正确使用和处理弧焊电源故障的技巧

任务描述

1.熟悉弧焊电源的结构与特点。

2.了解弧焊电源的分类及型号。

3.掌握弧焊电源的正确使用和常见故障处理的技术。

任务分析

弧焊电源是为焊接过程提供电能的装置。在进行实际的焊条电弧焊操作之前，必须熟悉弧焊电源的结构、分类和型号，并能在教师的指导下正确使用弧焊电源，以及进行常见故障的处理，为焊条电弧焊焊接打下基础。

相关知识

一、焊条电弧焊对弧焊电源的要求

1.对外特性的要求

在电弧稳定燃烧的状态下，弧焊电源输出电压与输出电流之间的关系称为弧焊电源的外特性。用来表示这一关系的曲线称为弧焊电源的外特性曲线。弧焊电源的外特性基本上分为下降外特性、平外特性和上升外特性三种类型。对于焊条电弧焊来说，必须具有下降的外特性。

下降外特性有缓降的，也有陡降的。哪一种更有利于电弧的稳定燃烧呢？缓降外特性和陡降外特性对焊接电流的影响如图2-7所示。当焊接电流从稳定值偏离同样的数值ΔI时，对于两种外特性，电源输出的端电压和电弧电压之间的差额分别为ΔU₁和ΔU₂。由于图2-7中两个坐标的比例相同，故ΔU₂＞ΔU₁，即陡降外特性比缓降外特性引起的电压差要大。电压差越大，电流恢复到稳定值的速度就越快。可见采用陡降外特性电源在遇到干扰时，焊接电流恢复到稳定值的时间较缓降外特性电源短，这有利于提高电弧的稳定性，保证焊接质量。

综上所述，焊条电弧焊对弧焊电源的基本要求是具有陡降外特性。

图2-7 缓降外特性和陡降外特性对焊接电流的影响

1—缓降外特性 2—陡降外特性

2.对短路电流的要求

当电极和工件短路时，电压为零，此时焊接电源输出的电流称为短路电流。在引弧和熔滴过渡时，经常发生短路。如果短路电流过小，则会使引弧和熔滴过渡发生困难。相反，如果短路电流过大，则会使焊条过热，药皮脱落，飞溅增大，而且会引起弧焊电源过载以致有烧损的危险。短路电流值应满足以下要求：

1.25I_工＜I_短＜2I_工

式中 I_短——短路电流（A）；

I_工——工作电流（A）。

3.对空载电压的要求

当焊机接通电网而输出端没有接负载时，焊接电流为零，此时输出端的电压称为空载电压。

引弧时，较高的空载电压能将工件表面的高电阻接触面击穿，形成通路。同时，空载电压高有利于电子发射，使引弧容易，电弧燃烧稳定。但是空载电压也不宜过高，因为过高的空载电压不利于焊工安全操作，并且制造焊机时消耗的硅钢片和铜材增多。因此，在满足焊接工艺要求的前提下，空载电压应尽可能低一些。焊条电弧焊中弧焊变压器的空载电压一般在80V以下，弧焊整流器的空载电压一般在90V以下。

4.对动特性的要求

弧焊电源的动特性是指弧焊电源适应焊接电弧变化的特性。在焊接过程中，焊条与工件之间发生频繁的短路和重新引弧过程。如果弧焊电源输出的电流和电压不能适应焊条电弧焊过程中的这些变化，电弧就不能稳定燃烧，也就很难得到好的焊缝质量。当动特性良好时，引弧容易，飞溅小，操作时会感到电弧柔和、富有弹性。因此，动特性是衡量弧焊电源质量的一个主要指标。

对弧焊电源动特性的具体要求是：有合适的瞬时短路电流峰值；有较快的短路电流上升速度；从短路到复燃，能在极短的时间内完成。

5.对调节特性的要求

为了适应不同厚度和不同材料工件的焊接要求，焊接电流必须可调。一般要求弧焊电源的电流调节范围为额定焊接电流的0.25～1.2倍。弧焊电源焊接电流的调节是通过改变弧焊电源外特性曲线位置来实现的。

二、弧焊电源的分类及型号

1.弧焊电源的分类

弧焊电源按结构原理的不同可分为直流弧焊电源、交流弧焊电源和逆变式弧焊电源三种类型。

（1）直流弧焊电源 直流弧焊电源有直流弧焊发电机和弧焊整流器两种。直流弧焊发电机由直流发电机和原动机（电动机、汽油机、柴油机）组成。其特点是坚固耐用，电弧燃烧稳定，但耗电量大、效率低、成本高、噪声大、维修困难。由电动机驱动的直流弧焊发电机属于国家规定的淘汰产品，但由柴油机驱动的直流弧焊发电机可用于没有电源的野外施工。

