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电焊设备节能监测方法(GB/T16667)

  第一节 主题内容与适用范围

  1.标准规定了电焊设备在使用中电能利用状况的监测内容、监测方法和合格指标

  2.标准适用于进行手工电弧焊、气体保护焊和埋弧焊的额定电流大于或等于160安培的交直流弧焊设备。

  焊接加工技术是现代机器制造业中与铸造、锻造、机械加工、热处理等并列的基本工艺方法之一。除普遍使用的电弧焊接外,还有点焊、电渣焊、等离子焊适用于各个不同行业、不同加工对象的焊接方法。焊接设备品种繁多, 其容量从几千伏安到几千千伏安, 各种规格型号达到近300种,能适应各行各业用于生产和设备维修的需要。基于电焊设备用途广、品种规格多、加工对象及工艺方法各异等特点,本标准的确难以全面适用。目前各行业较普遍采用的电焊设备多为交流、直流弧焊电源设备;应用面较广的是手工电弧焊、气体保护焊,埋弧焊三种;从设备容量上考虑,节能监测要抓住主要矛盾,因此对小于160安培的小型设备就不进行监测了。

  对其他电焊设备,因为只适用特定行业和加工对象,可由各行业参照本标准制定行业监测标准。

  第二节 电焊设备节能监测项目

  1.监测检查项目

  1.1 不得使用国家规定应淘汰的电焊设备。

  1.2 设备完好,仪表及零配件齐全。

  1.3 接线符合电气安全运行的技术需求。

  为了保证安全, 标准设立了监测检查项目,首先检查是否有在用国家已明令淘汰的焊机。在生产现场,有些焊机仪表损坏、二次线皮破线裸,只因在安全电压36伏以下,有的就凑合使用。现场监测时要予以警告,并要求立即改正,促使工厂加强生产文明管理。当然,对已残破不堪或属国家明令淘汰的焊机,应一律予以更新。

  2.监测测试项目

  电焊设备电能利用率

  施焊过程中影响电能利用的因素还有:

  a. 空载损失(取决于空载电流和空载时间);

  b. 电焊设备输出二次线损(取决于二次导线截面和长度);

  c. 焊机变压器损耗和功率因数低造成的损失(这是焊机设计时造成的)。

  标准主要测定电焊设备在焊接过程中,对电能的有效利用程度。减少损失电能,是制定本标准的目的。由于监测时间短,无法精确测定空载损耗,即使测试过程增加许多工作量,测出空载损失,也不能代表整个焊机的性能和工人的操作水平, 故未列为监测项目。实践证明,焊接时的电能利用率是有代表性的考核指标。因为,监测不是对焊机性能作测试,而是对施焊现场从电源输入到完成焊条熔化这一全过程的电能利用程度做出检测与评价, 所以只将电焊设备电能利用率作为监测测试项目。

  第三节 电焊设备节能监测要求

  1.监测要求

  1.1 监测应在电焊设备正常生产实际运行工况下进行。

  电焊设备的电能利用率随负荷的增加而提高,当达到额定负荷附近时,效率达到最高点,电能利用率亦最大。但电焊设备不会在额定负荷下持续工作,因此实际生产中通常是在额定负荷的50~70 %的范围内运行,如额定电流为400安的焊机,正常生产时施焊的电流为200~280安,持续率(或暂载率)在60 %左右。本标准以此范围作为正常生产状况。

  标准规定了焊机的正常使用条件应符合GB8118《电弧焊机通用技术条件》中第三条使用条件和第四条技术要求。

  1.2 测试用仪表必须检定合格并在检定周期内,准确度不低于1.5级。

  国内电测仪表近年来发展很快,已由过去单项瞬间测定发展为可多项、连续、累计测定,为本标准制定带来极大的方便。例如:由于施焊过程中,不管焊工技术水平如何,电弧长度总是有一定程度的波动,引起二次电压、电流的波动,也造成cos 或大或小的波动。这些波动均会导致测试的误差。不过,由于现在的仪表已具有瞬时显示,连续记录、自动累计、加权平均等功能,测试过程变得容易又因每个监测周期测取3组数据,每组又测定三个数据,取其算术平均值,这样监测数据的误差就很小了。

