弧焊电源教案.ppt
《弧焊电源教案.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《弧焊电源教案.ppt(164页珍藏版)》请在课桌文档上搜索。
1、1,弧焊电源及其数字化设计(现代焊接生产技术国家重点实验室),2,主 要 内 容 绪论(4学时)概念,分类,发展简史,现状及发展趋势,要求 第一章 对弧焊电源的基本要求(4学时)外特性,调节特性,动特性 第二章 晶闸管式弧焊整流器(8学时)组成,主电路工作原理,控制系统 第三章 逆变式弧焊电源(8学时)逆变机制及其特点,主电路工作原理,控制系统,3,主 要 内 容 第四章 弧焊电源的数字化控制(4学时)概述,关键技术,单片机控制,智能化 第五章 弧焊电源选择和使用(4学时)选择、安装、使用、安全 大作业 撰写一篇不少于3000字的论文,具体要求如下:1.论文内容为弧焊电源的发展方向,题目自拟
2、2.参考文献不少于10篇 3.要有一定的图或表(不少于3个),4,绪 论,(一)弧焊电源的概念、(二)弧焊电源的特点(二)弧焊电源的特点分类(三)弧焊电源的由来及其发展趋势(四)国内外生产现状(五)本课程的性质、任务、要求,5,背景知识:1.焊接是一种重要的加工方法;一个数字:西方工业国家,钢产量的5060%需要焊接 中国2001年,钢产量1.3亿吨,4000万吨需要焊接2.电弧焊是第一大类焊接方法,占70%-90%熔化焊接、固相焊接和钎焊3.弧焊电源是弧焊设备的主体 电源、控制箱、焊接小车、送丝机、焊枪、气路水路,弧焊电源是为焊接电弧提供电能的种装置。,(一)弧焊电源的概念,6,焊接的基本原
3、理,焊接的物理化学过程,采用施加外部能量的方法,促使分离材料的原子接近、形成原子键结合,同时去除一切阻碍原子键结合的一切表面膜和吸附层,以形成一个优质的焊接接头。,几种形成焊接接头的机理,熔化 物理化学反应 再结晶 相变 键合,加压 塑性变形 挤出杂质 紧密接触 键合,接触 加热 长时间扩散 键合,吸附(表面张力)去膜 毛细填缝 键合,7,1.功率大:大电流,低电压2.多外特性:平、陡、缓3.动特性要求:动态负载4.调节特性要求:规范可调,(二)弧焊电源的特点,8,根据输出波形分为:直流、交流、脉冲弧焊电源,9,一、交流弧焊电源1.弧焊变压器(低档次交流电源)原理:将电网的交流电变成适宜于弧焊
4、的交流电,由主、次级相隔的主变压器及所需的调节和指示装量等组成 优点:结构简单、易造易修、成本低磁偏吹很小、空载损失小、噪音小 缺点:电弧稳定性差(相对于直流电源)、功率因数较低 应用:它一般应用于质量要求不高的场合,手工电弧焊(使用酸性焊条),埋弧焊(大容量的弧焊变压器)和钨极氩弧焊等。,10,2.方波交流电源(高档次交流电源)原理:,11,优点:1)电弧稳定,电流过零时再引燃电弧容易,不必加特殊的稳弧器,消除了传统的高频干扰,有利于由计算机参与的自动化焊接系统正常工作。2)通过调节正负半波时间比、幅值比,在保证必要的阴极雾化作用条件下,最大限度地减少钨极为正半波的时间,使整个焊接过程向直流
5、钨极接负方法靠近,延缓了钨极的烧损,这对于自动化焊接提高生产率有利。3)由于采用电子技术控制,可以方便地改变电弧形态、电弧作用力及对母材的热输入能量,从而有效地控制熔深及正反面成形。,12,二、直流弧焊电源1.直流弧焊发电机(淘汰产品)原理:一般由特种直流发电机,以及获得所需外特性的调节装置等组成。直流弧焊发电机:电动机驱动 直流弧焊柴(汽)油发电机:柴(汽)油机驱动 优点:过载能力强,输出脉动小,电网电压波动的影响小。缺点:噪音及空载损失较大,效率稍低而价格较高 应用:它可用作各种弧焊的电源,柴(汽)油机驱动直流弧焊发电机,AX1-500型直流弧焊发电机,13,2.弧焊整流器(目前主流产品)
