Электротехнологические установки (стр. 22 из 32)
Рис. 9.2. Схема сварки под флюсом (а) и в среде защитных газов (б)
При сварке в защитном газе (рис. 9.2, б) возникающая между электродом и основным металлом (или двумя электродами) дуга окружена газом 6, подаваемым под небольшим давлением из сопла 7. Газовая защита применяется при сварке плавящимися и неплавящимися электродами. Роль газа сводится в основном к физической защите сварочной ванны от воздействия воздуха. Рассмотрим наиболее распространенные способы сварки. Сварка в камерах с контролируемой атмосферой применяется для соединения легкоокисляющихся металлов и их сплавов. В камере можно создать атмосферу из инертных газов, что обеспечит высокое качество сварного соединения.
Сварка трехфазной дугой применяется при ручном и механизированном способах сварки. Сущность этого способа состоит в том, что к двум электродам, закрепленным в специальном устройстве, и к свариваемому изделию подводится переменный ток от трехфазного источника питания. После возбуждения горит не одна дуга, как обычно, а одновременно три дуги: между каждым из электродов и изделием и дуга между обоими электродами. Эта дуга по отношению к свариваемому изделию является независимой и обеспечивает расплавление электродов.
Сварка трехфазной дугой характеризуется высокой стабильностью процесса, так как дуговой промежуток всегда поддерживается в ионизированном состоянии. При сварке неплавящимся электродом дуга горит между вольфрамовым электродом и изделием. Электрод проходит через насадок, по которому в зону сварки подается аргон. Поэтому такая сварка называется аргоновой. Диаметр вольфрамового электрода составляет 1-4 мм. Аргоновая сварка металлов толщиной 3 мм и больше успешно выполняется плавящимся электродом на автоматах и полуавтоматах. Этот вид сварки отличается высокой
производительностью, превышающей производительность оварки вольфрамовым электродом, и пригоден для сварки всех металлов, в том числе всевозможных легированных сталей, меди, никеля и их сплавов, титана, алюминия, алюминиевых и магниевых сплавов, которые свариваются без применения флюсов. Важным преимуществом такой сварки является то, что в процессе работы сварщик может видеть место сварки и регулировать процесс.
Газоэлектрической сваркой может быть назван способ, при котором теплота для плавления металла получается не только за счет дугового разряда, но и за счет химических реакций, присходящих в газовой фазе.
Дуговая сварка в углекислом газе выполняется как неплавящимся, так и плавящимся электродом на автоматах и полуавтоматах.
9.2. Источники питания дуговой сварки
Специфическим свойством сварочных источников тока является способность выдерживать многочисленные технологические короткие замыкания
во вторичной цепи. Они происходят при зажигании дуги касанием электродов, а также во время сварки, когда скорость подачи плавящегося электрода не
согласуется со скоростью его плавления. Кроме того, вследствие нелинейности ВАХ дуги, имеющей падающий, жесткий и восходящий участки, ВАХ источника
питания должна иметь соответствующий вид.
При автоматической сварке под флюсом с саморегулированием дуги, имеющей жесткую характеристику, ВАХ ИП должна быть пологопадающей (рис. 9.3, а, кривая 3) для повышения саморегулирования дуги. При сварке в среде защитных газов в условиях большой плотности постоянного тока в электроде ВАХ дуги возрастающая (рис. 9.3, б, кривая 1). В этом случае внешняя характеристика ИП для еще большей интенсивности саморегулирования должна быть жесткой или возрастающей (рис. 9.3, б, кривые 2, 3). Источники питания должны обеспечивать возможность настройки различных режимов сварки - установление заданных значений тока и напряжения, обеспечивающего этот ток.
Наиболее распространенным способом настройки режима сварки является комбинированное регулирование. Оно заключается в том, что весь диапазон регулирования по току разбивают на ряд ступеней (грубое регулирование), а в пределах каждой ступени осуществляют плавное регулирование.
В зависимости от особенностей технологического процесса сварочные работы выполняются на постоянном либо переменном токе. Основными
технологическими показателями источников питания сварочной дуги являются кроме внешней характеристике и напряжения холостого хода относительная продолжительность работы (ПР) и относительная продолжительность включения (ПВ) в прерывистом режиме.