  国内仪表目前的测试精度大多在0.5~2.5级之间,选用高精度仪表似乎也不必要,因现场操作本身就具有误差的因素,如接线不紧密电阻值加大,地线不规范,焊工技术操作不正常等,也是施焊过程存在的诸多不稳定因素,其误差大大超过仪表的准确度范围,故规定仪表选用不低于1.5级也就可以了。这样既减少了监测单位的设备投资,也不影响整个的监测质量。

  第四节 电焊设备节能监测方法与计算

  1.监测方法

  1.1 测试参数

  a. 焊接时电压V,在焊接设备输出端测量;

  b. 焊接时功率因数cos,在焊接设备输出端测量;

  c. 测试期的供给电量Wg,在焊接设备的输入端测量;

  d. 测试期的熔化焊芯(丝)质量G。

  1.2 各参数的测试数据不少于3组数据, 每次则取数据的时间间隔尽量相同, 并取其算术平均值。

  1.3 每组数据电压V、功率因率cos应同时进行测量,并取其3个瞬时值的算术平均值。

  每组测取的数据除焊条(芯)净重外,还需测取输入总电量Wg;二次测输出电压V2和功率因数cos,其中V2、cos应同时取读。对直流弧大焊机cos,允许在一次侧输入端处测定。

  1.4 测试每组数据所熔化的焊芯(丝)规定如下:

  a. 手工电弧焊熔化不少于3根;

  b. 气体保护焊熔化不少于0.05kg焊丝,(ф1.0mm焊丝,每米6.16g合8.1m;ф1.2mm焊丝,每米8.88g合5.6m);

  c.埋弧焊熔化不少于0.2kg焊丝(ф1.0mm焊丝,每米6.16g合8.1m;ф1.2mm焊丝,每米8.88g合5.6m)。

  以上规定的焊接工作量有足够时间读取数据,可以满足监测的需要。

  2. 电焊设备电能利用率计算

  2.1 测试期有效电量计算:

  Wy= ×10-3kW·h (1)

  式中:Wy——测试期有效电量,kW·h;

  G——测试期焊芯(丝)熔化实际质量,kg;

  V——电焊设备输出端电压,V;

  cos——电焊设备功率因数;

  S——焊条(丝)熔化系统(附录),kg/A·h。

  2.2 电焊设备电能利用率计算:

  η=×100% (2)

  式中:η——电焊设备电能利用率,%;

  Wg——测试期供给电能量,Kw·h。

  Wy—电焊设备有效电量,kW·h。

  (1)目前国内对电焊设备有效能的计算有二种方法:

  第一方法是计算熔化于焊缝中金属的有效热量Qxy

  Qxy=F·L·r(CTm+△Sm) (3)

  式中:F—焊缝截面,cm2;

  L—焊缝长度,cm;

  r—焊缝金属比重,g/cm3;

  C—焊缝金属比热,J/℃·g;

  Tm—焊缝金属熔点,℃;

  △Sm—焊缝金属熔化潜热,J/g;

  其中F·L·r约等于焊芯重量。

  第二种方法是焊条熔化系数S计算有效电量Wy

  Wy=(G·V2·cos×10_3)/(S·a) (4)

  式中:G—焊条(芯)重晨,kg;

  V2—焊机输出端电压,V;

  cos—焊机功率因数;

  S—焊条熔化系数(kg/A·h);

  a—焊条利用系数。

  根据GB3484《企业能量平衡通则》中关于有效能量的规定,电弧焊接是加工工艺,其有效能量应是工艺过程理论上必须消耗的能量,我们认为第二种方法比较符合通则的规定。第一种方法从理论推导似乎比较科学,但它仅考虑焊芯的熔化,而未考虑焊接工艺过程中既需熔化焊芯,还需加热和熔化本体金属及焊药;电弧温度高达2000℃以上,产生大量辐射热损失等,而这些确实都是电弧焊接工艺所必须消耗的。用公式(1)计算电能利用率η将是很低的。基于上述分析,我们确定使用公式(2)。

  第五节 电焊设备节能监测合格指标第六节 电焊设备节能监测结果评价

  1. 本标准规定的电焊设备节能监测检查项目和测试项目合格指标是监测合格的最低标准。监测单位应以此进行合格与不合格的评价。

  外观检查发现已应淘汰或报废的焊机即判定为不合格。发现不按规范接线也要改正后才进行监测,检查项目合格后才进行测试。

  2. 全部监测指标同时合格方可视为“节能监测合格电焊设备”。

  3. 对监测不合格者,监测单位应做出能源浪费程度的评价报告和提出改进建议。

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