焊接质量。

特别是半自动焊，如采用合适央具，就能进行简单自动焊，一个人能有效地操作几台焊机。另外若使用夹具，可将立焊、仰焊改变为乎焊，大大提高工作效率和焊接质量。

d．维护检查

要保持焊机正常地使用，必须定期进行维护检查。如清除内部灰尘、检查基本性能、更换零部件等等，这样，更能充分发挥焊机的性能，有效地提高工效。

1．6电阻焊机电源特性和焊接回路的基本特点

1．6．1电阻焊机的分类及型号

电阻焊是利用强大的电流通过焊件焊接区的电阻产生热量，同时对焊接处鹿加压力而实现电阻焊的装置。

电阻焊机可按接头形式和工艺方法、电流以及电源能量种类来划分。其分类见图1—13。

电阻焊机的型号和其他电焊机一样，由大类名称、附注特征、小类名称、系列序号、基本规格、派生代号、改进序号7个部分组成。如表1—2所示（略）。

1．6．2 电阻焊的电源特点

电阻焊电源是一个漏抗极小的电源。其焊接变压器更接近于一般电力变压器而不同于弧焊变压器。其特点主要有：

a.由于要求电源对工件提供瞬时大电流，因而要求电源二次侧电压低(固定式焊机通常不超过10-12V)，特殊情况(例如悬挂式点焊机或某些要求焊接回路较长的场合)也有达到24V左右的。回路的阻抗小(一般在几微欧到几十撤欧内)。

b．功率大(变压器功率一般在几十到几百kVA，甚至可达到上千kVA)，且具有较好的调节性能。调节方便，控制精确。

c．工作不连续，无空载运行。电阻焊电源的负载持续率一般比弧焊电源低。

d．为了减少漏磁通，变压器一次绕组和二次绕组安装在同一铁心柱上，通常采用永拎却。以便尽可嚣地减小焊接电源的轮廓尺寸。

1．6．3电阻焊焊接回路的基本特点

点焊、缝焊、凸焊机的焊接回路，主要由电阻焊变压器二次侧线圈，二次侧硬、软联结件，电极臂(导电轴、轴瓦)，电授握杆，电极(电极平板)等组成。对焊机的焊接回路主要由电阻焊变压器二次侧线圈，二次侧硬、软连线，静、动夹具等组成。

由于电阻焊机是通过焊件焊接区的电阻产生的热量进行焊接，而焊接区的电阻又是微欧级的，所以焊接电流通常为千安级以上。由于二次倒回路通过的电流大，因此回路导体构件的电阻、构件间的接触电阻及二次侧回路所包容的面积产生的感抗，通电时均造成能量的大量损耗和电网功率因数的降低。电阻焊机电授臂间距离与臂伸长度的改变，直接影响到焊接电流的变化。在二次侧空载电压不变的情况下，当臂伸长度和臂间距离增大时，焊接电流将随之减小。因此在焊接同等厚度的工件时，长臂伸或大臂闻距离，焊机所需焊接变压器容量应比短臂仲或小臂间距离的大。

因此，工频电阻焊机的功率因数主要取决于二次侧回路的感抗，回路感抗则几乎和包容面积成正比。为了提高焊机的功率因数可将焊接变压器做成低漏抗变压器，同时，在焊机设计中尽可能减少包容面积。但是，采取这些措施的效果有限，直至低频焊机和二次侧整流焊机问世才从根本上解决这一问题，使电阻焊机的功率因数提高到0.85-0.95。三相整流、低频焊机与工频单相电阻焊机的功率因数与输入容量的比较见图1—14。