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弧焊变压器 - 豆丁网

发布日期:2020-07-12 02:38 作者:ag8vip 点击:

  弧焊电源的发展、选择、维护及现状摘要: 电弧焊是应用最为广泛的一种焊接方法,没有先进的弧焊电源与设备,要实现先进的焊接工艺和焊 接过程自动化是难以办到的。弧焊电流有交流、直流和脉冲3 种基本类型,相应的弧焊电源也有交流弧焊 电源、直流弧焊电源与脉冲弧焊电源,应根据焊接工艺方法、工作条件和节能要求来选择弧焊电源。 电弧焊是应用最为广泛的一种焊接方法,据统计,电弧焊在焊接生产总量中所占的比例在 60% 以上。 弧焊电源在焊接设备 (焊机) 中是决定电气性能的关键部分,弧焊电源与设备性能的优劣,在很大程度上决 定了焊接过程的稳定性。没有先进的弧焊电源与设备,要实现先进的焊接工艺和焊接过程自动化是难以办 到的。尽管弧焊电源具有一定的通用性,但不同类型的弧焊电源,其结构、电气性能和主要技术参数等都 各有不同,因此,应该对弧焊电源进行深入分析,真正了解和正确使用弧焊电源与设备,进而研制出新型 的弧焊电源与设备,才能使焊接质量和生产效率得到进一步提高。 弧焊电源有4大类型。交流弧焊电源、直流弧焊电源、脉冲弧焊电源和逆变式弧焊电源。根据以上4 大类型弧焊电源,介绍6种弧焊电源的特点。 1)弧焊变压器 弧焊变压器是把电网的交流电转变成适宜于弧焊的低压交流电。它具有结构简单,易于制造维修、成本低 等优点。但其电流波形正弧波,所以电弧的稳定性差,功率因数低。是二十纪初发展起来的,直至现在使 用量也很大。 2)直流弧焊发电机 它是由交流三相异步电动机和直流发电机2大部分组成的。从电网吸取电能转化成机械能再转变成电能。 它的缺点是空载损耗大、效率低、噪声大和维修困难,但过载能力强。它是二十世纪初的产物,正逐步被 淘汰。 3)矩形波交流弧焊电源 矩形波交流弧焊电源是采用半导体变流控制技术来获得矩形波交流弧焊电流的。焊接时电弧的稳定性 较好,焊接质量高,功率因数高,并且可调节的焊接参数多,适应性强。 4)弧焊整流器 它是把电网的交流电经过降压、整流后获得焊接所需要的直流电。它主要由焊接变压器、半导体整流 器和控制电源输出特性的电子电路等组成。它代替了直流弧焊发电机,优点显而易见。 5)弧焊逆变器 弧焊逆变器的作用是把单相或三相电压的交流电经整流后,由逆变器转变为几百至几万赫兹的中频交 流电,再经过降压、整流后输出焊接所需要的直流电,还可经过二次逆变,输出变为交流电。整个过程由 电子电路控制,并使电源具备符合焊接工艺所需要的外特性和动特性。它具有高效、节能、重量轻、体积 小、焊接性能好等独特优点。可用作各种弧焊方法的电源,是最有发展前途的新型弧焊电源。 6)脉冲弧焊电源 它的电源输出的焊接电流可分为低频、中频、高频或者脉冲与直流的混合等多种形式。具有效率高,焊 接接头输入线能量较小,可在较宽范围内控制接头热输入,不容易产生焊接缺陷(如气孔和夹渣)等。具 有独特的工艺特点。从以上介绍弧焊电源的特点,可看出近一个世 纪的电焊机发展所走过的道路。20世纪60年代,大容量的硅整流元器件和晶闸管问世,为发展硅弧焊 整流器和晶闸管弧焊整流器提供了技术和物质的必要条件。进入70~90年代,弧焊电源发展的更快更 加完善。表现在多种形式的弧焊整流器取代了直流弧焊发电机。而半导体控制的矩形波交流弧焊电源逐步 取代了传统的交流弧焊电源,其交流电弧更加稳定,可用于焊条电弧焊和埋弧焊、钨极氩弧焊外,甚至可 代替直流弧焊电源,而用于碱性焊条的焊接。特别具有划时代意义是研制成功了高效、节能、轻便、焊接 性能好的晶体管式、晶闸管式、场效应晶体式和绝缘栅双极晶体管式弧焊逆变器。