6、原理:交流电经整流装置获得直流电的弧焊电源。一般由初、次级绕组相隔的主变压器、半导体整流元件组以及为获得所需外特性的调节装置等组成。,14,2.弧焊整流器(目前主流产品)原理:交流电经整流装置获得直流电的弧焊电源。一般由初、次级绕组相隔的主变压器、半导体整流元件组以及为获得所需外特性的调节装置等组成。优点:制造方便、价格低、空载损耗小、噪音小、焊接性能好、控制方便等优点。应用:它可作各种弧焊的电源,15,3.逆变弧焊电源(未来主流产品)原理:,ZX7-1603751552408kg,ZX7-40030053056036kg,芬兰肯比逆变焊机,16,优点:体积小,是传统焊机1/3;重量轻,是传统
7、焊机的1/5;效率高达8595%,比传统焊机节能40%;功率因数高达0.99;微秒级的响应速度,故动特性非常好,焊接质量较传统焊机有很大的提高。应用:它可作各种弧焊的电源,ZX7-1603751552408kg,ZX7-40030053056036kg,芬兰肯比逆变焊机,17,三、脉冲弧焊电源原理:焊接电流以低频调制脉冲方式输出优点:具有效率高,输入线能量较小,可在较宽范围内控制线能量等优点应用:它主要用作气体保护焊和等离子弧焊以及手工弧焊的电源,适用于热敏感性大的高合金材料、薄板和全位置焊接等场合,18,(四)弧焊电源对比:,19,一、随焊接方法的发展而发展18世纪初 发现电弧 电能有限,不
8、能应用1885年 碳极电弧 1886年 电阻焊1892年 金属极电弧焊 1901年 氧乙炔焊1910年 薄皮焊条 1920年 GMA 高频焊1930年 GTA 1935年 厚皮焊条1935年 埋弧焊 1940年 铁粉焊条1948年 冷压焊 1950年 低氢焊条1951年 电渣焊 1953年 CO2焊接1956年 超声波 电子束 1957年 摩擦焊1957年 等离子弧焊 1963年 爆炸焊接1965年 激光焊,20,二、随电源自身的发展而发展发展脉络:机械控制 电磁控制 电子控制 电力产品 电力电子产品 电子产品,弧焊电源从属于焊接技术,但它的出现与发展是建立在电工、电子技术基础上的,在每一时期
9、的弧焊电源技术水平不是与焊接技术适应,而是由那个时期的电器制造水平所决定的,反过来它决定当时的焊接工艺水平。把现代电源技术中的先进方法及时引入焊接电源是焊接技术工作者的一个重要任务。,21,19世纪末,直流弧焊发电机出现20世纪20年代,交流弧焊变压器出现20世纪40年代,出现硒片制成的弧焊整流器20世纪60年代,硅整流磁放大器式电源显赫一时20世纪70年代,大力发展晶闸管电源20世纪80年代,电力电子器件GTR、MOSFET、IGBT等的不断涌现,控制技术的发展,微机的发展,使弧焊电源发生革命性变化。弧焊电源由电力设备变为电力电子设备,向半导体化、电子化发展 多种形式的弧焊整流器相继出现和完
10、善,取代直流弧焊发电机;逆变电源的出现引发焊接电源的革命;方波交流电源取代弧焊变压器。微机、智能控制控制性能更好,工艺性能更完善。,22,(三)发展趋势:电路结构上向逆变化发展 控制上向智能化发展,模糊、神经、专家等智能控制 实现:由“硬开关”到“软开关”的转变;由“静特性控制”到“动特性控制”的转变;由“污染”到“绿色”的转变;由“模拟”到“数字”的转变;由“经验”到“智能”的转变;由“调试”到“仿真”的转变,23,(四)数字化弧焊电源的特点 焊接技术与数字信号处理(DSP)技术相融合 1.柔性化控制和多功能集成 2.适应性强 3.操作性能好 4.控制精度高 5.产品的一致性好 6.接口兼容
