1-6 电弧焊焊接电源的特性
电弧焊焊机(焊接电源)主要有以下3个特性：
1 缓降特性
P
Q
VVb
焊接电压变化时，电流相应 地缓慢变化
使用缓降特性的主要焊机：
? 交流电弧焊焊机(药皮焊条电 弧焊)
? 交流埋弧焊焊机(自动焊接电源)
电弧电压(V) Ia Ib 焊接电流(I)
图1-13 缓降特性
2 陡降特性
即使焊接电压有变化，电流 基本保持不变
使用陡降特性的主要焊机： ? 直流电弧焊焊机(药皮焊条电 弧焊)
? TIG焊焊机
? 直流埋弧焊焊机(自动焊接电源)
电弧电压(V) Va Vb
P Q
图1-14 陡降特性
3 平特性 P Va Vb
电弧电压(V)
Ia
Ib 焊接电流
Q
焊接电压有变化时，焊接电流 急剧变化
使用平特性的主要焊机： ? CO2/MAG焊焊机 ? MIG焊焊机
Ia Ib 焊接电流
图1-15 平特性
1-7 焊接部位的名称及基本性质
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在前面已经讲过，在电弧焊中由于高温电弧给母材加热，母材将受到热影响。在此，以钢铁材料的焊接为例进行说明。
(1)焊接部位的组织
图1-16表示了焊接部位的宏观端面图。如图所示焊接部位由熔化焊丝与熔化母材混合组成的“焊接金属”、“热影响区”及没有受到热影响的“母材”构成。另外，焊接金属与热影响区的交界线称为“融合线”。
焊缝金属 热影响区 母材 融合线 图1-16 焊接部位的断面宏观组织 融合线附近金属在焊接过程中被加热到约1200~1400°C的温度范围，晶粒长大。另外如后部分所述这部分金属将严重硬化、韧性变差、变脆。 (2)焊接热影响区的硬度分布
热影响区 图1-17是焊接部位组织的示意
焊缝金属 图。在图中同时表示了硬度的分布 粗晶区 情况。 母材的轧制组织 如图所示越是接近融合线结晶 融合线 晶粒越大，硬度增加。因为上述热 影响区的硬化是造成裂纹等产生 温度(°C) 的原因，为了得到良好的焊缝，需焊缝金属的最高 要尽量控制热影响区的硬度。因到达温度 1,800~2,000°C此，通过预热使冷却速度降低或者最高硬度 左右 根据需要进行后热处理。
距融合线的距离(mm) 母材 焊缝金属 硬度 图1-17 焊接部位的组织及硬度分布 12
2 有关电弧焊机的基本电气知识
2-1 有关焊机的必要的电气知识
为了掌握有关电弧焊机的知识，有必要对电气方面的知识有一定的了解。为了帮助理解有关电气方面的现象，在此将电流比作“水流”来进行说明。
(1)电流、电压及电阻的关系
正象水的流动称为“水流”一样，将 电的流动称为“电流”。电流的单位为安培(A)、一般用符号I表示。
开关 水水 另外，电压是指使电流流动的强度，电压位电压比作“水流”的话相当于水压。(请参照差位水管 差图2-1)，其单位是(V)，一般用符号E表示。) 水 流 (电流)
图2-1 电的流动与水的流动的关系
另外，阻碍电的流动的性质叫电阻，单位是欧姆(Ω)，一般用符号“R”表示。电阻的大小根据导体种类的不同而不同，使用相同导体的情况下，长度越长电阻越大、断面积越大电阻越小。
到现在为止所讲的电流I、电压E及电阻R之间有如下关系存在：
I(电流)=E(电压)/R(电阻)…①
上述公式称为“欧姆定理”，是电气方面的基本、重要的法则。根据此定理，所加电压越高，或者电阻越小则电流越大。
(2)电功率
在考虑水的功率时，水的流量及水压增加时功率也增加。同样，与上述功率一样，电的功率的单位是(W),记号用“P”表示。
P(功率)=I(电流)xE(电压)…②