Критерием оценки динамических свойств источника питания служит скорость нарастания напряжения на его зажимах при переходе от режима короткого замыкания к режиму холостого хода. Особенно важно время нарастания напряжения от нуля до значения, достаточного для возбуждения дуги, и время восстановления напряжения. По ГОСТу оно не должно превышать 0,03 с. Поэтому для дуговой оварки создаются специальные источники питания постоянного и переменного токов, которые должны:
а) иметь напряжение холостого» хода в момент зажигания дуги, достаточное для ее возбуждения, но не превышающее пределов, безопасных для жизни сварщика;
б) надежно работать в режимах частых технологических коротких замыканий;
в) иметь внешнюю характеристику, соответствующую В АХ дуги, и иметь достаточную мощность;
г) снабжаться специальными устройствами для плавного изменения тока;
д) соответствовать требованиям удобства эксплуатации и экономичности.
Тепловой режим источника питания оценивается относительными ПР и ПВ, обусловленными прерывистым рабочим процессом сварки. Продолжительность работы определяют как отношение продолжительности рабочего периода источника питания к длительности полного цикла работы. Она выражается в процентах:
ПР = (ηр/ηц)100,
где ηр - время работы под нагрузкой; ηц - длительность полного цикла.
Условно принято считать, что в среднем ηр = 3 мин, ηц = 5 мин, т. е. среднее оптимальное значение ПР = 60 %. ПР отличается от ПВ тем, что в первом случае
источник питания во время паузы не отключается от сети, а работает в режиме холостого хода, во втором случае источник питания полностью отключается от сети.
Источники питания сварочной дуги переменного тока - это сварочные трансформаторы, которые подразделяют на одно- и трехфазные, а по количеству питаемых сварочных постов - на одно- и многопостовые.
По способу получения падающих внешних характеристик и регулирования тока различают источники питания двух типов: трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием, выполненные в виде двух раздельных аппаратов (трансформатор и дроссель), и трансформаторы с развитым магнитным рассеянием (с подвижными катушками, с магнитными шунтами, с витковым ступенчатым регулятором).
Рис. 9.4. Схема сварочного аппарата с отдельным регулятором
Трансформаторы с отдельным дроссельным регулятором (рис. 9.4), сопротивление которого может изменяться в широких пределах, состоит из сердечника А с двумя обмотками: первичной I и вторичной II, создающей напряжение холостого хода 60-65 В. Первичную обмотку подключают к сети переменного тока напряжением 220 или 380 В.
Регулятор тока - дроссель Б состоит из магнитопровода (ярма) и обмотки, расположенной на неподвижной части магнитопровода (якоре). Между ярмом и якорем имеется воздушный зазор δ, изменяя который с помощью регулирующего винта осуществляется плавное регулирование сварочного тока.
При увеличении зазора δ между подвижной и неподвижной частями сердечника электрическое сопротивление (индуктивное) дросселя уменьшается, в результате чего увеличивается ток в сварочной цепи. При уменьшении зазора δ электрическое сопротивление дросселя увеличивается, а ток уменьшается.
Регулирование сварочного тока осуществляется изменением воздушного зазора δ между магнитопроводом и якорем С.
К преимуществам трансформаторов этой системы следует отнести компактность, меньший расход меди и трансформаторной стали; при
регулировании тока с большого значения на минимальное напряжение холостого хода несколько увеличивается, что повышает устойчивость горения дуги.
Трансформаторы с повышенным магнитным рассеянием получили наиболее широкое распространение при ручной дуговой сварке, где регулирование сварочного тока осуществляется изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками или подвижным магнитным шунтом. Это изменяет
сопротивление потока рассеяния и индуктивность трансформатора. Чем больше сопротивление шунтирующей цепи, тем меньше индуктивность рассеяния трансформатора и больше сварочный ток.
Для многопостовой оварки можно использовать любой сварочный трансформатор с жесткой внешней характеристикой. При этом к каждому посту должен быть подсоединен дроссель, обеспечивающий падающую характеристику цепи.
Источники питания постоянного тока подразделяют на две основные группы: сварочные преобразователи и сварочные выпрямители.
Сварочный преобразователь состоит из собственно генератора постоянного тока и первичного двигателя (электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания).
Однопостовые сварочные генераторы в зависимости от схемы формирования падающей внешней характеристики подразделяются на три основные группы:
1. Генераторы с ращепленными полюсами и с поперечным полем, у которых падающая внешняя характеристика достигается за счет размагничивания основного поля генератора магнитным полем реакции якоря.
2. Генераторы с независимым возбуждением, падающая внешняя характеристика которых достигается за счет уменьшения основного магнитного потока генератора потоком последовательной обмотки. Питание независимой обмотки возбуждения осуществляется от генератора - возбудителя или выпрямителя.