二焊接电弧及弧焊电源Word文件下载.docx
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L阳——阳极区长度（10-3～10-4cm）
L柱——弧柱长度（cm）
由于阴极区和阳极区的长度都是极短的，而弧柱的长度占了弧长的极大部分，故弧柱长度就可以认为是弧长。
4
试述焊接电弧中各区段的温度分布。
焊接电弧中三个区段的温度分布极不均匀：
阳极斑点的温度高于阴极斑点的温度，但都低于该种材料的沸点。
但铝阴极斑点和阳极斑点的温度均高于铝的沸点，这是由于铝的表面有氧化铝存在，对测量温度产生影响所致。
不同电极材料阴极斑点和阳极斑点的温度，见表1。
表1阴极斑点和阳极斑点的温度
电极材料
温度（K）
C
W
Fe
Ni
Cu
A1
阴极斑点
阳极斑点
熔点
沸点
3500
4200
3000
3683
6203
2400
2600
1812
3013
1728
3003
2200
1356
2868
3400
933
2333
弧柱的温度受电极材料、气体介质、电流大小和弧柱压缩程度等影响，在常压下当焊接电流由1～1000A变化时，弧柱温度可在5000～30000K之间变化。
5
试述焊接电弧中各区段的电压降。
焊接电弧中的电压降可分成阴极压降、阳极压降和弧柱压降三部分。
⑴阴极压降阴极压降是指电弧阴极区两端的电压降。
因为阴极表面总是不断地堆积着一批从电弧中被电离出来的正离子，所以形成一个电压降，以U阴表示。
⑵阳极压降阳极压降是指电弧阳极区两端的电压降。
因为阳极表面总是不断地堆积着一批从电弧中被电离出来的电子，所以形成一个电压降，以U阳表示。
⑶弧柱压降弧柱压降是指焊接电弧弧柱两端的电压降，以U柱表面示。
由于U阴、U阳在一定电极材料和气体介质的场合下，基本上是固定的数值，U柱在一定的气体介质条件下和弧柱长度（实际上就是弧长）成正比。
所以电弧电压可表示为
U=ａ+ｂL
式中U——电弧电压（V）；
ａ——U阴＋U阳（V）；
ｂ——弧柱单位长度上的电压降（V/mm）；
L——弧长（mm）
当电极材料、电源种类和极性以及气体介质一定时，a和b均是确定的数值，此时电弧电压仅决定于电弧的长度，即当电弧拉长时，电弧电压升高；
弧长缩短时，电弧电压降低。
6
试述用接触短路引弧法引燃焊接电弧的过程。
引弧时，首先接通焊接电源，再将焊条或焊丝与焊件接触短路，这时在接触点上由于通过较大的短路电流而产生高温，电极金属和接触焊件的表面立刻熔化，形成液态金属间层，充满在电极和焊件之间。
当将焊条或焊丝提起时，液态金属间层的横截面减小，电流密度增加，温度升高，当液态金属间层被拉断瞬时，间层的温度达到沸点，产生大量金属蒸气，在电场的作用下，气体被电离，因而产生焊接电弧。
整个引弧过程见图2。
手弧焊、埋弧焊、CO2焊广泛采用接触短路法引弧，其优点是可以采用较低的电压（＜100V）即能引燃电弧，避免高电压给焊工带来的危险。
7
试述用高频高压引弧法引燃焊接电弧的过程。
钨极氩弧焊时，一般不采取接触短路引弧法引燃焊接电弧，因为接触短路引弧一方面由于较大的短路电流使钨极烧损严重；
另一方面钨会进入焊缝中引起夹钨，这是一种类似于夹渣的缺陷。
高频高压引弧法是将钨极接近焊件，但不直接接触，留有2～5mm的间隙，扳动焊枪上的引弧开关后，立即在钨极与焊件之间加上2000～3000V的空载电压，利用这种高电压直接将空气击穿电离，引发电弧。
但由于高压电对操作者的人身安全会带来危险，因此，需同时将电流的频率提高到150～200kHz，即利用高频电强烈的集肤效应，可以避免高压电对人体造成的危害。
如果使用的钨极氩弧焊机无高压、高频装置时，则亦可采用接触短路法引弧，但为避免焊缝中产生夹钨，此时可在接缝附近放上一块铜板，作为引弧板先在铜板上用接触短路法引燃电弧，然后再将电弧移至焊接部位，进行施焊。
