手工電弧焊電壓控制的方法論

張恒芝，張國強，尹家偉

大港油田第三采油廠，河北滄州 061035

1 手工電弧焊電壓控制基本原理

從實踐觀察我們可以看到，即使是同一個電焊工人所完成的焊接工作，會存在因為其具體焊接工作的時間不同而使電弧電壓產(chǎn)生較大差異的現(xiàn)象，并且焊工根據(jù)具體情況所采用的焊接方式的不同而產(chǎn)生電弧電壓差異的現(xiàn)象，因此電弧電壓在實踐中具有較差的一致性與重復性。該種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因主要是電弧焊工人很少能感覺到電弧電壓波動的大小，尤其是在他們使用具有陡降特點的焊接電源時，他們在工作的過程中更多的是依靠多年的經(jīng)驗來調(diào)整電弧的長度，以此來保證電弧及電壓在額定范圍內(nèi)，從而保證電焊的質(zhì)量。由此，我們可以看出，手工電弧焊工人如果能夠清楚的感受到電弧電壓的瞬間變化，便會主動的對電弧長度進行調(diào)節(jié)，并且會按照該種電壓的要求進行焊接工作。

從下圖中的曲線我們可以分析焊接電源外特性及電弧電壓的一些問題。圖中的曲線1 是正常情況下的焊接電源的外特性，它能夠為手工電弧焊提供焊接時所需的電流，曲線2 則是電弧的電壓高于設(shè)定值時的電源外特性曲線，其功能在于提供電弧連續(xù)燃燒所需要的電流，U max則是設(shè)定的最高電弧電壓。在焊接中當由電焊弧長波動所造成的電弧電壓的變化比 Umax低時，電弧的工作點便會一直落在外特性曲線1 上。但是，按照一般規(guī)范操作時，電焊弧的弧長提高使得電焊弧電壓超過了Umax 時，其工作點便落在了曲線2 上，焊接中的電流也會有較為明顯的減少。在焊接的過程中，這種電流的變化會對焊接產(chǎn)生影響，并且能夠為焊工所感覺到。當該種電流的變化為電焊工所感覺到時，他們會根據(jù)預定及其操作要求蘭降低電弧弧長以降低電壓，從而保證焊接電流一直處于曲線1 的狀態(tài)，保證焊接工作的順利進行。

電弧電壓控制原理焊接電源曲線示意圖

2 手工電弧焊電壓控制的必要性

使用手工電弧焊工藝進行焊機時，其電弧電壓和電弧的長度是相對較為難控制的參數(shù)，在一些金屬材料的焊接中該種參數(shù)的控制難度會得到凸顯。如果電弧的電壓相對較高容易引起電弧偏吹現(xiàn)象，從而使得焊接區(qū)域的保護效果降低、一些物理性能惡化，影響產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命。

因此，在手工電弧焊實際應用中，將電弧電壓控制在一定的范圍內(nèi)，并且通過對電弧弧長等的調(diào)整實現(xiàn)對電流和電壓的調(diào)整，以此來保證焊接的質(zhì)量及產(chǎn)品的使用壽命有著重要的作用。在我們的研究中便要專注于電弧電壓的測定、弧長的調(diào)整方法、電壓高低的控制調(diào)整方法等，通過多種方法的應用實現(xiàn)對電弧電壓參數(shù)的有效控制。

3 手工電弧焊電壓控制方法

為保證手工電弧焊的質(zhì)量及產(chǎn)品的使用壽命，在焊接的過程中，我們便要對電弧焊電壓進行有效的控制，通過對電弧弧長、電壓等的控制來實現(xiàn)對于電流的調(diào)整，從而提高電弧焊的質(zhì)量。具體的調(diào)整控制方式我們可以通過設(shè)置電弧電壓報警系統(tǒng)，以此實現(xiàn)對電壓的監(jiān)控，從而及時對超過或者低于設(shè)定電壓的電弧電壓做出調(diào)整。