11、性好 7.功能升级方便,24,(一)国外焊接电源的生产 实现逆变化 智能化 多功能化,日本,欧美,松下 OTC,Fronius Kemmpi 林肯,25,(二)国内情况1953年第一个电焊机厂建立上海电焊机厂1955年成都电焊机研究所成立据2000年统计,定点厂38家,总共1500个,年产焊机20万左右目前能生产45个系列,150余个品种,500多个规格存在不足:电焊机企业数量多、规模小,集团化差,开发能力弱。一般化的产品多,先进的焊接电源,特别是性能好、功能多的气体保护焊设备产量少,新工艺的开发与推广速度慢,每年仍需大量进口新型焊接技术与设备。每年我国仍需从境外进口较多先进焊接设备,进口总值
12、和国内焊机的生产总值大致相当。,26,知名厂家:北京新时代 唐山松下 牡丹江欧地希 上海沪工 成都焊研威达 南通三九,27,(二)国内情况,28,29,(一)任务与目的 本课程是一门专业课,其任务是使学生掌握各类型弧焊电源的基本理论、基础知识和实验技能。(二)先修课 焊接方法 电工学(三)教材 弧焊电源及其数字化控制黄石生 新型弧焊电源及其智能控制黄石生 晶闸管弧焊电源殷树言,30,第一章 对弧焊电源的基本要求第一节 对弧焊电源外特性的要求第二节 对弧焊电源调节特性的要求第三节 对弧焊电源动特性的要求,31,(一)焊接电弧的电特性 两电极之间产生电弧时,在电弧长度方向上电场强度分布是不均匀的。
13、阳极区和阴极区在电弧中长度很小,分别约为10-4 10-6 cm,因此可以认为两电极间距离即弧柱的长度。,32,(二)电弧静特性 当弧长一定电弧稳定燃烧时,两电极间总电压与电流之间的关系曲线称为电弧静特性曲线。A段,电流密度较小随着电流增加,电弧电压急剧下降,这段为下降特性,也称为负阻特性。B段,电流密度中等,随着电流增加电弧电压几乎保持不变,这段是水平特性,C段,电流密度大,随着电流增加电弧电压也随之明显上升,属于上升特性。,(三)焊接电弧的引燃,一、接触引弧 接触引弧是在弧焊电源通电并建立起空载电压后,电极(焊条或焊丝)与工件直接短路接触,随后拉开,从而把电弧建立起来。,34,二、非接触引
14、弧,高压脉冲引弧电压波形 高频高压引弧电压波形,它是指在电极与工件之间存在一定的间隙,施加一定的能量,将间隙中的空气电离,形成导电通道,从而引燃电弧的一种方法。施加一定的能量的方式:高压脉冲引弧:f=50、100Hz,U=30005000V 高频高压引弧:f=150260kHz,U=20003000V,35,电源的工艺适应性(1)引弧容易(2)保证电弧稳定燃烧(3)保证焊接规范稳定(主要指焊接电流和电压)(4)可调节焊接规范 提出三大要求 外特性 调节特性 动特性,36,一.电源外特性的概念 在电源内部参数一定的条件下,改变负载时,电源输出的电压稳定值Uy与输出的电流稳定值Iy之间的关系曲线U
15、yf(Iy)称为电源的外特性。对于直流电源,Uy和Iy为平均值,对于交流电源则为有效值。Uy=E Iy*r0二.外特性的测量方法,电源外特性测量 电弧静特性测量 电源外特性,37,三.测量的要求 不少于8点(尽可能平均分配),包括空载、额定工作点和短路三点。四.额定工作点的计算 U=20+0.04I(I 600A)U=44(I 600A)U=14+0.05I(I 600A)U=44(I 600A)U=10+0.04I(I 600A)U=34(I 600A)U=20+0.04I(I 600A)U=44(I 600A),38,39,三.“电源电弧”系统的稳定性 在电弧焊接过程中,电源起供电作用,电
