Источники питания сварочной дуги. Показатели,по которым осуществляется выбор источников питания сварочной дуги

1.Источники питания сварочной дуги. Показатели,по которым осуществляется выбор источников питания сварочной дуги.

 

Источники питания  электрической сварочной дуги разделяются по следующим признакам:

1) по роду тока — источники постоянного тока (преобразователи, агрегаты и выпрямители) и переменного тока (сварочные трансформаторы);

2) по числу одновременно подключаемых сварочных постов — однопостовые и многопостовые;

3) по назначению — источники для ручной сварки открытой дугой, автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом, сварки в защитных газах, электрошлаковой сварки и плазменной резки и источники тока специального назначения (сварка трехфазной дугой, многодуговая сварка и пр.);

4) по принципу действия и конструктивному выполнению:

сварочные трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием и отдельным дросселем (реактивной катушкой) на отдельном или общем сердечнике:

сварочные трансформаторы с искусственно увеличенным магнитным  рассеянием — с подвижным магнитным шунтом и подвижными обмотками;

преобразователи — с независимой намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками, с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмотками, с расщепленными полюсами, с жесткой характеристикой, универсальные;

агрегаты — генераторы с двигателями внутреннего сгорания;

сварочные выпрямители —  с селеновыми вентилями, с кремниевыми  вентилями, многопостовые, однопостовые, с падающими или жесткими характеристиками, универсальные.

Устойчивое горение дуги возможно в том случае, если источники сварочного тока будут обладать падающей внешней характеристикой, т е. когда напряжение на зажимах источника будет снижаться при увеличении силы тока;

5) по характеру привода — источники с электрическим приводом и независимым приводом   (от двигателя внутреннего сгорания);

6) по способу установки и монтажа — стационарные и передвижные.

Выбор источника питания  сварочной дуги обусловливается  способом сварки, характером производства, свойствами свариваемых металлов, условиями  работы источника, применяемыми электродами.

Для ручной дуговой сварки применяют любые источники питания  с крутопадающей внешней характеристикой; для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом — источники питания большой мощности с пологопадающими, а иногда с жесткими характеристиками; для сварки в среде газообразной двуокиси углерода (углекислого газа) — источники питания постоянного тока с жесткими или возрастающими характеристиками.

Стационарные сварочные  посты в цехах и мастерских обычно питаются от многопостовых источников питания (преобразователей или выпрямителей); сварочные посты, расположенные на значительном расстоянии друг от друга, комплектуют однопостовыми источниками питания.

Конструкции из малоуглеродистых сталей можно сваривать дугой, питающейся от любого источника; изделия из легированных сталей требуют применения сварки постоянным током при обратной полярности; источники постоянного тока используют также для сварки цветных металлов, чугуна, для наплавки и плазменной резки.

Для сварочных  работ в закрытых, отапливаемых помещениях целесообразно использовать сварочные выпрямители, более чувствительные к температурным изменениям; на открытом воздухе лучше эксплуатировать преобразователи и трансформаторы. Универсальные источники питания применяют там, где часто изменяется характер свариваемых изделий. В местах, где отсутствуют электрические сети (в полевых условиях), используют сварочные агрегаты (с двигателями внутреннего сгорания); эти же агрегаты можно применять для сварки ответственных конструкций в тех случаях, когда сильно колеблется напряжение питающей сети. Для работы в условиях повышенной влажности и тропического климата используют специальные источники.

Источники питания сварочной  дуги должны обеспечивать легкое зажигание  и стабильное (устойчивое) горение  дуги в процессе сварки.

Основными техническими показателями источников питания сварочной  дуги являются: внешняя характеристика, напряжение холостого хода, относительная продолжительность работы (ПР) и относительная продолжительность включения (Г1В) в прерывистом режиме.

Внешняя характеристика источников питания (сварочного трансформатора, выпрямителя и генератора) — это зависимость напряжения на выходных зажимах от величины тока нагрузки. Зависимость между напряжением и током дуги в установившемся (статическом) режиме называется вольт-амперной характеристикой дуги.

 

Рис.1.Внешние  характеристики источников питания: 1-крутопадающая внешняя характеристика; 2-пологопадающая; 3-жесткая; 4-пологовозрастающая.

Внешние характеристики источников питания сварочной дуги показаны на рис. 1. Внешние характеристики сварочных генераторов, показанные на рис. 1 (кривые1и 2),являются падающими.

