Динамические характеристики системы дуга— источник питания обусловлены механизмом первоначального возбуждения и в последующем, при горении дуги, — характером переноса электродного металла в сварочную ванну. Капли расплавленного металла периодически замыкают дуговой промежуток, периодически изменяя силу тока и длину дуги (рис. 8-8): происходит переход от холостого хода к короткому замыканию, далее к рабочему режиму — горению дуги (образование и рост капли) — тх, потом к короткому замыканию, которое происходит при контакте между каплей и ванной — т2. При этом ток резко увеличивается до /тах, что приводит к сжатию капли и перегоранию мостика между каплей и электродом. В дальнейшем напряжение почти мгновенно возрастает и дуга вновь возбуждается, после чего процесс периодически повторяется.

Смена режимов происходит в течение долей секунд. Поэтому источник питания должен обладать высокими динамическими свойствами, обеспечивающими достаточно большую скорость повышения напряжения при разрыве цепи и нужную скорость нарастания тока. От динамических свойств источника зависит количество брызг при сварке.

При малой скорости нарастания тока в ванну поступает нерасплавленная проволока. Она сравнительно медленно разогревается на большом участке длины, затем разрушается. Если ток возрастает очень быстро, мостик между ванной и каплей электродного металла быстро перегревается и разрушается со взрывом. Часть расплавленного металла разбрызгивается, не попадая в шов. С увеличением плотности тока уменьшаются размеры капель вплоть до струйного стекания металла в сварочную ванну.

Величину ТоКа, при Которой происходит Stot переход, Для Данной проволоки и среды называют критическим током.

Для управления процессом переноса металла на основной режим сварки иногда накладывают электрические импульсы, параметры которых (ток, напряжение, мощность) изменяются во времени по определенной программе. В этом случае параметры режима выбирают таким образом, что теплота, выделяемая дугой, питаемой от основного источника в промежутке между импульсами, недостаточна для плавления электрода при заданной скорости подачи. Вследствие этого длина дугового промежутка уменьшается. Во время действия импульса тока образуется капля металла и возрастает величина электродинамической силы, сжимающей перешеек капли у проволоки и отбрасывающей каплю строго в направлении оси электрода. Скорость плавления электрода во время импульса больше, чем скорость его подачи, вследствие чего длина дуги восстанавливается.

Условием стабильного течения процесса является равенство скорости подачи и общей скорости плавления электрода за один цикл (импульс + пауза). Поэтому при импульсном источнике питания мелкокапельный перенос получается при меньших плотностях тока, чем для обычного процесса. При этом параметры импульсов, частота которых находится в пределах 90—100 Гц, обеспечивают перенос одной капли за импульс.

Общие сведения об источниках питания и их технологических свойствах. Конструктивные и электрические особенности источников питания описаны в специальной литературе, посвященной электросварочному оборудованию. В настоящей книге изложены лишь общие сведения, необходимые для понимания технологических вопросов сварки плавлением.

Для питания сварочной дуги применяют источники переменного и постоянного тока. К источникам переменного тока относятся сварочные трансформаторы и генераторы переменного тока. Сварочные генераторы и выпрямители, а также импульсные источники составляют группу источников питания постоянным током. Источники питания могут быть однопостовыми, питающими один сварочный пост, и многопостовыми, питающими одновременно несколько сварочных постов.

Из общего упрощенного уравнения внешней характеристики источника питания

— напряжение холостого хода; гэ — эквивалентное сопротивление источника или схемы, следует, что

На основе этих уравнений можно осуществлять настройку режима горения дуги. Изменяя напряжение холостого хода UXmX9 можно получить различные характеристики (рис. 8-9, а), соответствующие ряду значений тока /д1, /д2, /д3 и т. д. при неизменном напряжении (/д1, либо ряд напряжений £/д1, £/д2, £/д3 и т. д. при неизменном токе /д1. Такая система настройки приводит к тому, что приходится либо чрезмерно снижать напряжение холостого хода, соответствующее малым токам, либо излишне его повышать при настройке на большие. Это неудобно в эксплуатации и снижает экономические показатели источника.

Изменяя гэ при неизменном £/х. х, можно получить семейство кривых, показанных на рис. 8-9, б. Такие источники более удобны, но вследствие того, что напряжение холостого хода выбирают исходя из среднего режима работы, устойчивость дуги (особенно переменного тока) при сварке на малых токах будет недостаточной.

