焊接設(shè)備校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)方法現(xiàn)狀分析

李智才，陳兆玲，古 越

（中車株洲電力機(jī)車有限公司基礎(chǔ)研究與試驗中心，湖南 株洲 412001）

隨著焊接工藝的不斷發(fā)展，焊接水平的逐漸提高，保證焊接設(shè)備的工作性能正常穩(wěn)定是嚴(yán)格保證焊接工藝要求的必要條件。在一段周期內(nèi)對焊接設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)、確認(rèn)，是檢查焊接設(shè)備的工作性能是否正常穩(wěn)定的必要操作，對焊接設(shè)備的研究方向從最初的電路設(shè)計可靠性問題轉(zhuǎn)變?yōu)榱恐邓菰葱詥栴}。

通過對焊接設(shè)備校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，文章歸納了截至2023 年3 月的標(biāo)準(zhǔn)方法，共引用7 項國際、國家或行業(yè)（地方）標(biāo)準(zhǔn)，對弧焊設(shè)備的校準(zhǔn)和測試技術(shù)進(jìn)重點剖析。

1 焊接設(shè)備校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)方法概況

校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)方法共7 項，其中國際標(biāo)準(zhǔn)2 項，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)5 項。校準(zhǔn)對象涵蓋了電弧焊機(jī)、電阻焊機(jī)、直流焊接電源、交直流焊接電源等設(shè)備，各標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍不同，校準(zhǔn)項點也各不相同。表1 列出了7 項標(biāo)準(zhǔn)方法。

表1 電焊機(jī)校準(zhǔn)國際、國家或行業(yè)（地方）標(biāo)準(zhǔn)

以下對各個校準(zhǔn)方法進(jìn)行詳細(xì)分析說明。

1.1 JJG124-2005

焊接設(shè)備的輸出電壓和焊接電流通過指示表進(jìn)行監(jiān)控顯示，采取對焊接設(shè)備上裝設(shè)的電流表和電壓表進(jìn)行校準(zhǔn)的方式，間接實現(xiàn)焊接設(shè)備的量值溯源。將電流表、電壓表拆卸后單獨校準(zhǔn)，合格標(biāo)準(zhǔn)多為各使用單位自行定義，指示表校準(zhǔn)合格即視為焊接設(shè)備校準(zhǔn)合格。

1.2 JJF（津）02-2020

適用范圍：標(biāo)準(zhǔn)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(jī)焊接電源焊接電流、輸出電壓的校準(zhǔn)，不適用于輸出電流為脈沖式焊機(jī)焊接電源的校準(zhǔn)。

校準(zhǔn)方法：將焊接電源與標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻連接，在輸出焊接電流10%～100%量程內(nèi)均勻選取不少于5個校準(zhǔn)點，電壓校準(zhǔn)點選擇開路狀態(tài)時的空載電壓值和校準(zhǔn)焊接電流值的負(fù)載電壓。通過直接測量法測電壓，采用直接測量（專用設(shè)備）或間接測量法（標(biāo)準(zhǔn)電阻）測電流。

標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備：標(biāo)準(zhǔn)電阻、數(shù)字多用表、交直流電焊機(jī)校準(zhǔn)裝置引入的校準(zhǔn)誤差應(yīng)不大于被校準(zhǔn)電焊機(jī)最大允許誤差的五分之一，其中標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻的阻值是固定的。

1.3 JJF（機(jī)械）1025-2019

適用范圍：適用于對電弧焊機(jī)的電壓、電流、功率參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，對電阻焊機(jī)的電流、功率、電極力、時間參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中明確提出電弧焊機(jī)校準(zhǔn)時，應(yīng)滿足不同焊接方法所要求的輸出特性，即對負(fù)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(fù)載電阻裝置的阻值需是可調(diào)節(jié)的。表2 列出了校準(zhǔn)項目、范圍、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備（允許誤差）和焊機(jī)允許誤差，表3 為焊接工藝和約定負(fù)載電壓值。

表2 校準(zhǔn)項目、范圍、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和允許誤差

表3 焊接工藝和約定負(fù)載電壓值

1.4 JJF1985-2022

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

表4 校準(zhǔn)項目、測量范圍及允許誤差

校準(zhǔn)方法：選取額定空載電壓作為校準(zhǔn)點，將空載電壓測量模塊可調(diào)電阻接入焊接回路，記錄下調(diào)節(jié)電阻過程中并聯(lián)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(fù)載電壓示值誤差則是在額定輸出焊接電流全量程內(nèi)均勻選取3～5 個校準(zhǔn)點，選取電流校準(zhǔn)點對應(yīng)負(fù)載電壓的最大值與最小值作為校準(zhǔn)點，負(fù)載電壓與焊接電流校準(zhǔn)同時進(jìn)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(shè)定值25%～100%區(qū)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(shè)定值25%區(qū)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(biāo)準(zhǔn)設(shè)備：直流電壓表、電流測試儀、負(fù)載裝置，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備引入的擴(kuò)展不確定度應(yīng)不大于被校準(zhǔn)焊接電源最大允許誤差的三分之一，其中負(fù)載裝置明確要求采用恒阻負(fù)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(shè)備校準(zhǔn)的主要標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行分析。

