对等离子弧供电特性的要求

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：等离子弧是一种非线性负载。因此，等离子弧供电电源的空载电压应按所用的等离子气种类而定。在等离子弧正常工作时，电弧应从钨极经喷嘴孔道到达焊件。等离子弧对其供电电源动特性的要求不高，因为它是一种非熔化极电弧，又常用非接触引弧方式，在工作中电极不熔化，电弧长度、电弧电压和电流基本上不发生变化。

等离子弧是一种非线性负载。相对于自由电弧，等离子弧的静态特性虽然还是呈现为U形，但又有明显的变化，如图1-7-2所示，主要表现在以下方面。

1）由于冷壁喷嘴的拘束作用使弧柱横截面积受到限制，弧柱电场强度增大，电弧电压明显提高，U形特性的平直区较自由电弧明显缩小，如图1-7-2a所示。

2）拘束孔道的尺寸和形状对静特性有明显影响，喷嘴孔径越小，U形特性平直区域就越小，上升区域斜率增大，即弧柱电场强度增大。

3）离子气种类和流量不同时，弧柱的电场强度将有明显变化。因此，等离子弧供电电源的空载电压应按所用的等离子气种类而定。

4）如果采用混合型等离子弧，转移弧U形特性下降区段斜率明显减小，如图1-7-2b所示。这是由于非转移弧的存在为转移弧提供了导电通路。小电流微束等离子弧采用混合型弧，以提高其稳定性。

图1-7-2 等离子弧的静特性

a）转移弧 b）混合型弧

1—等离子弧 2—钨极氩弧 I₂—非转移弧电流

根据“电源-电弧”系统稳定工作的基本原理，等离子弧供电电源的外特性、动特性以及调节特性都要能够适应等离子弧负载的特点。

等离子弧的静态特性呈现为U形，其工作部分一般为平特性或者上升特性，普遍采用陡降特性或缓降特性弧焊电源，最好采用陡降特性电源。当弧长发生变化时，采用陡降特性电源引起的电流偏移量较小，即ΔI₁＜ΔI₂，如图1-7-3所示。在等离子弧正常工作时，电弧应从钨极经喷嘴孔道到达焊件。但在某些特殊情况下，钨极与喷嘴之间有一个电弧，喷嘴与工件还有一个电弧，也就是说钨极到焊件间的电流通道有两个相串联的电弧，称为双弧现象。出现双弧时，会造成工艺缺陷，严重时烧毁喷嘴，需要避免。虽然喷嘴孔道的直径与长度的比值是影响双弧的最重要因素，但采用恒流特性弧焊电源，对防止双弧现象也是有利的。

图1-7-3 垂直陡降和缓降弧焊电源外特性在弧长变化时引起的电流偏移量示意图

a）等离子弧为平特性 b）等离子弧为上升特性

在等离子弧焊接、喷涂或者切割过程中，往往需要根据材料、电极直径等来选择不同的工艺参数，其中最重要的是电弧电压和电流。而电弧电压和电流的值又是由弧焊电源外特性曲线和等离子弧静特性曲线相交的稳定工作点来确定。为了获得不同的电弧电压和电流，弧焊电源的外特性必须连续和均匀可调。

等离子弧对其供电电源动特性的要求不高，因为它是一种非熔化极电弧，又常用非接触引弧方式，在工作中电极不熔化，电弧长度、电弧电压和电流基本上不发生变化。为了保持电弧稳定，供电弧焊电源的输出滤波电感量一般比较大，回路的时间常数较大。

具有下降特性的各种整流式弧焊电源，如磁放大器式弧焊整流器、晶闸管式弧焊整流器、逆变式弧焊整流器以及早期的弧焊发电机等，均可以作为等离子弧供电电源，并以逆变式弧焊整流器为主流发展方向。

对等离子弧供电特性的要求

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