袁建国1，吴宪平2
1湘潭大学 机械工程学院，湖南 湘潭 411105 2长沙大学 ，湖南 长沙410003
摘要：手工电弧焊的电弧电压是一个难以控制的参数，有时能对焊接质量产生较大的影响。当电弧电压高于设定值的时候，通过焊接电源外特性曲线的转换，使电流从焊接电流跳变到较小电流，由此通知操作者去调节弧长，从而把电弧电压维持在设定值之下。
关键词 ： 手工电弧焊 ； 电弧电压； 焊接质量
电压或电弧长度在手工电弧焊时时一个难以控制的参数，当焊接一些要求用短弧的焊接材料和母材时，电弧电压的偏高将降低对焊接金属的保护效果，恶化金属的冶金力学性能，影响到焊接产品的使用寿命。由于这种影响一般用常规的检验方法是不能发现的，很容易被忽视。因此，手工电弧焊过程时，保证电弧电压在容许的方位之内是非常必要的。在此研究了一种提醒焊工有关电弧电压高低的方法，帮助焊工主动地减低电弧长度，使电弧电压参数得到较好控制。
1 手工电弧焊弧压控制原理
对手工电弧焊接过程电弧电压的观察表明，同一焊工在不同时间焊接，电弧电压差异较大；不同的焊工进行操作，电弧电压差异很大，电弧电压的一致性与重复性是很差的。其主要原因是焊工一般感觉不到电弧电压波动的大小，特别是在使用陡降特性的焊接电源时更是如此，大多是凭经验把电弧保持在某一长度。因此焊接时焊工若能知道电弧电压的变化，就可以自觉地去调节电弧长度，按电弧电压地要求去焊接。通过2条焊接电源外特性的切换，使焊接电流产生较大的变化，能达到这一目的。
图1中的2条焊接电源外特性曲线，曲线1为正常焊接的电源外特性，提供焊接所需的焊接电流；曲线2为电弧电压超过要求时的电源外特性曲线，只提供电弧能连续燃烧的电流，Umax为规定的最高电弧电压。焊接时只要弧长波动引起的电弧电压变化不超过Umax，电弧工作点就一直处于外特性曲线1上，在正常规范下焊接。一旦弧长提高使电弧电压高于Umax，电流外特性曲线1就切换到曲线2，电弧工作点转移到曲线2上，焊接电流明显减少。这一电流的变化能显著影响到焊接的过程，可使焊工感觉到。焊工一旦感觉到电流减少，就可按事先的约定，将弧长降低，使电弧电压随之降低。当电弧电压稍低于规定电压Umax时，外特性曲线2就切换到曲线1，电弧工作点转移到曲线1上，在规定焊接规范下焊接。
2 外特性转移电路的结构与讨论
电源外特性转换电路的结构如图2所示，由电压比较电路、延时电路和外切性切换电路等组成。该电路的工作过程是：焊接时，电弧电压Uf与给定电压Ug相比较，若Uf＜Ug，电压比较电路输出为0，焊机输出焊接电流；若Uf ＞Ug，电压比较电路输出高电平，启动延时电路工作。若延时电路在延时期间，Uf＜Ug，则延时电路立即复位，不影响焊机的输出。只有在延时期间，Uf 一直大于Ug，延时电路才工作到设定时间，启动外特性转换电路，使焊机在较小的设定值下工作，输出较小的电流。一旦电流减小就会影响到焊工的操作，焊工只有按约定把电弧缩短，一旦电弧缩短到使Uf＜Ug，电流立即恢复到焊接电流，焊工才能正常焊接，从而使电弧电压能够维持在设定值之下。
在ZG-300焊机上试用了上述外特性转换电路。试验采用￠3.2mm的J422焊条，焊接电流约为120A，设定电压为30V，小电流设置为50A。试验时发现，延时时间过短会影响对电弧电压的控制。延时过短易造成焊机输出振荡，焊接电流有时会自动地忽大忽小，失去控制。在上述试验中，延时时间大于3S时，操作人员能根据电流的变化去调节弧长，使电弧电压维持在设定值之下。
3 结论
a 用2条电源外特性转换的方法，在电弧电压高于给定电压时，焊接电流明显减少，从而提醒焊工主动调节弧长，使焊接电压维持在要求之下。
b 为避免焊接过程的瞬间干扰，妨碍焊工的正常操作，在外特性曲线1切换到曲线2 时，应由一定的延时。
参考文献
（1） 潘际銮 . 现代弧焊控制 北京 ： 机械工业出版社，2000
摘自 《电焊机》 2003.2
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