逐步取代了传统焊接电 源,市场占有率越来越大。这些年来,现代电力电子技术,计算机与自动化控制技术的发展,极大地推动 了焊接设备控制技术和自动化水平的提高。例如单片机、DSP等控制的先进焊接电源,不仅可实现焊机 输出的自适应控制,较好地控制弧焊电源的动、静特性,而且还能在焊接 过程中自动变换焊接参数,以保证获得高质量焊接接头和焊缝外观的一致性。焊机操作简单化和智能化。 设备具有预置、记忆和再现焊接参数等功能。可以说今天发展起来的电焊机已不是传统意义上的 电焊机了,它是集于机械、电子、微型计算机控制等先进技术于一体的新型焊接设备了。 电焊机的使用2.1 电源开关 每台电焊机应安装专用开关,多台电焊机不能共用1个电源开关,当多台电焊机接入电源回路时要考 虑三相负载平衡。开关种类有铁壳刀开关、空气断路器及电磁起动器。主要起接通切断电源及短路保护作 用。所以要求电源开关的容量要比电焊机容量稍大些。对电源开关中的熔体选择。一般熔体额定电流稍大 于焊机的一次额定电流即可。如果焊机中有发电机,考虑到三相异步电动机的起动电流,熔体的额定电流 是焊机的一次额定电流2.5倍即可。同样空气断路器(自动空气开关)也按以上原则选取。 2.2 电缆线 选择电缆线主要考虑温升和电压降。一次电缆应按焊机的一次额定电流选取,导线来计算确定导线的截面。如果线路太长,电压降应不超过5%,否则应加大导线截面。 二次电缆都是采用电焊专用 YHH 型橡套电缆。因二次电流大,以保证焊接时电缆不发热的情况下为合 适,电缆截面太大焊工手持电缆会吃力不方便,一般长度20~30m为宜,再长导致压降会使引弧困难 和电弧不稳定,一般电缆在工作时电把线和地线V。接地线 mm,铁线)绝缘电阻的检查 对于焊机属于电源变压器类型的,长期不用或阴雨潮湿季节送电前必须要进行绝缘检查,用500V 绝缘电阻表测变压器一次绕组对地(铁芯)的电阻值不小于0.5 ,变压器的二次绕组对地(铁芯)的电阻值不小于0.25MΩ ,如果小于以上值说明焊机受潮,需做干燥处理。如果选择通电干燥,可用 调压器做电源,焊机做负载,调压器调节电流从小到大控制在小于100A以下,很快绝缘电阻值就会上 升。但要注意绝缘电阻值为零不能采用这种方法。测硅弧焊整流器这样的焊机绝缘电阻时,应注意硅整流 元件的正负极短接,以防电压击穿。 2)使用环境 应放在通风良好、干燥的地方,不准靠近热源和易燃易爆的场所。露天使用应有防雨防潮措施。 3)不应过载使用 对使用大功率晶闸管、二极管的晶闸管弧焊整流器、硅弧焊整流器,其过载能力很差,极易击穿,一 定要注意。虽然交流弧焊电焊机过载能力尚好,但也不能过热,否则将缩短使用寿命。所以平时要注意焊 机是否温升过高,用手摸一下外壳,以便采取措施。 4)防止机内进入金属物 机壳盖上禁放杂物。如焊条、工具等。金属物进入机内,极易引起短路事故。 5)焊机使用过程中不允许调节电流,只能进行空载调节。 6)保护接地 电焊机底部明显位置都装有保护接地螺栓,其规格不小于 M8。接地线的截面绝缘铜线mm;裸铜线mm,接地装置的对地,电阻不得超过4Ω 。多台焊机接地线不可串联 连接,必须独立接地。禁止用氧气管和乙炔管等易燃易爆气体管道作为接地装置的自然接地极,防止由于 电阻热或引弧时冲击电流的作用产生火花而引爆。 7)焊机使用过程中,要注意电焊机的运转声响。当出现不正常声响时,要查找原因并排除。 电焊机的维护1)定期检查清扫电焊机。内部要整洁无积灰,对电子整流元器件必须擦干净,防止爬电造成闪络,既有 利于提高绝缘强度又有利于散热。 2)电流调节机构滑动部分要定时更换甘油,保持润滑。交流弧焊电焊机动铁心的轨道要使用蓖麻油(耐 热)润滑。 3)经常检查焊机的输出端子的电缆接线螺栓是否松动、发热,要保持紧固,防止过热。 4)电缆完好无破损。