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什么是焊接电弧的静特性？
在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流和电弧电压变化的关系称为电弧的静特性。
电弧的静特性可以用一条曲线来表示，这条曲线就称为焊接电弧的静特性曲线，见图3。
整个静特性曲线可分为三部分：
下降特性段ab，当焊接电流较小时，随着焊接电流的增加，电弧电压迅速地减小；
水平特性段bc，当焊接电流增加到一定程度时，随着焊接电流的增加，电弧电压值基本上保持不变；
上升特性段cd，当焊接电流增加得很大时，随着焊接电流的增加，电弧电压值也随之增加。
由于电弧电压决定于弧长，所以当弧长增加时，电弧静特性曲线上移；
弧长缩短时，电弧静特性曲线下移。
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试问各种电弧焊方法的电弧静特性有何不同？
不同的电弧焊方法，在一定条件下，其电弧静特性只是曲线的某一部分，并且各不相同，见图4。
⑴手弧焊当使用的焊接电流较小时（＜100A）静特性为下降段，中等焊接电流时（100～150A）为水平段，这是静特性曲线中广泛使用的工作段，其特点是当焊接电流改变时，电弧电压值基本上不变（只决定于弧长）。
⑵钨极氩弧焊在小电流范围内焊接时，其静特性为下降段；
在较大电流范围内焊接时，其静特性为水平段。
由于受使用电流的限制，不会出现上升段。
⑶熔化极气体保护焊由于受保护气体（CO2、Ar）的冷却作用，弧柱截面不会扩大，当焊接电流增加时，电弧电压随之增大，其静特性仅有上升段。
电弧静特性曲线的工作段形状，决定了它对焊接电源的要求。
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什么是弧焊电源？
对弧焊电源空载电压有何要求？
弧焊机中，供给焊接电弧电能，并具有适宜于电弧焊电气特性的设备，称为弧焊电源。
设备中变压器、整流器或发电机以及所有其它各种电器元件，均视为弧焊电源的组成部分。
弧焊电源的空载电压是指在无负载状态运行时，即焊接回路开路时，弧焊电源的输出端电压。
以U0表示。
对弧焊电源的空载电压有如下要求：
当空载电压（UO）较高时，电弧容易引燃，对于交流弧焊电源，空载电压高则电弧燃烧稳定。
但空载电压高则相应设备体积大、质量大、功率因数低，不经济，此外也不利于焊工的人身安全，增加了焊工触电的危险性。
为此在确保容易引弧、电弧能稳定燃烧的条件下，空载电压应尽可能低些。
我国有关标准中规定各种弧焊电源的最大电压U0max为：
弧焊变压器U0max≤80V
弧焊整流器U0max≤90V
弧焊发电机U0max≤100V（单头焊机）
U0max≤60V（多头焊机）
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对弧焊电源的短路电流有何要求？
当电极和焊件短路时，电压为零（不计回路上的压降），此时焊机的输出电流称为短路电流，以Ix表示。
弧焊过程中，在引弧和熔滴过渡时，经常发生短路。
如果短路电流过大，弧焊电源将出现过载并烧坏的危险，同时还会使焊条过热，药皮脱落，并使飞溅增加，这一点在CO2气体保护焊时更为明显。
但是如果短路电流过小，将使引弧和熔滴过渡发生困难。
为此，短路电流值应满足以下要求
Ix
1．25＜───＜2
I
式中Ix——短路电流（A）；
I——工作电流（A）。
由于普通电动机的短路电流太大，若发生短路现象将会造成严重后果，轻则熔丝爆断，重则电动机被烧坏，引起灾害。
弧焊电源由于限制了短路电流值，所以即使频繁出现短路现象，对焊机本身也无妨害，当然长时间的短路最终也将会对焊机产生不利影响。
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对弧焊电源的外特性有何要求？