適用范圍：IEC 60974-14 已被國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會等同采用，適用于弧焊設(shè)備的校準(zhǔn)、確認(rèn)，不適用于用于切割、氣刨的等離子焊接系統(tǒng)和依據(jù)IEC 60974-6《弧焊設(shè)備：第6 部分 限制負(fù)荷設(shè)備》設(shè)計的弧焊設(shè)備，可實現(xiàn)對電弧焊機(jī)的電壓、電流、送絲速度進(jìn)行校準(zhǔn)。

該標(biāo)準(zhǔn)對焊接設(shè)備送絲裝置的送絲速度提出校準(zhǔn)要求，對弧焊設(shè)備引入標(biāo)準(zhǔn)級和精確級兩個準(zhǔn)確度等級。設(shè)備指示儀和儀表的精度經(jīng)驗證后滿足IEC 60974-1 或IEC 60974-5 的要求為標(biāo)準(zhǔn)級，經(jīng)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(zhǔn)方法：均勻選取不少于5 個校準(zhǔn)點，計算出每個校準(zhǔn)點對應(yīng)的設(shè)定值，調(diào)節(jié)負(fù)載裝置電阻，滿足約定負(fù)載要求。分別記錄輸出示值和校準(zhǔn)裝置實測值，記錄3 次測量數(shù)據(jù)，以3 次測量算術(shù)平均值作為測量結(jié)果。

標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備：數(shù)字多用表、電流傳感器、送絲速度測速裝置、試驗負(fù)載，測量用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備引入的測量誤差應(yīng)不大于被校電弧焊機(jī)最大允許誤差絕對值的2/5，試驗負(fù)載裝置應(yīng)電阻可調(diào)，能承載焊接電源輸出功率，保證負(fù)載電壓和電流在約定負(fù)載試驗值的10%以內(nèi)，具有良好的散熱和溫度穩(wěn)定性。

現(xiàn)今焊接設(shè)備向著數(shù)字化、功能化、智能化發(fā)展，一臺焊接設(shè)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(jī)內(nèi)置的焊接工藝模塊已實現(xiàn)通過設(shè)定焊接電流自動匹配輸出電壓和送絲速度、設(shè)定輸出電壓自動匹配焊接電流和送絲速度、設(shè)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(chǎn)。在上述工況下，使用恒阻負(fù)載裝置的校準(zhǔn)方法測得的電流、電壓值并不能真實反映智能焊機(jī)的輸出性能。通過上述標(biāo)準(zhǔn)的分析，在滿足焊接設(shè)備不同焊接工藝約定負(fù)載電壓值的情況下進(jìn)行校準(zhǔn)測試將是必然趨勢。此外，送絲機(jī)構(gòu)送絲速度對焊接工藝的影響不可忽略，宜對送絲速度進(jìn)行校準(zhǔn)。

2 弧焊設(shè)備校準(zhǔn)和測試技術(shù)

弧焊設(shè)備是利用電弧熱量融化金屬進(jìn)行焊接的設(shè)備，其校準(zhǔn)和測試技術(shù)具有廣泛意義。下文對一種可行的弧焊設(shè)備校準(zhǔn)和測試技術(shù)方法進(jìn)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(yè)和校準(zhǔn)試驗中回路中都存在一定的內(nèi)阻。為保證焊接設(shè)備校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，校準(zhǔn)過程中必須考慮回路電阻。校準(zhǔn)過程中焊接回路的內(nèi)阻與負(fù)載裝置電阻的和為實際的負(fù)載值，校準(zhǔn)操作中實際負(fù)載值很難實現(xiàn)與約定負(fù)載要求的負(fù)載裝置電阻理論值一致，可約定保證輸出電流與負(fù)載電壓滿足約定偏差不超過10%，校準(zhǔn)時，輸出電流、輸出電壓的設(shè)定值應(yīng)根據(jù)實際電阻值進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。如何確定并調(diào)節(jié)負(fù)載裝置的電阻，如何確定焊接電源的電壓、電流設(shè)定值是開展校準(zhǔn)工作的難點。

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

表6 輸出電流、電壓設(shè)定值

通過帶夾具的線纜將焊槍導(dǎo)電嘴與負(fù)載裝置聯(lián)接，取下負(fù)極線，通過線纜將焊接電源的負(fù)極與負(fù)載裝置另一端聯(lián)接。接線方法見圖1。在焊接電源使用范圍內(nèi)選取不少于5 個校準(zhǔn)點，按照表6 導(dǎo)出的輸出電流、電壓設(shè)定值進(jìn)行設(shè)定，進(jìn)而進(jìn)行校準(zhǔn)測試工作。

圖1 接線圖

3 結(jié)語

在焊接校準(zhǔn)測試的研究中，先后出臺實施了一批地方、行業(yè)、國家的焊機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范，確保了焊接設(shè)備的有效溯源，助力了焊接工藝質(zhì)量和水平的提升。但隨著焊接設(shè)備的發(fā)展，現(xiàn)行的校準(zhǔn)方法已不能完全滿足實際需求，需要與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，對測試技術(shù)和方法進(jìn)一步更新和完善。