焊接設備校準標準方法現狀分析

李智才，陳兆玲，古 越

（中車株洲電力機車有限公司基礎研究與試驗中心，湖南 株洲 412001）

隨著焊接工藝的不斷發展，焊接水平的逐漸提高，保證焊接設備的工作性能正常穩定是嚴格保證焊接工藝要求的必要條件。在一段周期內對焊接設備進行校準、確認，是檢查焊接設備的工作性能是否正常穩定的必要操作，對焊接設備的研究方向從最初的電路設計可靠性問題轉變為量值溯源性問題。

通過對焊接設備校準標準進行分析，文章歸納了截至2023 年3 月的標準方法，共引用7 項國際、國家或行業（地方）標準，對弧焊設備的校準和測試技術進重點剖析。

1 焊接設備校準標準方法概況

校準標準方法共7 項，其中國際標準2 項，國內標準5 項。校準對象涵蓋了電弧焊機、電阻焊機、直流焊接電源、交直流焊接電源等設備，各標準的適用范圍不同，校準項點也各不相同。表1 列出了7 項標準方法。

表1 電焊機校準國際、國家或行業（地方）標準

以下對各個校準方法進行詳細分析說明。

1.1 JJG124-2005

焊接設備的輸出電壓和焊接電流通過指示表進行監控顯示，采取對焊接設備上裝設的電流表和電壓表進行校準的方式，間接實現焊接設備的量值溯源。將電流表、電壓表拆卸后單獨校準，合格標準多為各使用單位自行定義，指示表校準合格即視為焊接設備校準合格。

1.2 JJF（津）02-2020

適用范圍：標準適用于用于輸出電壓不高于400 V、輸出電流不高于1 000 A 的交流（50 Hz/60 Hz）的直流電焊機焊接電源焊接電流、輸出電壓的校準，不適用于輸出電流為脈沖式焊機焊接電源的校準。

校準方法：將焊接電源與標準負載電阻連接，在輸出焊接電流10%～100%量程內均勻選取不少于5個校準點，電壓校準點選擇開路狀態時的空載電壓值和校準焊接電流值的負載電壓。通過直接測量法測電壓，采用直接測量（專用設備）或間接測量法（標準電阻）測電流。

標準設備：標準電阻、數字多用表、交直流電焊機校準裝置引入的校準誤差應不大于被校準電焊機最大允許誤差的五分之一，其中標準負載電阻的阻值是固定的。

1.3 JJF（機械）1025-2019

適用范圍：適用于對電弧焊機的電壓、電流、功率參數進行校準，對電阻焊機的電流、功率、電極力、時間參數進行校準。標準中明確提出電弧焊機校準時，應滿足不同焊接方法所要求的輸出特性，即對負載電阻裝置有為焊接電源提供適合該焊接方法所要求的輸出特性的要求，負載電阻裝置的阻值需是可調節的。表2 列出了校準項目、范圍、標準設備（允許誤差）和焊機允許誤差，表3 為焊接工藝和約定負載電壓值。

表2 校準項目、范圍、標準設備和允許誤差

表3 焊接工藝和約定負載電壓值

1.4 JJF1985-2022

適用范圍：標準適用于焊接電流≤2 000 A 直流電弧焊機焊接電源和交直流弧焊機焊接電源直流特性的校準，不適用于交流、脈沖、等離子弧焊接的校準。標準定義的項目、測量范圍、允許誤差見表4。

表4 校準項目、測量范圍及允許誤差

校準方法：選取額定空載電壓作為校準點，將空載電壓測量模塊可調電阻接入焊接回路，記錄下調節電阻過程中并聯在電阻兩端電壓表的最大電壓值，與焊接電源空載電壓顯示值差值為空載電壓示值誤差。焊接電流和負載電壓示值誤差則是在額定輸出焊接電流全量程內均勻選取3～5 個校準點，選取電流校準點對應負載電壓的最大值與最小值作為校準點，負載電壓與焊接電流校準同時進行。其中焊接電流示值相對誤差的定義較特殊，焊接電流在最大設定值25%～100%區間時，為電流示值差值與電流測試儀測量值的比值，低于最大設定值25%區間時，為電流示值差值與額定最大焊接電流值的比值，計算方法不同。

標準設備：直流電壓表、電流測試儀、負載裝置，標準設備引入的擴展不確定度應不大于被校準焊接電源最大允許誤差的三分之一，其中負載裝置明確要求采用恒阻負載裝置。

1.5 GB/T 15579.14

GB/T 15579.14 于2022 年7 月1 日 實 施，等 同 采 用IEC 60974-14：2018《Arc welding equipment-Part 14：Calibration，validation and consistency testing》。具體分析可見下文1.6。

