对弧焊电源空载电压的要求对弧焊电源的基本要求

焊接过程中，焊接电弧是弧焊电源的负载，焊接电弧与弧焊电源组成了用电系统。为使焊接电弧能够在要求的焊接电流下稳定燃烧，弧焊电源应满足下述条件。

1.对弧焊电源空载电压的要求

弧焊电源的空载电压是指弧焊电源处于非负载状态时的端电压，用U₀表示，它是弧焊电源的重要技术指标。弧焊电源空载电压的确定应遵循以下几项原则：

（1）保证引弧容易 引弧时焊条（或焊丝）和工件接触，因两者的表面往往有锈蚀及其他杂质，所以需要较高的空载电压才能将高电阻的接触面击穿，形成导电通路。再者，引弧时两极间隙的气体由不导电状态转变为导电状态，气体的电离和电子发射均需要较高的电场能。空载电压越高，引弧越容易。

（2）保证人身安全 弧焊电源的空载电压越高，对操作者的安全越不利。因此，从保证操作安全考虑，U₀不宜太高。

综合考虑上述因素，一般对弧焊电源空载电压的规定如下：

弧焊变压器：U₀≤80V；

弧焊整流器：U₀≤85V。

一般规定U₀不得超过100V，在特殊用途中，若超过100V时必须备有防触电装置。

2.对弧焊电源外特性的要求

弧焊电源和焊接电弧是一个供电与用电系统。在稳定状态下，弧焊电源的输出电压和输出电流之间的关系，称为弧焊电源的外特性，或弧焊电源的伏安特性。

下面结合具体焊接方法对电源外特性曲线的选择进行具体分析。

（1）焊条电弧焊 焊条电弧焊一般工作在电弧静特性的水平段。采用下降外特性的弧焊电源，就可满足系统稳定性的要求。但是怎样下降的外特性曲线才更合适，还得从保证焊接参数的稳定来考虑。

图6-2中曲线1和曲线2是陡降度不同的两条电源外特性曲线。弧长从l₁增至l₂时，电弧静特性曲线与下降陡度大的电源外特性曲线1的交点A₀移至A₁，电弧电流偏移了ΔI₁，而与下降陡度小的电源外特性曲线2的交点由A₀至A₂，电流偏差为ΔI₂，显然ΔI₂>ΔI₁。当弧长减小时，情况类同。由此可见，当弧长变化时，电源外特性下降的陡度越大，则电流偏差就越小，焊接电弧和焊接参数稳定。但外特性陡降度过大时，稳态短路电流I_wd过小，影响引弧和熔滴过渡；陡降度过小的电源，其稳态短路电流I_wd又过大，焊接时产生的飞溅大，电弧不够稳定。因此，陡降度过大和过小的电源均不适合焊条电弧焊，故规定弧焊电源的外特性应满足下式，即1.25＜I_wd/I_h＜2。

图6-2 弧长变化时引起的电流偏移

最好是采用恒流带外拖特性的弧焊电源，如图6-3所示。它既可体现恒流特性焊接参数稳定的特点，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。

（2）熔化极电弧焊 熔化极电弧焊包括埋弧焊、熔化极氩弧焊（MIG）、CO₂气体保护焊和含有活性气体的混合气体保护焊（MAG）等。这些焊接方法，在选择合适的电源外特性工作部分的形状时，既要根据其电弧静特性的形状，又要考虑送丝方式。根据送丝方式的不同，熔化极电弧焊分为两种。(www.xing528.com)

图6-3 电源恒流带外拖特性的曲线示意图

a）外拖为下倾斜线 b）外拖为阶梯斜线

1）等速送丝控制系统的熔化极电弧焊。CO₂焊、MAG焊、MIG焊或细丝（直径≤3mm）的直流埋弧焊，电弧静特性均是上升的。电源外特性为下降，平、微升（但上升陡度需小于电弧静特性上升的陡度）时都可以满足“电源—电弧”系统稳定条件。对于这些焊接方法，特别是半自动焊，电弧的自身调节作用较强。焊接过程的稳定，是靠弧长变化时引起焊接电流和焊丝熔化速度的变化来实现的。弧长变化时，如果引起的电流偏移越大，则电弧自身的调节作用就越强，焊接参数恢复得就越快。