特别是二次线磨损重,皮破应包扎好。两线连接不能随意绞接,应使用铜端子螺栓 连接。 弧焊电源的选择3.1 焊接电流种类的选择 焊接电流有交流、直流和脉冲 种基本类型,相应的弧焊电源有交流弧焊电源、直流弧焊电源和脉冲弧焊电源 种基本类型,每种弧焊电源根据其结构特点不同又可分为多种形式。3.11. 工频交流弧焊电源又称弧焊变压器,它将交流电变成适合于电弧焊的低压交流电,由变压器、调节装置和指示装置等组成。 弧焊变压器具有结构简单、易造易修、成本低、磁偏吹小、空载损耗小、噪声小等优点。但其输出电流波 形为正弦波,电弧稳定性较差,功率因数低,一般用于焊条电弧焊、埋弧焊和钨极惰性气体保护电弧焊等 方法。 矩形波交流弧焊电源它是利用半导体控制技术来获得矩形波交流电流的。由于输出电流过零点时间短,电弧稳定性好,正负半 波通电时间和电流比值可以自由调节,因此特别适合于铝及铝合金钨极氩弧焊。 弧焊发电机一般由特种直流发电机、调节装置和指示装置等组成。按驱动的动力不同,弧焊发电机分为 种:以电动机驱动并与发电机组成一体的称为弧焊电动发电机 (目前已停止生产); 油驱动并与发电机组成一体的,称为弧焊柴 弧焊整流器由主变压器、整流器及为获得所需外特性的调节装置、指示装置等组成。它把电网交流电经降压整流后获 得直流电。与弧焊发电机相比,它具有制造方便、价格低、空载损耗小、噪声小等优点,而且大多数弧焊 整流器可以远距离调节焊接工艺参数,能自动补偿电网电压波动对输出电压和电流的影响,可作为各种弧 焊方法电源。 它把单相(或三相) 交流电经整流后,由逆变器转变为几百至几万赫兹的中高频交流电,经降压后输出交流 或直流电。整个过程由电子电路控制,使电源获得符合要求的外特性和动特性。它具有高效节能、重量轻、 体积小、功率因数高等优点,可应用于各种弧焊方法,是一种很有发展前景的普及型弧焊电源。 另外,逆变式弧焊电源既可输出交流电,又可输出直流电,目前常用后一种形式,因此又可把它称为逆变 式弧焊整流器。 脉冲弧焊电源焊接电流以低频调制脉冲方式馈送,一般由普通的弧焊电源与脉冲发生电路组成。它具有效率高、输入线 能量较小、线能量调节范围宽、焊接热循环可控制等优点。可用于要求较高的焊接工作,例如气体保护电 弧焊和等离子弧焊。对于焊接热敏感性大的高合金材料、薄板、管道和全位置焊接,采用脉冲弧焊电源较 为理想。 焊条电弧焊用酸性焊条焊接一般金属结构,可选用动铁式、动绕组式或抽头式弧焊变压器 300、BX3-300 -1、BX6 -120 用碱性焊条焊接较重要的钢结构,可选用直流弧焊电源,如弧焊整流器(ZXG 400、ZXl-250、ZX5 -250、ZX5 -400 等),在没有弧焊整流器的情况下,也可采用直流弧焊发电机,这 些弧焊电源均应为下降外特性。 一般选用容量较大的弧焊变压器。如果产品质量要求较高,应采用弧焊整流器或矩形波交流弧焊电源。这些弧焊电源一般应具有下降外特性,在等速送丝的场合,宜选用较平缓的下降特性; 在变速送丝场合, 则宜选用陡度较大的下降特性。 钨极氩弧焊要求用恒流特性的弧焊电源,如弧焊逆变器、弧焊整流器。对于铝及其合金,应采用交流弧焊电源,最好采用矩形波交流弧焊电源。 CO2气体保护焊和熔化极氩弧焊 在这些场合可选用平特性 (对等速送丝而言) 或下降特性 (对于变速送丝而言) 的弧焊整流器和弧焊逆变 器。对于要求较高的氩弧焊必须选用脉冲弧焊电源。 等离子弧焊最好选用恒流特性的弧焊整流器或弧焊逆变器,如果为熔化极等离子弧焊,则按熔化极氩弧焊选用电 脉冲弧焊脉冲等离子弧焊和脉冲氩弧焊选用脉冲氩弧焊电源; 在要求高的场合,宜采用晶体管式脉冲弧焊电源。 由上可知,一种焊接工艺方法并非一定要用某一种形式的弧焊电源。但是被选用的弧焊电源必须满足该种 工艺方法对电气性能的要求,其中包括外特性、调节性能、空载电压和动特性。