1.6 IEC 60974-14

目前國際上針對焊接設備校準的主要標準是IEC 60974-14 和BS EN 50504：2008。BS EN 50504：2008 于2021 年11 月23 日撤消并完全被IEC 60974-14 取代，文章不再對BS EN 50504：2008 進行分析。

適用范圍：IEC 60974-14 已被國家標準化管理委員會等同采用，適用于弧焊設備的校準、確認，不適用于用于切割、氣刨的等離子焊接系統和依據IEC 60974-6《弧焊設備：第6 部分 限制負荷設備》設計的弧焊設備，可實現對電弧焊機的電壓、電流、送絲速度進行校準。

該標準對焊接設備送絲裝置的送絲速度提出校準要求，對弧焊設備引入標準級和精確級兩個準確度等級。設備指示儀和儀表的精度經驗證后滿足IEC 60974-1 或IEC 60974-5 的要求為標準級，經驗證后高于IEC 60974-1 或IEC 60974-5 的要求為精確級。測量對象、項目和允許誤差見表5。

表5 測量對象和允許誤差

校準方法：均勻選取不少于5 個校準點，計算出每個校準點對應的設定值，調節負載裝置電阻，滿足約定負載要求。分別記錄輸出示值和校準裝置實測值，記錄3 次測量數據，以3 次測量算術平均值作為測量結果。

標準設備：數字多用表、電流傳感器、送絲速度測速裝置、試驗負載，測量用標準設備引入的測量誤差應不大于被校電弧焊機最大允許誤差絕對值的2/5，試驗負載裝置應電阻可調，能承載焊接電源輸出功率，保證負載電壓和電流在約定負載試驗值的10%以內，具有良好的散熱和溫度穩定性。

現今焊接設備向著數字化、功能化、智能化發展，一臺焊接設備常有多種操作模式，不同模式下又有多種焊接工藝和程序模塊。智能化焊機內置的焊接工藝模塊已實現通過設定焊接電流自動匹配輸出電壓和送絲速度、設定輸出電壓自動匹配焊接電流和送絲速度、設定送絲速度自動匹配輸出電壓和焊接電流的功能并廣泛用于實際生產。在上述工況下，使用恒阻負載裝置的校準方法測得的電流、電壓值并不能真實反映智能焊機的輸出性能。通過上述標準的分析，在滿足焊接設備不同焊接工藝約定負載電壓值的情況下進行校準測試將是必然趨勢。此外，送絲機構送絲速度對焊接工藝的影響不可忽略，宜對送絲速度進行校準。

2 弧焊設備校準和測試技術

弧焊設備是利用電弧熱量融化金屬進行焊接的設備，其校準和測試技術具有廣泛意義。下文對一種可行的弧焊設備校準和測試技術方法進行簡述和分析。

焊接回路中包含焊接電源、焊把線和夾具，實際焊接作業和校準試驗中回路中都存在一定的內阻。為保證焊接設備校準結果的準確性，校準過程中必須考慮回路電阻。校準過程中焊接回路的內阻與負載裝置電阻的和為實際的負載值，校準操作中實際負載值很難實現與約定負載要求的負載裝置電阻理論值一致，可約定保證輸出電流與負載電壓滿足約定偏差不超過10%，校準時，輸出電流、輸出電壓的設定值應根據實際電阻值進行相應的調整。如何確定并調節負載裝置的電阻，如何確定焊接電源的電壓、電流設定值是開展校準工作的難點。

以某型號的MIG/MAG 電弧焊機為示例，電流輸出范圍為0～500 A，測得焊接回路內阻r 為11.3 mΩ，依據GB/T 15579.14 和IEC 60974-14，輸出電流、輸出電壓校準的設定值導出可見下表6。

表6 輸出電流、電壓設定值

通過帶夾具的線纜將焊槍導電嘴與負載裝置聯接，取下負極線，通過線纜將焊接電源的負極與負載裝置另一端聯接。接線方法見圖1。在焊接電源使用范圍內選取不少于5 個校準點，按照表6 導出的輸出電流、電壓設定值進行設定，進而進行校準測試工作。

圖1 接線圖

3 結語

在焊接校準測試的研究中，先后出臺實施了一批地方、行業、國家的焊機校準規范，確保了焊接設備的有效溯源，助力了焊接工藝質量和水平的提升。但隨著焊接設備的發展，現行的校準方法已不能完全滿足實際需求，需要與國際標準接軌，對測試技術和方法進一步更新和完善。