負載持續率對手工弧焊機空閑損耗的控制研究

黃曉東 王凱 孔高祥

摘 要：焊接是一種常見的金屬連接方法，焊接過程中會產生大量的損耗，焊接結束后也會產生空閑損耗。本文旨在研究焊 接負載持續率對焊機空閑損耗的有效控制，以優化焊接過程，降低焊接空閑損耗，提高焊接質量。文章依據標準GB 28736— 2019的試驗方法對焊接電流500 A以下的手工弧焊機進行試驗驗證，通過固定焊接周期對焊接時間進行調整，最終得出10分 鐘為一周期的手工弧焊機在保證正常焊接質量前提下在63%～64%負載持續率時一分鐘的平均空閑損耗獲得最低值。

關鍵詞：焊接，手工弧焊機，負載持續率，空閑損耗

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.06.028

0 引 言

負載持續率是影響焊接空閑損耗的重要因素。 在理論上，焊接負載持續率的選擇應基于以下幾個 方面：焊接材料的特性，不同材料具有不同的熔點 和熱導率，因此需要根據材料的特性來確定焊接負 載持續率；焊接耦合裝置的形狀和尺寸，耦合裝置 的形狀和尺寸會影響焊接的熱傳導和熱擴散，從而 影響焊接負載持續率的選擇；焊接設備的性能，焊 接設備的性能包括焊接電流、電壓、功率因數和功 率等參數，這些參數會直接影響焊接負載持續率的 選擇。為了研究方便，本次試驗對焊接過程進行了 精確的控制[1]，對不同的負載持續率對空閑狀態的 平均損耗進行了研究。

1 影響因素的排除

為了準確驗證焊接負載持續率對焊接空閑損耗的影響，山東省產品質量檢驗研究院進行了一系 列負載模擬試驗后又進行了實際的焊接工藝質量驗 證。為排除其他影響因素，依據GB/T 3091—2015選 取了焊接材料中最常見的公稱口徑（DN）為50 mm、 最小公稱壁厚為3 mm的焊接鋼管[2]為試樣，選擇2.5 mm藥芯焊條為焊接材料，試驗在環境溫度為40 ℃ 的恒溫試驗箱內進行，整體環境濕度保持相對穩定 的56%～57%，通過調整焊接時間來控制焊接過程。

2 樣機的選擇與試驗

試驗選取以下類型的焊機在10分鐘為一周期 的工況下進行試驗。為了保證試驗的安全和數據的 有效性，本次試驗用到的手工弧焊機均能在100% 工況下連續運行，試驗依據GB 28736—2019中 6.4.1、6.4.2、6.4.3規定的方法進行樣機現場布置和 測量裝置的選擇進行試驗，尤其注意應盡量減少由 于輸入電纜的布置帶來的電感，輸入電纜應折疊成 長度不超過40 cm的線束并不得打圈[3]。

為保證焊接質量的同時盡量減少焊接損耗，選 取以下常用負載持續率進行1小時焊接試驗（見表1） 在最后一個焊接周期取得空閑工況下的損耗數據。

以上數據顯示，五種額定焊接電流的手工弧焊 機在60%負載持續率時取得當前工況下最低平均空 閑損耗，按照平均空閑損耗的變化趨勢，五種焊機 均在60%～70%中的某一個負載持續率點取得最低 空閑損耗，需要在此負載持續率區間內進行下一步 試驗驗證，得出以下試驗曲線圖（見圖1）。

如圖1所示，ZX7-150、ZX7-225、ZX7-315、ZX7- 400、ZX7-500五種類型的焊接電源分別在負載持續 率為63%、63%、64%、64%、63%時取得空閑狀態最 小損耗值，最小損耗值為49.3 W、52.0 W、61.8 W、 57.2 W、70.2 W，之后平均空閑能耗值迅速升高。

模擬負載試驗后我們又通過實際工況對焊接 質量進行了評價，試驗工況見表2。

在以上條件下進行實際焊接作業，五種類型焊 機焊縫見圖2。

按照標準GB/T 19418—2003，山東省產品質量 檢驗研究院焊接工程師對焊縫適用性、焊縫厚度、 短缺陷、長缺陷、裂紋[4]等做了工藝質量評估，焊縫 適用性在規定條件下符合預定目標能力；使用焊縫 切片法對焊縫厚度進行測量，焊縫厚度與板材厚度 差值小于0.8 mm，符合厚度要求；在焊縫的任何100 mm長度范圍內未發現長度不超過25 mm的短缺陷； 在焊縫的任何100 mm長度范圍內未發現長度超過 25 mm的長缺陷；分別觀察五組焊縫未發現除顯 微裂紋、弧坑裂紋以外的其他裂紋。綜上，焊機在 63%～64%負載持續率工況下焊接質量符合工藝要 求，滿足焊接需求。

本次試驗通過對市場上常用到的中小規格的 焊機進行了試驗，并通過大量數據進行了對比分 析，通過控制變量的試驗方法得出結論，該種類型 手工弧焊機在63%～64%負載持續率時取得最小空 閑損耗值。其他類型焊機如在CCC認證范圍內的等 離子切割機、氣保焊或氬弧焊也可以參考以上研究 方法找出最小空閑損耗值對應的負載持續率，需要 注意的是，焊機在使用過程中不能只注重降低損耗 而忽略焊接或切割的質量，應該盡量做到兩者的平 衡，運用科學的方法找出最佳負載持續率的數據 點，既做到節能降耗，又保證焊割質量。

3 結 語

焊接設備是日常工程焊接、長輸管道工程建設 必須設備，隨著管道鋼強度等級的不斷提高，對焊 接設備的動態性、可靠性、自動化程度和節能化程 度也提出了更高的要求[5]。理論上采用效率更高的 IGBT模塊可降低逆變開關損耗[6]，提高焊機整體效 率，但通過不同類型的焊機試驗證明效果并不明 顯，通過負載持續率的控制，即在63%～64%負載持 續率工況下工作反而取到了很好的效果。

歐盟在能效指令（EU）No 2019/1784《電焊機 的生態設計要求》[7]中對各類電焊機能效指標做了 強制性規定，尤其是對空閑狀態損耗更是達到了嚴 苛級別，要積極分析焊機數據狀態，努力探索壓縮 空閑狀態損耗的方法，實施嚴格節能管理制度[8]， 降低焊機整體損耗以應對歐盟能效出口禁令。

參考文獻

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作者簡介

黃曉東，本科，工程師，研究方向為電焊機試驗及標準。

（責任編輯：袁文靜）