弧焊整流器是把交流电经降压整流后获得直流电的设备。它的优点是制造方便、价格低、空载损耗小、电弧稳定和噪声小，且大多数（如晶体管式、晶闸管式）可以远距离调节焊接参数，能自动补偿电网电压波动对输出电压、电流的影响。

（2）交流弧焊电源 交流弧焊电源一般也称为弧焊变压器，是一种简单和常用的弧焊电源。它的作用是把网路电压的交流电变成适宜于电弧焊的低压交流电。弧焊变压器具有结构简单、容易制造与检修、成本低、效率高、磁偏吹小、噪声小等优点，但电弧稳定性较差，功率因数较低。

（3）逆变式弧焊电源 逆变式弧焊电源又称为弧焊逆变器。它把单相或三相交流电整流后，由逆变器转变为几百至几万赫兹的中频交流电，经降压后输出交流电或直流电。它的特点是高效、节能、重量轻、体积小、功率因数高和焊接性好。

2.弧焊电源的型号及主要技术特性

（1）弧焊电源的型号 根据《电焊机型号编制方法》（GB/T 10249—2010），弧焊电源型号用汉语拼音字母和阿拉伯数字表示。型号的编排次序及含义如下：

1）第一项为大类名称，用字母表示：A表示弧焊发电机，B表示弧焊变压器，Z表示弧焊整流器，M表示埋弧焊机等。

2）第二项为小类名称，用字母表示：X表示下降特性，P表示平特性，D表示多特性等。

3）第三项为附注特征，用字母表示：M表示脉冲电源，E表示交直流两用电源，L表示空载电压，J表示交流电源。

4）第四项为系列序号，用阿拉伯数字表示：区别同小类的各系列和品种。弧焊变压器中“1”表示动铁心式，“3”表示动圈式；弧焊整流器中“1”表示动铁心式，“3”表示动圈式，“5”表示晶闸管式，“7”表示逆变式。

5）第五项为基本规格，表示额定焊接电流，用阿拉伯数字表示。

6）第六项为派生代号，用汉语拼音字母表示。

7）第七项为改进序号，用阿拉伯数字表示。

前四项为产品符号代码，当第三项和第四项不需表示时，可只用第一项和第二项；当第六项和第七项不需表示时，也可空缺。

例如：BX3—300表示产品系列序号为3，额定焊接电流为300A，具有下降外特性的交流弧焊变压器。

（2）弧焊电源的主要技术特性 每台弧焊电源上都用铭牌说明它的技术特性，包括一次侧电压、相数、额定输入容量、输出空载电压和工作电压、额定焊接电流、焊接电流调节范围、负载持续率等。下面以BX3—300型弧焊电源的铭牌介绍这些参数的含义：

1）一次电压、容量、相数等参数用于说明弧焊电源接入电网时的要求，如BX3—300型弧焊电源接入单相380V电网，容量为20.5kV·A。

2）二次空载电压表示弧焊电源输出端的空载电压。

3）负载持续率是指弧焊电源负载的时间占整个工作时间周期的百分率，用公式表示如下：

我国标准规定，500A以下的弧焊电源，工作时间周期定为5min。例如，在焊条电弧焊时，只有电弧燃烧时电源才有负载，在更换焊条、清渣时电源没有负载。如果5min内有2min用于换焊条和清渣，那么电源负载时间为3min，即负载持续率等于60%。

4）许用焊接电流是弧焊电源在未超过铭牌上规定的负载持续率的情况下允许使用的最大电流，若超过该电流，则会因温升过高而将焊机烧毁。

三、焊条电弧焊常用电源的结构特点

1.弧焊变压器

弧焊变压器通常称为交流弧焊机。它的主要特点是在焊接回路中增加一个阻抗，阻抗上的压降随着焊接电流的增加而增加，以此获得陡降外特性。按获得陡降外特性方法的不同，弧焊变压器可分为串联电抗器式和增强漏磁式两种。按结构的不同，串联电抗器式又分为分体式和同体式两类；增强漏磁式可分为动圈式、动铁心式和抽头式三类。以下主要介绍动圈式弧焊变压器。

BX3—300型弧焊变压器属于动圈式，是生产中应用最广的一种焊机，如图2-8所示。它是依靠一、二次绕组间漏磁获得陡降外特性的。如图2-9所示，它有一个高而窄的口字形铁心，一次绕组制成匝数相等的两盘，固定在口字形铁心两心柱的底部，二次绕组也制成两部分，装在两铁心柱上部可动的支架上。转动手柄，通过丝杠带动，可以上下调节改变一、二次绕组间的距离，从而调节焊接电流大小。