在规定范围内，弧焊电源稳态输出电流与输出电压之间的关系，称为电源的外特性。
外特性可用曲线来表示，这种曲线称为焊接电源的外特性曲线。
外特性曲线与纵坐标的交点即为弧焊电源的空载电压；
外特性曲线与横坐标的交点即为弧焊电源的短路电流。
各种常见弧焊电源的外特性见图5。
由图可知，焊接电源的外特性分为平特性和下降特性两大类。
⑴平特性这种弧焊电源的外特性具有输出电压基本上不随输出电流变化的特征。
呈一条略微倾斜的直线，即当输出电流增加时，输出电压略有减少，又称恒压特性，适用于作为熔化极气体保护焊和电渣焊的电源。
⑵下降特性这种弧焊电源的外特性具有输出电压随输出电流增加而降低的特征。
呈一条倾斜下降的曲线，即当输出电流增加时，输出迅速下降。
根据输出电压下降的快慢程度，又可分为缓降、陡降和垂降三种。
其中垂降外特性又称恒流特性，因为当弧长发生变化时，输出电流基本保持不变。
下降特性适用于作为手弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊的电源。
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为什么手弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊要选用具有陡降外特性的电源？
手弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊的电弧静特性曲线呈下降或水平型。
当弧长发生同样长度的变化时，具有陡降外特性曲线1的焊接电流，变化量△I1比缓降外特性曲线2的焊接电流变化量△I2小，见图6，即陡降外特性曲线当弧长发生变化时，有得保持选定焊接电流的稳定，提高焊缝质量。
所以，手弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊，应该选用具有陡降外特性的电源。
陡降和缓降是一个相对的概念，过去有的工厂为了获得更陡降的外性，常在焊机的输出端串联一镇定变阻器（可调电阻），但由于镇定变阻器会消耗大量的电能（使电阻发热），故目前这种方法已不再采用。
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弧焊过程中，当弧长发生变化时，焊接电流和电弧电压将会发生什么变化？
若弧长增加时，电弧静特性曲线将上移，与电源外特性曲线的交点将从a点移至b点，此时电弧电压增加、焊接电流减小，见图7。
同理，当弧长缩短时，电弧电压将减小，焊接电流要增加。
这一情况在操作过程中很容易发现，弧焊时弧长的变化是不可避免的（手弧焊时焊工手的抖动，埋弧焊时焊件表面凹凸不平），因此接在焊机上的电流表和电压表的指针不断地按相反方向抖动，而绝不会同向抖动。
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什么是弧焊电源的动特性？
弧焊时，电弧的引燃和燃烧是一个很复杂的过程。
开始引弧时，电极与焊件相碰发生短路，焊接电源要迅速提供合适的短路电流；
电极抬起时，焊接电源的输出电压要很快达到空载电压；
施焊过程中，如果采用熔化电极（焊条、焊丝），会有熔滴从电极过渡到熔池的过程，此时弧长不断地发生变化而引起焊接电流和电弧电压的不断变化，并且使弧焊过程还会产生频繁的短路和再引弧过程。
如果弧焊电源输出的电流和电压不能很快地适应弧焊过程中的这些变化，电弧就不能稳定地燃烧甚至熄灭。
弧焊电源适应焊接电弧这样的动态负载所输出电流、电压相对时间变化的特性，称为弧焊电源的动特性。
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什么是弧焊电源的调节特性？
其调节方式有哪些类型？