16、弧作为供电对象而用电,从而构成“电源一电弧”系统。“电源一电弧”系统的稳定性包含两方面的含义:1系统在无外界因素干扰时,能在给定电孤电压和电流下,维持长时间的连续电弧放电,保持静态平衡。此时应有如下关系:,40,电弧伏安特性曲线在工作点上的斜率大于电源外特性曲线在工作点上的斜率,三.“电源电弧”系统的稳定性 2系统受到瞬时的外界干扰,破坏了旧的静态平衡,使焊接规范的变化。但当干扰消失之后,系统能够自动地达到新的稳定平衡,使得焊接规范重新恢复。,41,42,四.对电源外特性曲线的要求(一)选择原则 1.保证“电源一电弧”系统的稳定性;2.保证焊接规范稳定 一定形状的电弧静特性需选择适当形状的电源
17、外特性与之相配合,才能既满足系统的稳定又能保证焊接规范稳定。(二)外特性曲线分段 空载点:空载电压要求 工作区段:分析对其形状的要求 短路区段:要说明对其形状和短路电流的要求,Uf,If,43,(三)对外特性曲线工作区段形状的要求工作区段是指外特性上在稳定工作点附近的区段1.手工电弧焊 理想外特性为恒流加外拖,44,(三)对外特性曲线工作区段形状的要求原因:1)手工弧焊工作于电弧静特性 的水平段上2)满足系统稳定性的要求:采用下降外特性的弧焊电源3)从保证焊接规范稳定,保证电弧的弹性好来考虑:垂直下降(恒流)外特性的电源是最好的4)恒流特性的短路电流过小,将造成引弧困难,电 弧推力弱、熔深浅、
18、熔滴过渡困难。5)恒流带外拖特性既可体现恒流特性焊接规范稳定 的特点,又通过外拖增大短路电流,提高了引弧 性能和电弧熔透能力。,45,(三)对外特性曲线工作区段形状的要求2.熔化极弧焊1)等速送丝 CO2MAG、MIG焊 细丝(直径小于3mm)直流埋弧焊 理想外特性为平的外特性 原因:a)电弧静特性均是上升段 b)电源外特性为下降、平、微升 都满足系统稳定条件 c)考虑到保持弧长稳定,发挥弧长自调节作用,平的特性更理想。当弧长变化时,平外特性产生的电流偏差,将大于下降外特性的电流偏差,亦即前者的弧长恢复得快,电源电弧系统的自身调节作用较强。当弧长变化时引起电流和焊丝熔化速度变化,使孤长恢复的作
19、用称为电源电弧系统的自身调节作用,46,(三)对外特性曲线工作区段形状的要求2.熔化极弧焊2)变速送丝 粗丝(直径大于3mm)直流埋弧焊和部分MIG焊 理想外特性为陡降特性原因:a)电弧静特性是水平段 b)满足系统稳定条件,电源外特性为下降 c)这类焊接方法中,焊丝电流密度都很小,自身调节作用不强,只能采用变速送丝来控制弧长,这种强制作用与电源外特性无关。d)选择较陡的下降特性,则在孤长变化时引起的电流偏差较小,有利于焊接规范的稳定。,47,(三)对外特性曲线工作区段形状的要求3.非熔化极弧焊 钨极氩弧焊和等离子弧焊 理想外特性为恒流特性原因:1)电弧静特性工作在水平或微升段 2)稳定焊接规范
20、主要指稳定焊接电流 3)弧长变化时,恒流特性的电流变化最小,48,(三)对外特性曲线工作区段形状的要求4.熔化极脉冲焊 采用等速送丝,利用“电源一电弧”系统的自身调节作用来稳定焊接规范,维弧阶段和脉冲阶段分别工作于两条电源外特件上。为增强“电源一电弧”系统的自身调节作用,维弧阶段和脉冲阶段都采用平的外特性(即“平平”特性)比较好,采用“平降”特性或“降平”特性也还可以,最好是用双阶梯形特性。,弧长减少:脉冲段,恒流特性,熔滴过渡均匀;维弧段,水平特性,自调节作用强,防短路,弧长增加:维弧段,恒流特性,防断弧;脉冲段,水平特性,电压不变,电流减少,熔化速度小,防烧枪嘴。,49,(四)对空载电压的
