Главная / Материаловедение / Устройство и принцип работы источников сварочного тока

Устройство и принцип работы источников сварочного тока

РУЧНАЯ ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ СВАРКА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ СВАРКИ

Цель работы — практическое знакомство с устройством и принципом работы источников сварочного тока, изучение методики расчета режимов ручной сварки.

Общая характеристика источников сварочного тока

В качестве источников сварочного тока применяют:

Источники переменного тока (сварочные трансформаторы);

Источники постоянного тока (сварочные преобразователи и полупроводниковые выпрямители).

Источники питания сварочной дуги должны удовлетворять следующим требованиям:

Напряжение холостого хода должно быть достаточным для зажигания дуги, но не превышать безопасную для сварщика величину (60–65 В);

Мощность источника тока должна быть достаточной для питания дуги необходимым по силе сварочным током;

Источники сварочного тока должны иметь устройства для плавного регулирования тока в нужных для сварки пределах;

Источники питания должны иметь небольшой вес, размеры и стоимость, а также должны быть удобными в эксплуатации.

Одной из важнейших характеристик источника питания сварочной дуги является внешняя статическая (вольтамперная) характеристика, представляющая собой кривую зависимости между напряжением сварочной дуги и силой сварочного тока. В зависимости от назначения источники питания имеют разнообразные внешние характеристики (рис. ). Источник тока для ручной сварки обладает крутопадающей внешней характеристикой (кривая 1). При автоматической сварке под флюсом внешняя характеристика пологая (кривая 2) для повышения устойчивости процесса. Если же сварка ведется в защитных средах с применением тонких электродных проволок, источник тока должен иметь жесткую (кривая 3) или пологовозрастающую (кривая 4) характеристики.

транс7

Другим показателем работы источника сварочного тока является продолжительность работы (ПР) или продолжительность включения (ПВ). Эти величины характеризуют повторно-кратковременный режим работы, на который рассчитаны источники питания.

Сварочные трансформаторы. В зависимости от конструкции магнитоэлектрической системы сварочные трансформаторы делятся на две большие группы.

1. Трансформаторы с нормальным магнитным рассеиванием и дополнительной реактивной катушкой (СТЭ, РСТЭ, СТН) (рис. а).

2. Трансформаторы с увеличенным магнитным рассеиванием. Эти источники питания в свою очередь делятся на три подгруппы: с подвижными катушками (рис. б), с магнитным шунтом (рис. в) и со ступенчатым (витковым) регулированием.

image-023 image-022

транс1

При работе трансформатора обмотки создают в сердечнике магнитные потоки: Φ1 — поток первичной обмотки; Φ2 — поток вторичной обмотки; Φ3 — поток реактивной обмотки. Потоки Φ1 и Φ2 направлены навстречу друг другу и образуют равнодействующий поток трансформатора Φ0=Φ1–Φ2. При нагрузке магнитный поток реактивной обмотки Φ3 размагничивает общий поток, так как имеет одинаковое с Φ2 направление. При коротком замыкании магнитный поток Φ3 становится большим, а общий поток Φ0=Φ2–Φ3 — минимальным. Напряжение на дуге будет равным нулю, а ток — току короткого замыкания. Таким образом, взаимодействие магнитных потоков обеспечивает падающую внешнюю характеристику. Регулирование силы сварочного тока осуществляется изменением магнитного потока реактивной обмотки Φ3, который меняется при изменении зазора между подвижной частью магнитопровода и основным магнитопроводом. Увеличение зазора ведет к уменьшению потока Φ3 и, следовательно, к возрастанию силы сварочного тока и наоборот.

В трансформаторах с увеличенным магнитным рассеиванием одна из обмоток выполняется подвижной. При нагрузке вокруг обмоток трансформатора образуются магнитные потоки Φ1 и Φ2, проходящие в основном по сердечнику и складывающиеся в общий поток Φ0. Часть магнитных силовых линий рассеивается и не проходит через сердечник, а замыкается через воздух. Потоки Φ1 и Φ2 называют потоками рассеивания. С увеличением нагрузки на трансформатор потоки Φ1 и Φ2 возрастают, индуктируют в обмотках ЭДС самоиндукции, противодействующую основной ЭДС. При этом напряжение падает до нуля.

Регулирование силы сварочного тока производят изменением расстояния между обмотками. При увеличении этого расстояния магнитные потоки Φ1 и Φ2 увеличиваются, в результате чего основной поток и сила тока на дуге уменьшаются.