当弧长一定时，每一条电源外特性曲线和电弧静特性曲线的交点中，只有一个稳定工作点，即只有一个对应的电流值和电压值。
所以，选用不同的焊接工艺参数时，要求弧焊电源能够通过调节，得出不同的外特性曲线，即为电源的调节特性。
电源外特性曲线的调节方式有如下三种类型：
当焊接电流改变时，空载电压保持不变。
电流调节范围内能保证引弧容易和电流燃烧稳定，见图8a，手弧焊电源多为这种调节特性。
焊接电流调小时，空载电压升高；
焊接电流增大时，空载电压降低，见图8b。
即使使用小电流时，电弧也十分稳定，这是手弧焊电流理想的调节特性。
焊接电流增加时，空载电压升高；
焊接电流减小时，空载电压降低，见图8c。
因此使用小电流时，电弧不够稳定，常用作埋弧焊的电源。
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什么是弧焊电源的负载持续率？
如何进行计算？
焊接电源工作时会发热，温升过高会使绝缘损坏而烧毁。
温升一方面与焊接电源提供的焊接电流大小有关，同时也与焊接电源使用的状态有关：
同样焊接电流下，长时间连续焊接时温升高，焊一会、停一会温升就低。
所以，为保证焊机使用时温升不超过允许值，连续焊接时焊接电流要选用得小一些，断续焊接时，焊接电流可适当选用得大一些，即焊接电流的选用应根据焊接电源的工作状态确定。
负载持续率指在选定的工作时间周期内焊机负载时间占选定工作时间周期的百分率。
其计算式如下：
在选定的工作时间周期内焊机负载时间
负载持续率=───────────────────×
100%
工作时间周期
工作时间周期=在选定的工作时间周期+间歇时间内焊机负载时间
有关标准规定，工作时间周期为5、10、20min与连续焊接时，对于容量500A以下的弧焊电源，以5min为一个工作时间周期。
计算举例
某手弧焊工在5min工作时内有2min用于换焊条和清渣，那么负载时间为3min，则
5-2
负载持续率=──×
100%=60%
5
18
什么是焊机的额定焊接电流和最大焊接电流？
设计焊接电源时，根据其最经常工作条件选定的负载持续率，称为额定负载持续率。
额定负载持续率下允许使用的焊接电流称为额定焊接电流。
如BX3-300焊机的额定负载持续率是60%，这时允许使用的焊接电流为300A，即为焊机的额定焊接电流。
负载持续率增加，允许使用的焊接电流就减小；
反之，负载持续率减小，允许使用的焊接电流就增加。
如BX3-300焊机的负载持续率为100%时，其允许使用的焊接电流为232A；
而当负载持续率为35%时，其允许使用的焊接电流为400A，此电流即为最大焊接电流。
因此，焊机的额定焊接电流不是指焊机允许使用的最大焊接电流。
使用焊接时，焊工应根据铭牌上标定的不同负载持续率下，允许使用的焊接电流值来选取电流，超过时会造成焊机超载而温升过高，以致最终烧毁焊机。
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试述弧焊电源的种类及其特点？
弧焊电源分交流电源和直流电源两大类。
交流电源即弧焊变压器，直流电源包括弧焊发电机和弧焊整流器两类。
所以弧焊电源有三个品种，即弧焊变压器、弧焊发电机和弧焊整流器。
各类弧焊电源的特点，见表2。
表2各种弧焊电源的特点
主要指标（项目）
直流
交流
弧焊发电机
弧焊整流器
弧焊变压器
效率（%）
低（30～60）
较高（60～75）
高（65～90）
功率因数
高（0.86～0.90）
较高（0.65～0.70）
低（0.3～0.6）
每千克熔敷金属耗电
（kW．h）
6～8
3.4～4.2
3～4
空载功率损耗（kW）
2～3
0.1～0.35
0.2
制造材料消耗（%）
100
60～65
20～30
生产弧焊电源工时（%）
50～70
弧焊电源价格（%）
103～115
30～40
每台占用面积（m2）
1.5～2
1～1.5