對我們?nèi)粘：附庸ぷ髦兴褂玫氖止る娀『负笝C設(shè)計一個超壓報警系統(tǒng)，使其在電弧電壓超過設(shè)定的電壓時發(fā)出警報，使焊工及時發(fā)現(xiàn)該種超壓現(xiàn)象，從而對電弧做出相應的調(diào)整，使其達到設(shè)定范圍的要求。該種超壓報警系統(tǒng)是由電壓比較電路、延時電路以及報警系統(tǒng)所組成，電弧對于經(jīng)過其的電壓進行反饋觸發(fā)置入其中的蜂鳴器電路，其具體作用的過程是在焊接工作中，如果電弧電壓比設(shè)定電壓低時，電壓的比較電路輸出數(shù)值為0 的低電平，當電弧電壓比設(shè)定的電壓高時，電壓的比較電路輸出數(shù)值為1 的高電平，并且這種電平會觸發(fā)延時電路使其進如工作狀態(tài)，延時電路一般采用“555 定時器”來實現(xiàn)。當該種延時電路在其設(shè)定的延時期間內(nèi)，電弧電壓低于設(shè)定的電壓時，延時電路便會立即復位，從而不會對焊接的輸出產(chǎn)生任何影響；但是當延時期間內(nèi)的電弧電壓處于一直高于設(shè)定電壓的狀態(tài)時，而延時電路只是工作到了設(shè)定的時間，報警系統(tǒng)便會啟動，以此使電焊工意識得到電壓弧長已超過設(shè)定值，電焊工則依據(jù)該種警報對電弧弧長進行調(diào)整，當弧長調(diào)整到低于給定電壓時，延時電路則會復位，則警報系統(tǒng)解除警報。這種警報提醒是以聲音的方式實現(xiàn)，能夠使焊工更直觀的接受到報警信號，從而也更有利于電弧電壓的調(diào)整。

電源的外部特性轉(zhuǎn)換電路是實現(xiàn)電弧電壓控制的另一有效方法。在該種轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中，由比較電壓、延時電路和外特性切換電路等所組成。焊接工作實際的操作中，在電弧電壓比設(shè)定值低的情況下，比較電路會輸出數(shù)值為0 的電平，而焊接機也便能夠輸出有效焊接電流；反之則會觸發(fā)延時電路使其進入工作狀態(tài)。如果在延時期間內(nèi)其電弧電壓降到低于設(shè)定電壓時，延時電路會復位工作，對焊接的輸出電流不會造成影響，當電弧電壓高于設(shè)定電壓時，且延時電路工作剛剛工作到設(shè)定時間時，外特性轉(zhuǎn)換電路才會啟動，報警系統(tǒng)便會啟動,便會引起焊工注意，從而對電弧進行調(diào)整，使電流恢復到焊接所需正常電流，保證焊接工作的順利進行。

4 結(jié)論

手工電弧焊是在焊接工藝中因為操作簡便等特點得到廣泛應用，但是其電壓控制卻是實踐中所面臨的一大問題，為保證焊接工作的順利及產(chǎn)品的質(zhì)量，我們便要對傳統(tǒng)的焊接工藝進行深入研究以發(fā)現(xiàn)其有效的電壓控制方法。

超壓報警系統(tǒng)置入焊接中，能夠使其在電弧電壓超過預定值時及時發(fā)出警報，從而使焊工依據(jù)該種警報對電弧弧長進行調(diào)整，保證焊接電壓的相對穩(wěn)定以及焊接的質(zhì)量。在電弧電壓調(diào)整的過程中，應該注意所采集的電弧電壓的延時性特點，對該種數(shù)值進行相應的調(diào)整后再應用，以保證焊接工作的質(zhì)量。

[1]袁建國，吳憲平.手工電弧焊電壓控制的研究[J].電焊機，2003(2).