图2-8 BX3—300型弧焊变压器

图2-9 BX3—300型弧焊变压器的结构

焊接电流的调节有粗调节和细调节两种方法。粗调节是通过改变一、二次绕组的匝数来进行。当接成接法Ⅰ时，空载电压为75V，焊接电流的调节范围为40～125A；当接成接法Ⅱ时，空载电压为60V，焊接电流的调节范围为115～400A。

细调节是通过手柄来改变一、二次绕组之间的距离来进行的。当两者距离增大时，漏磁通增大，焊接电流就减小；反之，焊接电流就增大。

2.弧焊整流器

弧焊整流器是一种将交流电变压、整流后转换成直流电的弧焊电源。弧焊整流器包括硅弧焊整流器、晶闸管式弧焊整流器及晶体管式弧焊整流器等。晶闸管式弧焊整流器具有耗材少、重量轻、节电、动特性及调节性能好等优点，正逐步代替弧焊发电机和硅弧焊整流器，成为目前主要的直流弧焊电源。

晶闸管式弧焊整流器是一种电子控制的弧焊电源。它是用晶闸管作为整流元件，以获得所需的外特性及进行焊接参数（电流、电压）的调节。起动焊机后，网路电源向焊机供电，三相主变压器将三相网路电压降为几十伏的交流电压，通过晶闸管组整流和功率控制，经直流电抗器滤波和调节动特性，输出所需要的直流焊接电压和电流。ZX5—400型晶闸管式弧焊整流器如图2-10所示。

3.弧焊逆变器

弧焊逆变器是一种新型节能弧焊电源。它具有效率高、体积小、电弧稳定性好、操作容易、维修方便、焊接质量高等优点，适用于需要频繁移动焊机的焊接场所。

将直流电转换成交流电的过程称为逆变。实现这种转换的装置称为逆变器。为焊接电弧提供电能，并具有弧焊方法所要求性能的逆变器即为弧焊逆变器。目前，各类逆变式弧焊电源已逐步应用于多种焊接方法，如焊条电弧焊、气体保护焊、等离子弧焊及埋弧焊，并适于用作焊接机器人的弧焊电源。弧焊逆变器的缺点是设备复杂，维修需要较高技术等。常用的国产弧焊逆变器的型号有ZX7—250、ZX7—400、ZX7—630等。ZX7—400B型弧焊逆变器如图2-11所示。

图2-10 ZX5—400型晶闸管式弧焊整流器

图2-11 ZX7—400B型弧焊逆变器

弧焊逆变器的工作原理框图如图2-12所示。单相或三相50Hz交流网路电压输入整流器和滤波器后变成直流电，借助大功率电子开关元件VT（晶闸管、晶体管、场效应晶体管或绝缘栅双极晶体管）的交替开关作用，逆变成几千至几万赫兹的中频交流电，再经中频变压器降至适合焊接的几十伏交流电，若再经输出整流器整流和输出滤波器滤波，则可输出适合焊接的直流电。

图2-12 弧焊逆变器的工作原理框图

任务准备

1）弧焊变压器：BX1—330型、BX3—300型。

2）弧焊整流器：ZX5—400型、ZX7—400型。

3）电缆线、焊钳等。

任务实施

1.阅读弧焊电源的工作原理框图(www.xing528.com)