21、要求1.原则 1)保证引弧容易 空载电压愈高,则愈有利。2)保证电弧的稳定燃烧 3)保证电弧功率稳定 4)要有良好的经济性 5)保证人身安全 在确定空载电压时,应在满足弧焊工艺需要,在确保引弧容易和电弧稳定的前提下,尽可能采用较低的空载电压数值以利于人身安全和提高经济效益。,50,(四)对空载电压的要求2.国标规定 交流弧焊电源 直流弧焊电源 取比交流弧焊电源小10V 一般规定空载电压不得超过100v,在特殊用途中,若超过100v时必须备有自动防触电装置。,51,(五)对短路电流的要求 当电弧引燃和金属熔滴过渡到熔池时,经常发生短路。如果稳态短路电流过大会使焊条过热,药皮易脱落,使熔滴过渡中有
22、大的积蓄能量而增加金属飞溅。但是,如果短路电流不够大,会因电磁压缩推动力不足使引弧和焊条熔滴过渡产生困难。,52,五.外特性形状的种类(一)下降外特性特点:当输出电流在运行范围内增加时,其输出电压随着急剧下降。在其工作部分每增加100A电流,其电压下降一般应大于7V。垂直下降(恒流)特性、缓降特性和恒流带外拖特性。(二)水平特性两种:一种是,随着电流增大,电弧电压接近于恒定不变(又称恒压特性)或稍有下降,电压下降率应小于7v/100A,另一种是,随着电流增大,电压稍有增高(上升特性),电压上升率应小于10v/100A,53,一.电源的调节特性 弧焊电源能满足不同工作电压、电流的需求的可调性能为
23、其调节性能。是通过电源外特性的调节来体现的 电弧电压和电流是由电弧静特性和弧焊电源外特性曲线相交的一个稳定工作点决定的。对应于一定的弧长,只有一个稳定工作点。因此,为了获得一定范围所需的焊接电流和电压,弧焊电源的外特性必须可以均匀调节,以便与电弧静特性曲线在许多点相交,得到一系列的稳定工作点,54,二.可调参数(一)下降特性电源的可调参数1.工作电流If 在进行弧焊时的电弧电流或这时电源输出的电流。2.工作电压Uf 弧焊电源输出的负载电压 负载电压包括电弧电压和焊接回路的电缆压降 为保证一定的电弧电压,要求工作电压随工作电流增大 工作电压与工作电流的关系为一缓升直线,称为负载特性3.最大焊接电
24、流Ifmax 是弧焊电源通过调节所能输出的与负载特 性相应的上限电流4.最小焊接电流Ifmin5.电流调节范围,55,二.可调参数(二)平特性电源的可调参数1.工作电流If 在进行弧焊时的电弧电流或这时电源输出的电流。2.工作电压Uf 弧焊电源输出的负载电压 3.最大工作电压Ufmax4.最小工作电压Ufmin5.工作电压调节范围,56,三.弧焊电源的负载持续率 表示弧焊电源的负荷状态 弧焊电源能输出多大功率,与它的温升有着密切的关系,在弧焊电源标准中对于不同绝缘级别,规定了相应的允许温升 弧焊电源的温升除取决于焊接电流的大小外,还决定于负荷的状态,即长时间连续通电还是间歇通电 手工弧焊电源的
25、工作周期定为5min,自动或半自动的工作周期规定为20min、l0min和5min。负载持续率额定级按国家标准规定有35%、60和100三种。手工弧焊电源取60%,轻便型者可取35,自动或半自动取100 弧焊电源铭牌上规定的额定电流Ie,就是指在规定的环境条件下,按额定负载持续率FSe规定的负载状态工作,即符合标准规定的温升限度下所允许的输出电流值。,57,四.电焊机型号编制方法A-旋转直流弧焊电源 Z-整流弧焊电源 B-交流弧焊电源M-埋弧焊机 W-非熔化极气保焊 N-熔化极气保焊 L-等离子弧焊,58,四.电焊机型号编制方法A-旋转直流弧焊电源 Z-整流弧焊电源 B-交流弧焊电源M-埋弧焊
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电源 教案
链接地址:https://www.desk33.com/p-229570.html