例如,手弧焊时应根据焊 条药皮种类和性质选择弧焊电源。凡低氢钠型焊条,如 E5015 焊条可选用直流电源,低氢钾型焊条须选用 直流电源或交流电源。选用交流电源时,弧焊变压器空载电压不得低于 70 V,否则不易引弧,电弧燃烧也 不稳定。对于酸性焊条,虽然也可交、直流两用,但因为交流电源价格比较便宜,所以一般应尽量选用交 流电源。手弧焊时应选择外特性下降的焊接电源,如果焊接电源是平特性的,则应接入外接电阻箱改变为 下降性,如 ZPG -1000 接入电阻箱后可获得下降特性。 粗略确定弧焊电源的功率焊接时主要的工艺参数是焊接电流,为简便起见,可按所需的焊接电流对照弧焊电源型号后面的数字 来选择容量。例如,BXl -300 中的数字 “300”就是表示该型号电源的额定电流为 300 不同负载持续率FS 下的许用焊接电流 在额定负载持续率 (FSe) 下,以额定焊接电流 Ie 工作时,弧焊电源不会超过它的允许温升。当FS 变时,弧焊电源在不超过其允许温升情况下使用的最大电流,可以根据发热相等,达到同样额定温度的原则进行换算。根据发热量相等的原则,在 I2ARtA= I2BRtB 不同负载持续率下的许用焊接电流,当实际的负载持续率比额定负载持续率大时, 许用的焊接电流应比额定电流小; 反之亦然。例如,已知某弧焊电源的额定负载持续率 FSe 60%,输出的额定电流 Ie 500A,可按上式求出在其他 FS 下的许用电流,如表 额定容量Se (功率) 额定容量是电网必须向弧焊电源供应的额定视在功率。对弧焊变压器而言,它等于额定一次电压U1e(V) 与额定一次电流 I1e(A) 的乘积,即Se U1eI1e(VA)或Se =U1eI1e1000(kVA) 在实际运行中,弧焊电源的输出功率 根据工作条件和节能要求选择弧焊电源在一般生产条件下,尽量采用单站弧焊电源。但是在大型焊接车间,如船体车间,焊接站数多而且集 中,可以采用多站式弧焊电源。由于直流弧焊电源需用电阻箱分流而耗电较大,应尽可能少用。 在维修性的焊接工作情况下,由于焊缝不长,连续使用电源的时间较短,可选用额定负载持续率较低的弧 焊电源,例如,采用负载持续率为 40%、25%,甚至 15% 的弧焊电源。弧焊电源用电量很大,从节能要 求出发,应尽可能选用高效节能的弧焊电源,如弧焊逆变器,其次是弧焊整流器、变压器,尽量不用弧焊 发电机。 弧焊电源与焊接设备的发展现状焊接技术的发展是与近代工业和科学技术的发展紧密联系的。弧焊电源与设备又是弧焊技术发展水平 的主要标志,它的发展与弧焊技术的发展也是相互促进、密切相关的。弧焊电源与设备的飞速发展,不仅 表现为种类的大量增加,还表现在广泛应用电子技术、控制技术(PID 控制、模糊控制、人工神经网络技术 和智能控制)、计算技术等方面的理论创新和最新成就,以不断提高弧焊电源与设备的质量,改善其性能。 例如,采用单旋钮调节,即用一个旋钮就可以对电弧电压、焊接电流和短路电流上升速度等同时进行调节, 并获得最佳配合; 通过电子控制电路获得多种形状的外特性以适应各种弧焊工艺的需要; 采用多种电压、电 流波形,以满足某些弧焊工艺的特殊需要; 采用电压和温度补偿控制; 设置电流递增和电流衰减环节,以防 止引弧冲击并提高填满弧坑的质量; 采用计算机控制,使其具有记忆、预置焊接参数和在焊接过程中自动 变换焊接参数等功能,实现弧焊电源与设备智能化。目前,我国弧焊电源与设备制造、研究的状况,与国 民经济的发展需要还不相适应,产品的品种、数量、质量、性能和自动化程度还远远不能满足使用部门的 要求,与世界工业发达国家比较,尚存在较大差距。

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