在这儿所讲的电功率换句话说就是“电能量”。进行电弧焊时，就是利用电弧产生的电能量转换成热能量后进行焊接的，此时产生的热量Q由下式计算。
Q(热量)=I(焊接电流)x E(电弧电压) [单位：焦耳/秒]…③
( ) () 13
但是，实际焊接时要考虑焊接速度的因素。即使在同样的焊接电流及焊接电压下进行焊接，但由于焊接速度的不同当然母材的熔化量也将不同。所以，在上述③中加上焊接速度（单位：cm/分）V后就可以求得线能量值。
I(焊接电流)x E(电弧电压)
H(焊接线能量)= x60[单位：焦耳/秒] …④ ν(焊接速度)
上述公式中的H称为“焊接线能量”。在最后所乘的60是60秒的意思，因为焊接速度是以每分钟多少厘米进行计算的。
(3)交流与直流
电流中分为交流与直流。
如图2-2所示，交流时按零点为中心每半周期进行一次流向的正负变换。在我们家庭中经常使用的荧光灯、冰箱、吸尘器等都是用的交流电源。
交流有时取英文“Alternative Current”的第一个字母，记号为“AC”。我们家庭中所用的交流电表示并被称为“AC100V”。
如图3所示，直流时电流是不与零点相交的。作为我们熟悉的东西有汽车的电池及手电筒用干电池等。
直流有时取英文“Direct Current” 的第一个字母，记号为“DC”。在焊机中有时将直流电弧焊机称为“DC电弧焊机”。
直电 交电流流半周期 流流
图2-2 交流
在此对交流再作一些说明。
图2-4是单相交流波形图。
在1秒内重复的周期数称为频率，单位是赫兹(Hz)。在日本关西地区所用的频率是60 Hz，关东地区所用的频率是50Hz。
另外，一般所讲的几安培、几伏特指的是最大值的1/√2 (=0.7)倍的值，称为有效值。所以，直流的100V是真正的100V，但交流100V时由于存在√2x100=141V的最大值，所以交流电的触电危险性要比直流高。
图2-3 直流
图 2-4 交流波形(单相) 电流或电压最大值 有效值
时间 1周期 14
2-2 使用焊机时必要的电气知识
电弧焊机种类很多，所用的各种装置也很复杂，所以在使用焊机时要熟练掌握方法。在此对几个最基本也是最重要的事项进行说明。
(1) 电流与电缆的直径
表2-1 电流值与电缆直径参考数据
首先是选择电流(A) 50 100 150 200 250 300 350 400 配电线及焊接 电缆直径(mm) 8~14 22 30 38 50 60 80 100 电缆的直径。这
些电缆的直径根据所用的电流值来定。
表2-1中写有根据电流值选择电缆直径的参考数据。另外，在所用焊机的铭牌板上标有“额定电流”及“额定电压”，在选择电缆直径时请参考这些数据。 另外，如果没有标有“额定电流”而标有“额定功率(KVA)”时，通过下式计算出输入电流后，从表2-1中选出相应的电缆。
● 单相时
额定输入功率(KVA)
额定输入电流(A)= …⑤ 额定输入电压(V)
● 三相时
额定输入功率(KVA)
额定输入电流(A)= …⑥ √3(1.73)x额定输入电压(V)
譬如额定输入功率32KVA的三相半自动电弧焊机，当额定输入电压为200V时额定电流为：
32x1000/√3(=1.73)x200=93(A)
根据表2-1中数据，选择焊机输入侧电缆直径时，每一相选择22mm2的电缆为好。
表2-1是根据电流值选择电缆直径的参考。实际在选择电缆时要考虑焊机的使用率、工作率或电缆的搬动等使用情况。表2-2中写有代表性的机种所需要的电源设备及连接电缆尺寸，请作参考。
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