1～1.2
电弧稳定性
高
较高
低
极性可换性
有
无
构造与维修
较繁
较简单
简单
噪声
大
很小
较小
供电
三相
一般三相
触电危险
较大
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试述弧焊电源型号的编制方法。
我国焊机型号按GB10249—88《电弧焊机型号编制方法》标准规定编制，采用汉语拼音字母和阿拉伯数
字。
型号的编排次序及含义如下所示：
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试述弧焊电源的选用原则。
弧焊电源的选用原则如下：
⑴电源种类手弧焊时，根据焊条药皮种类和性质选用电源。
凡低氢钠型焊条（如E5015）需选用直流电源，低氢钾型焊条（如E5016）可选用直流电源或交流电源。
用交流电源时，弧焊变压器的空载电压不得低于70V，否则引弧困难，电弧燃烧不稳定。
对于酸性焊条（如E4303），虽然可交、直流两用，但应尽量选用交流电源，因为其价格比较便宜。
埋弧焊时，即使采用酸性焊剂，如条件许可，应尽量选用直流电源，因为此时电弧稳定，焊缝成形良好。
钨极氩弧焊时，要根据焊件材料的材质来进行选用，如焊接低碳钢、低合金高强钢时，选用直流电源，焊接铝及合金时选用交流电源。
⑵电源容量电弧焊时的主要焊接工艺参数是焊接电流，按照所需要的焊接电流大小，对照弧焊电源型号后的数字（焊机的额定电流）选用即可，不必再计算弧焊电源的容量后再选用。
⑶电源特性根据焊接方法以及电弧的静特性，选用适应的电源外特性。
如手弧焊、手工钨极氩弧焊、埋弧焊都应选用下降特性电源。
CO2气体保护焊、电渣焊则应选用平特性电源。
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试述弧焊变压器的工作原理。
弧焊变压器是具有下降特性的交流弧焊电源，它是通过增大主回路电感量来获得下降特性的。
其构造有两种形式：
一种是在变压器的电路内做成独立的铁心线圈电感，与正常漏磁式主变压器串联称为串联电抗器动铁式弧焊变压器；
另一种是增强变压器本身的漏磁，形成漏磁感抗称为增强漏磁类动圈式弧焊变压器。
弧焊变压器中可调感抗的作用，不仅是用来获得下降特性，同时还用来稳定焊接电弧和调节焊接电流。
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试述分体动铁式弧焊变压器的构造及工作原理。
分体动铁式弧焊变压器的变压器和电抗器是各自独立的，这类弧焊变压器目前有两种形式：
一种是用于钨极氩弧焊的BX10-100和BX10-500型焊机，其工作原理，见图9a。
所用的电抗器为磁饱和式电抗器，在电抗器铁心的中间铁心柱上有直流控制绕组，调节控制绕组中的控制电流便可细调焊接电流。
另一种分体动铁式弧焊变压器为多站式，其型号为BP-3×
500见图9b，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，可同时供12台手弧焊工使用，每台电抗器的焊接电流调节范围为25～210A。
电抗器的结构见图10。
结构中间为活动铁心，活动铁心下部与磁轭之音质间隙可调节，间隙δ增大，焊接电流增大；
反之，焊接电流减小。
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试述同体动铁式弧焊变压器的构造及工作原理。
同体动铁式弧焊变压器的工作原理与分体动铁式相同，只是电抗器和主变压器公用一个磁轭。
电抗器有一活动铁心，见图11，调节活动铁心的间隙δ便可调焊接电流。
同体式弧焊变压器多用作大功率的埋弧焊电源，其型号有BX1-1600，BX2-1000，BX2-2000等。
图11中又设置了79、80、81、82各端点，用以调节电网电压对空载电压的影响。
25
