熔化极电弧焊弧长控制系统基本原理

埋弧焊是一种熔化极电弧焊方法，因此焊接设备的送丝系统中必有电弧弧长控制问题。埋弧焊的送丝系统有两类调节弧长的系统，即恒速送丝系统和变速送丝系统，前者适用于细丝（焊丝直径≤1.6mm），后者适用于粗丝（焊丝直径﹥1.6mm），近年多采用粗丝，因此送丝系统也就多采用变速送丝系统。埋弧焊的焊丝直径与焊接电流、熔化率的关系如图3-4所示。

图3-4 埋弧焊的焊丝直径与焊接电流、熔化率的关系

无论采用哪种送丝系统，其控制目的是：在焊接过程中，完成送丝任务的同时，要保持焊接电弧弧长的恒定，亦即保持弧长稳定在焊前给定的值上。这就要建立一个能自动检测、控制弧长的负反馈控制系统。系统的结构框图如图3-5所示，具体的送丝系统的电路有很多种。

图3-5 电弧电压自动调节系统构成框图

埋弧焊的电弧是一种潜弧，焊接过程中要自动检测焊接电弧弧长，在技术上很难实现，因此希望找到一种间接检测焊接电弧弧长的方法，这就是用检测焊接电弧电压来代替检测弧长。这种代替的前提是电弧电压值与弧长值之间应存在正比的数量关系。所以变速送丝系统调节弧长的负反馈控制系统中，弧长检测是电弧电压检测，弧长给定是与之对应的电弧电压给定。(www.xing528.com)

弧长负反馈控制系统的工作原理是：如果某种扰动使电弧弧长增加，在综合比较器中，实测的电弧电压与给定的电弧电压相比较后，会得到弧长的正偏差电压。系统中的调节器将此正偏差电压信号按某种控制规律（如PID控制）进行处理后，作为送丝电动机（一般为直流电动机）主电路的控制信号，从而控制电动机的转速加快，结果使弧长恢复；反之，当扰动使弧长减小时，综合比较器输出的是负偏差电压信号，再送到送丝电动机主电路的控制电路则会使电动机的转速减慢，结果也会使弧长恢复。正因为送丝电动机的转速一直处于变化的状态，所以称该系统为变速送丝系统。

弧长变化时，引起的电弧电压的偏差量越大，系统的自动调节作用就越强，弧长的恢复速度也就越快。为此，变速送丝系统若配用陡降特性的焊接电源，将会获得较大的电压偏差量，如图3-6所示。图中，当弧长由l₁缩短为l₂时，与陡降特性的电源①配合，引起的电弧电压偏差量为ΔU₁；如与平特性的电源②配合，引起的电弧电压偏差量ΔU₂则几乎为零，所以变速送丝系统一般配用陡降特性焊接电源。

图3-6 弧长变化引起的电弧电压偏差量ΔU

①—电源为陡降特性 ②—电源为平特性