Чем круче характеристика, тем лучше стабильность горения  дуги, так как при крутопадающей  характеристике с изменением длины  сварочной дуги величина сварочного тока уменьшается Незначительно. Длина дуги связана с ее напряжением: чем длиннее сварочная дуга, тем выше напряжение. При одинаковом падении напряжения (изменении длины дуги) изменение сварочного тока неодинаково при неодинаковых внешних характеристиках источника. Чем круче, характеристика, тем меньше влияет длина сварочной дуги на сварочный ток. При изменении напряжения на величину б при крутопадающей характеристике изменение тока равно а₁, при пологопадающей — а₂.

Для обеспечения стабильного горения дуги необходимо, чтобы характеристика сварочной дуги пересекалась с характеристикой источника питания (рис. 2).

В момент зажигания  дуги (рис. 2, а) напряжение падает по кривой от точки 1 до точки 2— до пересечения с характеристикой генератора, т.е. до положения, когда электрод отводится от поверхности основного металла. При удлинении дуги до 3—5ммнапряжение возрастает по кривой 2—3 (в точке 3 осуществляется устойчивое горение дуги). Обычно ток короткого замыкания превышает рабочий ток, но не более чем в 1,5 раза. Время восстановления напряжения после короткого замыкания до напряжения дуги не должно превышать 0,05сек,этой величиной оцениваются динамические свойства источника.

Рис.2.Внешние  характеристики источников питания  и сварочной дуги( а -сплошная линия-генератора, пунктирная-дуги в момент возбуждения, штрих-пунктирная-дуги при горении), характеристики источников питания сварочной дуги(б).

На рис. 2, б показаны падающие характеристики 1 и 2 источника питания при жесткой характеристике дуги 3, наиболее приемлемой при ручной дуговой сварке.

Напряжение  холостого хода (без нагрузки в  сварочной цепи) при падающих внешних  характеристиках всегда больше рабочего напряжения дуги, что способствует значительному облегчению первоначального и повторного зажигания дуги. Напряжение холостого хода не должно превышать 75А при номинальном рабочем напряжении 30в(повышение напряжения облегчает зажигание дуги, но одновременно увеличивается опасность поражения сварщика током). Для постоянного тока напряжение зажигания должно быть не менее 30—35в,а для переменного тока 50—55в. Согласно ГОСТ 7012—69 для трансформаторов, рассчитанных на сварочный ток 2000а,напряжение холостого хода не должно превышать 80в.

Повышение напряжения холостого хода источника переменного тока приводит к снижению косинуса «фи». Иначе говоря, увеличение напряжения холостого хода снижает коэффициент полезного действия источника питания.

Источник питания  для ручной дуговой сварки плавящимся электродом и автоматической сварки под флюсом должен иметь падающую внешнюю характеристику. Жесткая характеристика источников питания (рис. 1, кривая 3) необходима при выполнении сварки в защитных газах (аргоне, углекислом газе, гелии) и некоторыми видами порошковых проволок, например ЭПС-15/2. Для сварки в защитных газах допустимы также источники питания с пологовозрастающими внешними характеристиками (рис. 1, кривая 4).

Относительная продолжительность работы (ПР) и относительная продолжительность включения (ПВ) в прерывистом режиме характеризуют повторно-кратковременный режим работы источника питания.

Величина ПР определяется как отношение продолжительности  рабочего периода источника питания к длительности полного • цикла работы и выражается в процентах

ПР%=t_p/t_u*100%,

Где t_p-непрерывная работа под нагрузкой,t_u-длительность полного цикла.Условно принято,что в среднем t_p=3 мин.,а t_u=5 мин.,следовательно, оптимальная величина ПР% принята 60%

Различие между  ПР% и ПВ% состоит в том, что в первом случае источник питания во время паузы не отключается от сети и при разомкнутой сварочной цепи работает на холостом ходу, а во втором случае источник питания полностью отключается от сети.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.В чем заключается подготовка металлов под сварку?

 

Подготовка  поверхности металла под сварку. При подготовке деталей под сварку поступающий металл подвергается правке, разметке, наметке, резке, подготовке кромок под сварку, холодной или горячей гибке.

Металл  правят либо вручную, либо на различных листоправильных вальцах. Ручную правку выполняют на чугунных или стальных правильных плитах ударами кувалды или с помощью ручного винтового пресса. Угловая сталь правится на правильных вальцах (прессах), двутавры и швеллеры - на приводных или ручных правильных прессах.