试述动圈式弧焊变压器的构造及工作原理。
动圈式弧焊变压器的构造，见图12a，属增强漏磁式。
一次绕组L1固定不动，二次绕组L2可用丝杠上、下均匀移动，两个绕组之间形成漏磁磁路，其间隙δ12越大，则漏磁感抗越大，焊接电流越小。
动圈式弧焊变压器的接线图，见图12b，转换开关Ⅰ时为小电流挡，此时空载电压高，有利于稳弧；
转换开关Ⅱ时为大电流档，其外特性曲线见图12c。
动圈式弧焊变压器的振动小，但调焊接电流时L2的移动距离长，因此铁心尺寸高，消耗电机金属材料多。
主要型号有BX3-120、BX3-300、BX3-500，用作手弧焊电源；
BX3-1-400、BX3-1-500，空载电压略高，用作钨极氩弧焊电源。
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试述动铁心式弧焊变压器的构造及工作原理。
动铁心式弧焊变压器构造，见图13a。
属增强漏磁式。
一次、二次绕组L1、L2都是固定绕组，在其中间放上一个活动铁心Ⅱ作为L1、L2间的漏磁分路，它可以在垂直纸面方向移动，见图13b，用以调节焊接电流。
动铁心式弧焊变压器结构紧凑，节省电机金属材料，振动小，焊接电流调节均匀，常用作手弧焊电源，产品型号有BX1-300、BX1-400、BX1-500等。
27
试述抽头式弧焊变压器的构造及工作原理。
抽头式弧焊变压器的构造见图14。
其铁心有二心柱式和三心柱式两种，一次绕组L1分为L11与L12两部分，二次绕组L2也分为L21、L22两部分，两绕组分开以增强漏磁，其基本工作原理与动圈式弧焊变压器相似，属增强漏磁式。
抽头式弧焊变压器结构紧凑，无活动部分故而无振动，焊接电流通过绕组抽头进行有级调节，不能细调，常做成小参数的作为手弧焊电源，主要产品型号有BX6-120、BX6-160、BX6-300等。
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试述弧焊变压器使用过程中的常见故障及排除方法。
弧焊变压器若使用不当，会产生各种故障，影响焊工进行正常作业。
弧焊变压器的常见故障及排除方法见表3。
表3弧焊变压器常见故障及排除方法
故障特征
产生原因
排除方法
焊机线圈过热
1、焊机过载
2、变压器的绕组短路
1、按规定负载持续率下允许的焊接电流值使用
2、重绕绕组或更换绝缘材料
焊机铁心过热
1、电源电压超过额定值
2、铁心硅钢片短路
3、夹紧铁心的螺杆绝缘损坏
1、检查电源电压并对照焊机铭牌上的规定数值
2、清洗硅钢片，重刷绝缘漆
3、更换绝缘材料
熔丝经常烧断
1、电源线短路或接地
2、一次、二次绕组短路
1、检查电源线，消除短路
2、检查绕组情况，更换绝缘材料或重绕绕组
焊机外壳带电
1、电源线或焊接电缆碰到外壳
2、绕组碰外壳
3、焊机外壳未接地或接触不良
1、检查电源引线和电缆与接线板连接情况
2、用兆欧表检查绕组的绝缘电阻
3、接妥焊机机壳的地线
焊机的振动和噪声过大
1、传动铁心和传动绕组的机构有故障
2、动铁心上的螺杆和拉紧弹簧松动或脱落
3、绕组短路
1、检修传动机构
2、加固动铁心及拉紧弹簧
3、更换绝缘，重绕绕组
焊接电流过小
1、焊接电缆太长，电压降太大
2、焊接电缆卷成盘状，电抗大
1、减短电缆长度或加大电缆直径
2、散开电缆，不使它卷成盘状
焊接电流忽大忽小
1、焊接回路连接处接触不良
2、可动铁心随焊机的振动而移动
1、检查焊接回路的接触处，使之接触良好
2、加固可动铁心，使之不发生移动
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试述直流弧焊发电机的构造及其使用现状。
直流弧焊发电机是一台具有下降特性的直流发电机，由异步电动机或内
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