通过阅读弧焊电源的工作原理框图来加深对弧焊电源的认识。

2.弧焊电源的正确使用

在弧焊电源使用过程中，既要注意安全操作，避免发生触电事故，又要保证设备的正常运行，防止损坏弧焊电源。在使用过程中应注意以下几点：

1）在将弧焊电源接入网路时，网路电压必须与弧焊电源一次侧电压相符，并将弧焊电源可靠接地。弧焊电源的一次侧接线应由专门的电工负责安装。

2）应按照弧焊电源的负载持续率所对应的许用焊接电流使用，不要使弧焊电源在过载状态下运行。

3）保持焊接电缆与弧焊电源接线柱的良好接触，及时紧固螺母。

4）工作期间不准将焊钳搁在工件上，以免短路电流过大烧毁弧焊电源。

5）改变极性和焊接电流的粗调节，必须在断电的情况下进行。

6）当弧焊电源出现故障时，应及时切断电源，再进行检查和修理。

7）工作完毕或临时离开操作现场时，必须切断弧焊电源的电源。

3.弧焊电源常见故障的处理

1）弧焊变压器常见故障及排除方法见表2-15。

表2-15 弧焊变压器常见故障及排除方法

（续）

2）弧焊整流器常见故障及排除方法见表2-16。

表2-16 弧焊整流器常见故障及排除方法

3）弧焊逆变器常见故障及排除方法见表2-17。

表2-17 弧焊逆变器常见故障及排除方法

（续）

检查评议

弧焊电源的正确使用和故障处理评分表见表2-18。

表2-18 弧焊电源的正确使用和故障处理评分表

问题防治

1.焊机外壳带电的原因及防止措施

原因：一次绕组或二次绕组碰壳；电源线误碰罩壳；焊接电缆误碰罩壳；未接接地线或接地线接触不良。

解决措施：检查并排除一、二次绕组碰壳故障；排除电源线碰罩壳故障；排除电缆碰罩壳故障；将接地线接好。

2.焊接电流过小的原因及防止措施

原因：焊接电缆过长，压降太大；焊接电缆卷成盘形，电感很大；电缆接线柱或工件与电缆接触不良。

解决措施：缩短电缆长度或加大电缆直径；将电缆放开，不使其卷成盘形；使接头处接触良好。

想一想

比较交流弧焊电源与直流弧焊电源的性能与特点。

扩展知识

极性与弧焊电源的选用原则

1.极性

在进行直流电弧焊时，弧焊电源输出端有固定的正极和负极。工件接弧焊电源正极，焊接电极接弧焊电源负极的接线法称为正接；工件接弧焊电源负极，焊接电极接弧焊电源正极的接线法称为反接。交流弧焊电源的正、负极是不断交替的，故不存在极性问题。

焊条电弧焊使用碱性低氢焊条时，一律采用反接，若采用正接，则电弧燃烧不稳定，飞溅很大，且极容易产生气孔；使用酸性焊条时，焊接厚钢板可采用正接，焊接薄钢板则采用反接。因直流弧焊时，阳极区的温度高，热量多，所以正接时的工件温度比反接时温度高，获得的热量也多，但反接时电弧相对稳定。

2.弧焊电源的选用原则

1）焊条药皮种类：当选用低氢钠型焊条时，只能选用直流弧焊电源，且必须采用反接的方法。

2）资金状况：在负载持续率和焊接电流相同的情况下，弧焊变压器的价格最低，其次是弧焊整流器，弧焊逆变器的价格最高。

3）根据焊接参数选择弧焊电源。

4）根据焊机的功能选择弧焊电源。

考证要点

一、填空题

1.焊条电弧焊设备主要有____、____和____。

2.我国生产的弧焊变压器的空载电压在____V以下。

3.表示弧焊电源为下降外特性的代号为____。

4.焊接电源适应焊接电弧变化的特性称为电源的____。

5.当弧焊电源接通电网而输出端没有接负载时，焊接电流为零，此时输出端的电压称为____。

6.弧焊电源在使用时，不能超过铭牌上规定的____下允许使用的焊接电流，否则会因温升过高将弧焊电源烧毁。

二、选择题

1.在稳定状态下弧焊电源的输出电压与输出电流之间的关系为____。

A.电弧静特性 B.电源外特性 C.电源动特性 D.电源调节特性

2.弧焊变压器为获得下降外特性而采取的方法是____。

A.在焊接回路中串联一只可调电感 B.在焊接回路中并联一只可调电感

C.在焊接回路中串联一只可调电阻 D.在焊接回路中并联一只可调电阻

3.焊条电弧焊要求弧焊电源必须有____外特性。

A.上升 B.平 C.下降

4.焊条电弧焊使用碱性低氢焊条时，应采用的接法为____。

A.正接 B.反接 C.正接、反接都可以

5.在将弧焊电源接入网路时，其网路电压必须与弧焊电源一次侧电压相符，并将弧焊电源可靠接地。弧焊电源的一次侧接线应由专门的____负责安装。

A.焊工 B.电工 C.检修钳工

6.在焊条电弧焊的焊接电源中，____的特点是高效、节能、重量轻、体积小、功率因数高和焊接性好。

A.弧焊变压器 B.弧焊整流器 C.弧焊逆变器

三、判断题

1.额定焊接电流是指焊接电源工作时允许使用的最大焊接电流。（ ）

2.焊机空载时，由于输出端没有电流，所以不消耗电能。（ ）

3.焊条电弧焊焊接厚板时采用正接，焊接薄板时采用反接。（ ）

4.当焊钳与工件接触短路时，不得起动焊机。（ ）

5.焊机的负载持续率越高，可以使用的焊接电流就越大。（ ）

6.弧焊变压器也称为交流弧焊电源，是一种最简单和常用的弧焊电源。它的作用是把网路电压的交流电变成适宜于电弧焊的低压交流电。（ ）

四、简答题

1.焊条电弧焊对电源的要求是什么？

2.焊条电弧焊电源有哪些重要技术参数？

3.弧焊电源的选用原则是什么？

4.弧焊逆变器有何特点？以ZX7—400型弧焊逆变器为例说明其工作原理。