如图6-4所示，曲线1和曲线2各为近于平的和下降的电源外特性，曲线3为某一定弧长时的电弧静特性。当弧长发生变化时，具有平特性的电源（曲线1）所引起的电流偏移量ΔI₁，大于下降特性的电源（曲线2）引起的电流偏移量ΔI₂，表明前者的弧长恢复得快，其自身调节作用较强。因此当电流密度较大，电弧静特性为上升阶段时，应尽可能选择平外特性的电源，使其自身的调节作用足够强烈，焊接参数稳定。

2）变速送丝控制系统的熔化极弧焊。通常的埋弧焊（焊丝直径大于3mm）和一部分MIG焊，它们的电弧静特性是平的。为了满足K_wd>0，只能选择下降外特性的电源。因为这类焊接方法的电流密度较小，自身调节作用不强，不能在弧长变化时维持焊接参数的稳定，应该采用变速送丝控制系统（也称电弧电压反馈自动调节系统），即利用电弧电压作为反馈量来调节送丝速度。当弧长增加时，电弧电压增大，电压反馈迫使送丝速度加快，使弧长得以恢复；当弧长减小时，电弧电压减小，电压反馈迫使送丝速度减慢，使弧长得以恢复。显然，陡降度较大的外特性电源，在弧长或电网电压变化时所引起的电弧电压变化较大，电弧均匀调节的作用也较强。因此，在电弧电压反馈自动调节系统中应采用具有陡降外特性曲线的电源，这样电流偏差较小，有利于焊接参数的稳定。

图6-4 电源外特性对电流偏差的影响

3）非熔化极电弧焊。这种弧焊方法包括钨极氩弧焊（TIG）、等离子弧焊以及非熔化极脉冲弧焊等。它们的电弧静特性工作部分呈平的或略上升的形状，影响电弧稳定燃烧的主要参数是电流，而弧长变化不像熔化极电弧那样大。为了尽量减小由外界因素干扰引起的电流偏移，应采用具有陡降特性的电源。

3.对弧焊电源调节特性的要求

焊接时，由于工件的材料、厚度及几何形状不同，选用的焊条（或焊丝）直径及采用的熔滴过渡形式也不同，因而需要选择不同的焊接参数，即选择不同的电弧电压U_h和焊接电流I_h等。为满足上述要求，电源必须具备可以调节的性能。

当弧长一定时，每一条电源外特性曲线与电弧静特性曲线相交，只有一个稳定工作点，也就是只有一组电弧电压和焊接电流值。因此，为了获得一定范围的所需电弧电压和焊接电流，弧焊电源必须具有若干可均匀调节的外特性曲线，以使其与电弧静特性曲线相交，得到一系列稳定的工作点，弧焊电源这种外特性可调的性能，称为弧焊电源的调节特性。

4.对弧焊电源动特性的要求

（1）合适的瞬时短路电流峰值 焊条电弧焊时，从有利于引弧、加速金属的熔化和过渡、缩短电源处于短路状态的时间等方面考虑，希望短路电流峰值大一些好；但短路电流峰值过大，会导致焊条和焊件过热，甚至使焊件烧穿，并会使飞溅增大。因此必须要有合适的瞬时短路电流峰值。

（2）合适的短路电流上升速度 短路电流上升速度太小，不利于熔滴过渡；短路电流上升速度太大，飞溅严重。所以，必须要有合适的短路电流上升速度。

（3）合适的恢复电压最低值 在进行直流焊条电弧焊开始引弧时，当焊条与工件短路被拉开后，即在由短路到空载的过程中，由于焊接回路内电感的影响，电源电压不能瞬间就恢复到空载电压U₀，而是先出现一个尖峰值（时间极短），紧接着下降到电压最低值U_min，然后再逐渐升高到空载电压。这个电压最低值U_min就叫恢复电压最低值。如果U_min过小，即焊条与工件之间的电场强度过小，则不利于阴极电子发射和气体电离，使熔滴过渡后的电弧复燃困难。

综上所述，为保证电弧引燃容易和焊接过程的稳定，并得到良好的焊缝质量，要求弧焊电源应具备对负载瞬变的良好反应能力，即良好的动特性。