联洋学院:焊接基础知识(7)-电焊机工作原理

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作者:市场部来源:技术部

焊条和焊件分别和电源的两个输出端相连。开始焊接时先让焊条和焊件接触。这时电源短路,流过接触处的电流很大,再加上焊条和焊件的接触面较粗糙,实际上只有几个点接触,接触电阻较大,所以接触处产生很大的热量。稍后提焊条,让焊条和焊件有一定的间隙。


普通电焊机

电焊机就是一个特殊的变压器。所不同的是变压器接负载时电压下降小,电焊机接负载时电压下降大.这主要是通过调解磁通和串联电感的电感量来实现的。虽然电路是闭合的,可正是因为电路是闭合的才使得在整个闭合电路中电流处处相等;但各处的电阻可是不一样的,特别是在不固定接触处的电阻最大,这个电阻在物理中叫接触电阻。根据电流的热效应定律(也叫焦尔定律),可知,电流相等,则电阻越大的部位发热越高,电焊在焊接时焊条的触头与被接的金属体的接触处的接触电阻最大,则在这个部位产生的电热自然也就最多,焊条又是熔点较低的合金,自然的容易熔化了,熔化后的合金焊条芯沾合在被焊物体上后经过冷却,就把焊接对象粘合在一块了。此时,由于焊条提起的瞬间上述间隙极小,焊条和焊件之间的电压又较高(60--70v),再加上述预热使焊条端点和焊件被焊处容易发射电子,结果间隙处的空气被击穿而导电,同时产生耀眼的火花,这就是弧光放电。弧光放电处的温度能达到2000K以上,焊条和焊件被熔化,从而实现了焊接。弧光放电开始后,焊条端点和焊件的电压(简称电弧电压)降低约30V,电弧形成的负载是电阻性负载。


工作原理

普通电焊机的工作原理和变压器相似,是一个降压变压器。在次级线圈的两端是被焊接工件和焊条,引燃电弧,在电弧的高温中产生热源将工件的缝隙和焊条熔接。

电焊变压器有自身的特点,就是具有电压急剧下降的特性。在焊条引燃后电压下降;在焊条被粘连短路时,电压也是急剧下降。这种现象产生的原因,是电焊变压器的铁芯特性产生的。

电焊机的工作电压的调节,除了一次的220/380电压变换,二次线圈也有抽头变换电压,同时还有用铁芯来调节的,可调铁芯的进入多少,就分流磁路,进入越多,焊接电压越低。

电焊原理

电焊原理其实就是:由我们常用的220V电压或者380V的工业用电通过电焊机里的减压器降低了电压,增强了电流,利用电能产生的巨大热量融化钢铁,焊条的融入使钢铁之间的融合性更高,还有,电焊条的外层的药皮起了非常大的作用

手工电弧焊使用的电焊条,由药皮和焊芯两部分组成。焊接时,电焊条作为一个电极,一方面起传导电流和引燃电弧的作用,使电焊条与基本金属间产生持续的、稳定的电弧,以提供熔化焊所必需的热量。另一方面,电焊条又作为填充金属加到焊缝中去,成为焊缝金属的主要成分。因此,电焊条的组成物与电焊条质量,将直接影响焊缝金属的化学成分、机械性能和物理性质。另外,焊条对于焊接过程的稳定性、焊缝的外表质量、焊接生产率等也有很大的影响。

焊芯是焊条的金属芯。为了保证焊缝的质量,对焊芯中各种金属元素的含量,都有严格的规定。特别是对有害杂质(如硫、磷等)有严格的限制,焊芯金属的质量应优于母材。

没有药皮的光杆焊条是不能进行电弧焊接的。这是因为电弧稳定性很差,飞溅很大,焊缝成形不好。经过长期实践,逐渐看到在焊芯外面涂上某些矿物原料(即焊条药皮),焊条性能得到很大改善。


焊条药皮

有以下几种作用:

(1)确保电弧稳定燃烧,使焊接过程正常进行;

(2)利用药皮反应后产生的气体,保护电弧和熔池,防止空气中的有害气体(如氮、氧等)侵入熔池,如这些气体侵入会造成焊材产生裂纹和气孔等,使焊接达不到理想效果。

(3)药皮熔化后形成熔渣,覆盖在焊缝表面上保护焊缝金属,使焊缝金属缓慢冷却,有助于气体逸出,

防止气孔产生,改善焊缝的组织和性能;

(4)药皮熔化后会进行各种冶金反应,如脱氧、去硫、去磷等,从而提高焊缝质量,减少合金元素烧损;

(5)通过药皮将所需要的合金元素掺加到焊缝金属中去,改进和控制焊缝金属的化学成分,以获得所希望的性能;

(6)药皮在焊接时形成套管,增加电弧吹力,集中电弧热量,促进熔滴过渡到熔池,有利于完成焊接过程


主回路简介

主回路原理图.gif

主回路原理图

指焊机中提供功率电源的电路部分。

组成器件说明

1、K——电源开关

用以接通(或切断)与市电(220V、50赫兹)的联系 [1-3]

2、 RT——起动电阻

因焊机启动时要给后面的滤波电解电容充电。为避免过大的开机浪涌电流损坏开关及触发空开跳闸,在开机时接入启动电阻,用以限制浪涌电流。正常工作后,启动电阻被继电器短路。实际电路中,为避免因开机浪涌电流冲击造成启动电阻损坏,起动电阻采用了热敏电阻(PTC和NTC),它们具有良好的耐冲击性。

3、 J1——继电器

开关接通之后,电流通过启动电阻给滤波电解电容充电,当电容电压达到一定值时,辅助电源开始工作提供24V电,使继电器吸合,将启动电阻短路。

4、 DB——硅桥

此硅桥用于一次整流,将市电220V、50赫兹交流电整流后输出30V的直流电。

5、 C1——电解滤波电容

整流后输出的30V的直流电为脉动直流,此电容起滤平作用

6、 R——放电电阻

在关机以后,滤波电容中存有很高电压,为了安全,用此电阻将存电放掉。

7、 C2——高频滤波电容

在高频逆变中,需要给开关管提供高频电流,而电解滤波电容因本身电感及引线电感的原因,不能提供高频电流,因此需要高频电容提供。

8、 Q——开关管

开关管Q1、Q2、Q3、Q4组成全桥逆变器,在驱动信号作用下,将30V直流转变成100KHz(10万赫兹)交流电的。

9、 C3——隔直电容

为避免直流电流流过变压器造成变压器饱而接入此电容。

10、T1——主变压器

变压器的作用是将308V的高压变换成适合电弧焊接所需要的几十伏的低压。

11、D——快速恢复二极管

D5、D6的作用是二次整流,即将100KHz的高频交流电流再次转变成直流电流。

12、L1——电抗器

电抗器具有平波续流作用,可使输出电流变得连续稳定,保证焊接质量。

13、RF——分流器

分流器是用锰铜制成的大功率小阻值的电阻,用于检测输出电流的大小,提供反馈信号。


全桥逆变器工作原理

全桥逆变器工作原理.jpg

全桥逆变器工作原理

全桥逆变器每个工作周期分四个时段,分别为t1、t2、t3、t4,其工作原理如下:

t1时段 K1、K4导通, K2、K3关断

电流方向: 正极 K1 T C1 K4 地

t2时段 K1、K4、K2、K3关断

无电流

t3时段 K1、K4关断, K2、K3导通

电流方向: 正极 K2 C1 T K3 地

t4时段 K1、K4、K2、K3关断

无电流

从上述分析看,在t1与t3时段里,流过变压器T的电流方向正好相反,也就是将直流电变成了交流电。

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