Разметка  и наметка - это такие операции, которые определяют конфигурацию будущей детали. Механическая резка применяется для прямолинейного реза листов, а иногда для криволинейного реза листов с использованием для этой цели роликовых ножниц с дисковыми ножами. Углеродистые стали разрезают газокислородной и плазменно-дуговой резкой. Эти способы могут быть ручными и механизированными. Для резки легированных сталей, цветных металлов может применяться газофлюсовая или плазменно-дуговая резка.

Удаление  загрязнений.Основной металл и присадочный материал перед сваркой должны быть тщательно очищены от ржавчины, масла, влаги, окалины и различного рода неметаллических загрязнений. Наличие указанных загрязнений приводит к образованию в сварных швах пор, трещин, шлаковых включений, что приводит к снижению прочности и плотности сварного соединения.

Рис.3. . Элементы геометрической формы подготовки кромок под сварку (а) и шва (б):в - ширина шва, h - высота шва, К - катет шва.

Подготовка кромок под сварку. К элементам геометрической формы подготовки кромок под сварку (рис. 3) относятся угол разделки кромок α, притупление кромок S, длина скоса листа L при наличии разности толщин металла, смещение кромок относительно друг друга б, зазор между стыкуемыми кромками а.

Угол разделки кромок выполняется при толщине  металла более 3 мм, поскольку се отсутствие (разделки кромок) может привести к непровару по сечению сварного соединения, а также к перегреву и пережогу металла; при отсутствии разделки кромок для обеспечения провара электросварщик должен увеличивать величину сварочного тока.

Разделка кромок позволяет вести сварку отдельными слоями небольшого сечения, что улучшает структуру сварного соединения и уменьшает возникновение сварочных напряжений и деформаций.

Зазор, правильно установленный  перед сваркой, позволяет обеспечить полный провар по сечению соединения при наложении первого (корневого) слоя шва, если подобран соответствующий режим сварки.

Длиной скоса  листа регулируется плавный переход  от толстой свариваемой детали к  более тонкой, устраняются концентраторы  напряжений в сварных конструкциях.

Притупление кромок выполняется для обеспечения  устойчивого ведения процесса сварки при выполнении корневого слоя шва. Отсутствие притупления способствует образованию прожогов при сварке.

Смещение кромок создает дополнительные сварочные  деформации и напряжения, тем самым ухудшая прочностные свойства сварного соединения. Смещение кромок регламентируется либо ГОСТами, либо техническими условиями. Кроме того, смещение кромок не позволяет получать монолитного сварного шва по сечению свариваемых кромок.

ГОСТ 5264-80 предусматривает  для угловых соединений формы подготовленных кромок, представленные  на рис. 4; для стыковых соединений -на рис. 5; тавровых - на рис. 6 и нахлесточных - на рис. 7.

 

 

 

 

Рис.4.форма подготовленных кромок под сварку для угловых соединений.

      

Рис.6.Форма подготовленных кромок под сварку для тавровых соединений.

 

 Рис.7.Форма подготовленных кромок для на-                                                                                                                                                                                         
                                                              хлесточных соединений.

Рис.5.Форма подготовленных кромок для стыковых соединений.

 

 

 

 

 

 

3..Автоматическая сварка под флюсом, сравнить с ручной дуговой сваркой.

 

Среди различных  существующих способов механизированной сварки с применением флюса наибольшее распространение получила электродуговая сварка под флюсом. Сварочная дуга горит между изделием и торцом сварочной проволоки. По мере расплавления проволока автоматически подается в зону сварки. Дуга закрыта слоем флюса. Сварочная проволока перемещается в направлении сварки с помощью специального механизма (автоматическая сварка) или вручную (полуавтоматическая сварка). Под влиянием тепла дуги основной металл и флюс плавятся, причем флюс образует вокруг зоны сварки эластичную пленку, изолирующую эту зону от доступа воздуха. Капли расплавляемого дугой металла сварочной проволоки переносятся через дуговой промежуток в сварочную ванну, где смешиваются с расплавленным основным металлом. По мере перемещения дуги вперед металл сварочной ванны начинает охлаждаться, так как поступление тепла к нему уменьшается. Затем он затвердевает, образуя шов. Расплавляясь, флюс превращается в жидкий шлак, который покрывает поверхность металла и остается жидким еще некоторое время после того, как металл уже затвердел. Затем шлак затвердевает, образуя на поверхности шва шлаковую корку.