二保焊电流和电压对电焊作用分别是什么?

发布时间:
2024-09-23 03:22
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这个问题有点意思。

题主在副标题中问:“电流和电压,分别在电焊焊接时候,有什么作用和影响?”。这句话道出了题主提问的关键。我给题主说说吧。

图1:电焊电弧

当供配电线路中出现电弧时,第一要务是把电弧灭掉。然而电焊的电弧,我们要用电弧产生的高温(3000度)来熔化焊条和焊接件的钢材,显然电焊电弧必须稳定。这就是电焊电弧的特点。

焊机有两大类,分别是直流焊机和交流焊机,它们产生的电弧分别是直流电弧和交流电弧。直流电弧与交流电弧有何不同?它们的电压和电流关系是什么?

以下,我们来探讨一番吧,我们这就开始。限于篇幅,我们仅以直流电弧来展开讨论。


1.直流电焊机产生的直流电弧特性曲线

我们看下图:

图2:直流焊机电路图和直流电弧

我们从图2中看到,直流电焊机的工作电路其实就是直流电源,再加上焊枪、焊条与焊接件之间的直流电弧气隙。我们把图2简化成下图:

图3:直流电弧电路及直流电弧的伏安特性曲线

我们从图3中看到了直流电弧电路,以及右侧的直流电弧伏安特性曲线。

所谓电弧的伏安特性曲线,指的是纵坐标是电压,横坐标是电流,我们把直流电弧在不同电压、电流值下的点连接起来,构成的特性曲线,也就是图3中的绿色线。

2.关于气体放电的知识

电弧,我们知道它其实就是一团高温的等离子气体,而电弧的本质其实就是气体放电。以下这篇帖子供参考:

电晕、辉光、电火花、电弧、尖端放电、低气压放电和高压电弧的机理都是什么样的?它们的区别在哪里?

3.电阻与电弧的动态电阻分析

当我们把流过电弧的电流Ih减小后,电弧的温度降低,它的等效电阻Rh加大,电弧电压降Uh加大;反之,我们把电弧电流Ih加大,电弧的温度升高,它的等效电阻Rh减小,电弧电压降Uh降低,见图3右侧的绿色线。我们由此认识到,电弧具有负阻特性。

图4:伏安特性曲线上某点处的电压与电流之比其实就是动态电阻Rd

图4中,蓝色线就是电阻的伏安特性曲线。根据欧姆定律,我们知道流过电阻的电流越大,电阻两端的电压就越高,因此有:

电阻的动态电阻Rd:R_d=\frac{U_{B'}-U_{A'}}{I_{B'}-I_{A'}}=\frac{\Delta U}{\Delta I}>0 ,式1

故电阻具有正阻特性。

图4中,绿色线就是电弧的伏安特性曲线。我们已经知道,流过电弧的电流越大,电弧的温度就越高,电弧的等效电阻就越低,电弧的电压也越低,因此有:

电弧的动态电阻Rd:R_d=\frac{U_{B}-U_{A}}{I_{B}-I_{A}}=\frac{\Delta U}{\Delta I}<0 ,式2

在这里,ΔI大于零,而ΔU小于零,故电弧的动态电阻Rd具有负阻特性。我们看到,随着电弧电流Ih加大,电弧电压Uh呈现单调下降的趋势。认识到这一点很重要!

4.直流电弧的稳定工作点和弧长

我们再看图3。我把图3重绘如下:

图4:直流电弧的稳定工作点

我们首先根据基尔霍夫第二定律KVL来列写电路方程,如下:

,式3

式3等号右边第二项就是电感的工作特性表达式。

当直流焊机焊枪夹持的焊条与焊接件直接接触时,此时没有电弧,电弧电压Uh=0。我们忽略掉电感线圈的电阻,则电弧电流 ,也就是图4横坐标的K点;当直流焊机焊枪远离焊接件时,此时电流Ih=0,电弧电压Uh=E,也就是图4纵坐标的E点。我们把E点和K点用直线连接起来,这条线EK叫做直流负载线。当电焊直流电弧出现后,它的稳定工作点必须位于直流负载线上,也即A点或者B点。那么A点和B点到底哪个是真正的稳定工作点?

结合电路分析,理论和实践都证明:因为A点的电流过小,电弧电压Uh较高,预示着电弧的温度很低,此时焊条与被焊接件之间的距离较大,故焊接直流电弧趋于熄灭;B点的电流较大,且电流增大或者减小后会脱离直流负载线,故电弧会自动回归到B点,因此B点是直流电弧真正的稳定工作点。

注意哦,原来B点才是直流电弧的真正稳定工作点。

当我们在焊接过程中故意抬高焊枪,焊接直流电弧的弧长越来越长。我们会发现此时电弧的温度越来越低,电弧的电压越来越高。当电弧脱离直流负载线后,电弧已经无法存在,只能熄灭,见下图中的H2曲线:

图5:我们抬高焊枪后使得电弧弧长加大并脱离直流负载线,则电弧将熄灭

这就告诉我们,电焊时把控好焊条与被焊接工件之间的距离非常重要,它决定了焊接电弧的弧长和弧温。事实上,熟练的电焊工作者能很老道地处理弧长和弧温,来把控焊接质量。

图6:把控好焊接电弧弧长就能控制焊接温度

我本人离开校园入职某国企时,让我和多位年轻人一起设计生产流水线。设计完成后,厂里又让我们带着工人们把流水线给制造出来。在此期间,我学会了电焊,还拿到焊工证书。工作期间,我真正体会到熟练掌握电焊技术不是一件很容易的事,需要各种知识和技能,还要会动脑筋才行。

有点意思吧。


就写到这里吧。

至于交流电弧,等我有时间时再补充内容吧。

END