Сварочные преобразователи. Наибольшее распространение получили генераторы с падающими внешними характеристиками, работающие по трем основным магнитоэлектрическим схемам:

Генераторы с независимым возбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой (рис. а);

Генераторы с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмотками возбуждения ( б);

Генераторы с расщепленными полюсами.

image-024 транс8 транс9

Генератор работает следующим образом. Магнитный поток Φн, создаваемый обмоткой, противоположен по направлению магнитному потоку Φр. На холостом ходу, когда сварочный ток равен нулю и размагничивающая обмотка (РО) не действует, ЭДС генератора создается только магнитным потоком Φн. При нагрузке сварочный ток начинает создавать магнитный поток Φр, направленный навстречу потоку Φн. Результирующий магнитный поток генератора Φрез равен разности потоков Φн и Φр: Φрез=Φн–Φр. Благодаря этому с увеличением сварочного тока результирующий магнитный поток, ЭДС и напряжение генератора уменьшаются. Силу сварочного тока генератора можно регулировать не только реостатом (плавная регулировка), но и переключением числа витков обмотки РО (грубая регулировка).

Сварочные выпрямители. В отличие от преобразователей, сварочные выпрямители просты в изготовлении и надежны в эксплуатации, имеют более высокий КПД и меньшие потери холостого хода. Основные узлы выпрямителей: понижающий трансформатор, выпрямительный блок из селеновых, кремниевых или германиевых полупроводниковых вентилей; регулирующее устройство и система принудительной вентиляции. Полупроводниковые диоды включаются по различным схемам, наиболее распространенные схемы включения показаны на рис. . При однофазном токе и включении диодов по мостовой схеме (рис. а) получается пульсирующий ток постоянного направления. При использовании трехфазного тока (рис. б) получают выровненный сварочный ток постоянного направления. Эта схема чаще всего применяется в сварочных выпрямителях.

Регулирование сварочного тока осуществляется регулятором понижающего трансформатора или дополнительными балластными реостатами (сопротивлениями), включенными последовательно в цепь сварочной дуги.

Расчет режимов ручной сварки

Режимом сварки называют совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных соединений заданных размеров, формы и качества. При ручной сварке такими характеристиками являются: диаметр электрода, сила сварочного тока, длина сварочной дуги, напряжение горения дуги.

Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины металла и типа сварного соединения (табл. ).

Таблица

Толщина металла, мм

1–2

2–5

6–12

Свыше 12

Диаметр электрода, мм

1,5–2,0

3,0–4,0

4,0–5,0

5,0–8,0

Величина сварочного тока зависит от толщины свариваемого металла, типа соединения, скорости сварки, положения шва в пространстве, толщины и вида покрытия электрода, его диаметра. Практически величину сварочного тока при сварке электродами из малоуглеродистой стали можно определять по формуле Iсв=(20+6d)d , в которой d — диаметр электрода, мм.

Величина сварочного тока влияет не только на глубину проплавления, но и на форму шва. При ширине шва, равной 3–4 диаметрам электрода, форма шва наиболее благоприятна.

От длины дуги зависит качество шва: чем короче дуга, тем выше качество наплавленного металла. Длина дуги lд=0,5(d+2).

При сварке на токах более 100 А, напряжение горения дуги Uд зависит только от длины дуги: Uд=α+β·lд, где α — коэффициент, характеризующий падение напряжения на электродах, α=10…12; β — коэффициент, характеризующий падение на 1 мм длины столба дуги, β=2…2,5.

Содержание отчета

Отчет содержит принципиальные схемы источников переменного и постоянного тока, технические характеристики источников тока, расчет режимов ручной сварки.

Контрольные вопросы

1. Как называют источники переменного и постоянного сварочного тока?

2. Что называют электродуговой сваркой: ручной, механизированной?

3. Какие силы способствуют переносу металла при потолочной сварке?

4. Что характеризует внешняя вольт-амперная характеристика источника сварочного тока?

5. Какова внешняя вольт-амперная характеристика сварочного трансформатора?

6. Как регулируют ток в разных системах сварочных трансформаторов, генераторов, выпрямителей?

7. Каково напряжение холостого хода сварочных трансформатора и генератора?

8. Каково напряжение горения дуги и короткого замыкания при ручной сварке?

9. Что называют типом электрода?

10. Какова полярность сварочного тока, при которой электрод присоединен к плюсовому полюсу источника питания, а объект сварки к минусовому; и наоборот?