Наиболее эффективным является комбинированный плавно-ступенчатый метод настройки, при котором диапазон регулирования разбивается на две-три ступени настраиваемым изменением Uxx. В пределах ступени настройку производят за счет изменения гэ (рис. 8-9, в).

Источник питания сварочной дуги должен, с одной стороны, обладать свойствами, обеспечивающими необходимые технологические требования, предъявляемые к конкретному сварочному процессу, а с другой стороны, как каждое электротехническое устройство, обеспечивать номинальные электрические параметры (ток, напряжение, мощность и т. д.) в заданных условиях эксплуатации (температура, влажность, давление и т.д.), а также отвечать современной эстетике.

Читайте также:  Какой консервный нож лучше

Свойства источника питания определяются его внешними характеристиками: статической и динамической.

Статическая характеристика источника питания — это зависимость выходного напряжения (Дых от тока нагрузки при постоянном значении напряжения питающей сети в установившемся режиме, т.е. (Ун) при I)пит = const. Статическая характеристика источника питания может быть трех видов: падающая, жесткая и возрастающая.

В установившемся (статическом) режиме устойчивость горения дуги определяется видом и соответствием статических характеристик источника питания и сварочной дуги. Статическая характеристика дуги (см. гл. 1, § 2) определяет свойства сварочной дуги.

При ручной дуговой сварке на токах 200—500 А статическая характеристика дуги жесткая. Для обеспечения высокого качества сварных изделий при этом способе сварки необходимо соблюдать следующие условия: изменения сварочного тока должны быть минимальными, напряжение холостого хода источника питания должно быть больше напряжения дуги, а сила тока короткого замыкания не должна превышать удвоенное значение сварочного тока. Этим условиям отвечает крутопадающая характеристика источника питания.

При автоматической сварке под флюсом статическая характеристика дуги также жесткая, но для обеспечения саморегулирования сварочного процесса статическая характеристика источника питания должна быть полого падающей или жесткой.

При сварке на постоянном токе в среде защитного газа на больших плотностях тока статическая характеристика дуги возрастающая. Для обеспечения саморегулирования сварочного процесса в данном случае необходимо, чтобы источник питания имел жесткую или возрастающую статическую характеристику.

Динамическая характеристика — это зависимость между мгновенными значениями выходного напряжения и тока нагрузки при постоянном в данный момент времени мгновенном значении напряжения питающей сети, т.е при const. Динамическая характеристика показывает реакцию источника питания на характер и скорость протекания переходных процессов, возникающих в системе источник — дуга — ванна при действии внешних возмущений (изменение напряжения сети, напряжения дуги и сварочного тока, а также при переходе из одного установившегося режима в другой). Чем меньше время переходного процесса, тем лучше динамические свойства источника питания.

Источник питания, как каждая электротехническая установка, должен обеспечивать определенные выходные параметры при заданном режиме работы, не перегреваясь выше установленной температуры. Значение тока, напряжения и мощности, на которые рассчитан источник питания при работе в заданном режиме, называют номинальными и указывают в паспорте или записывают на щитке источника питания.

При работе источника питания происходит нагрев отдельных узлов его конструкции в результате прохождения тока по обмоткам трансформатора, а также вследствие гистерезиса и вихревых токов.

Температура перегрева источника питания — это разница между температурой источника питания и температурой окружающей среды

где Щ—температура перегрева источника питания; Т — температура источника питания в рассматриваемый период; то — температура окружающей среды.

После включения источника питания его температура повышается, вызывая нарастание температуры перегрева. При достижении температурой перегрева своего установившегося значения для данного режима температура источника питания не повышается, так как количество теплоты, выделяемой источником питания в единицу времени, равно количеству теплоты, отдаваемой в окружающую среду. При нарушении отвода выделяемой теплоты отдельными узлами источника питания температура перегрева становится выше установившегося значения, что приводит к нарушению работы и преждевременному выходу из строя источника питания.

Для источников питания сварочной дуги, как и любого электротехнического устройства, установлены три режима работы: продолжительный, перемежающийся и повторно-кратковременный.

В продолжительном режиме источник питания работает под нагрузкой длительное время при установившейся температуре. В этом режиме работают однопостовые и многопостовые источники питания для автоматической сварки. В данном режиме источник питания работает с постоянной выходной мощностью (рис. 9, а), а его температура (рис. 9,6) в первый момент времени возрастает до установившейся температуры по экспоненте

Источника питания в продолжительном ре- питания в перемежающемся режиме, где Гпу — установившаяся температура перегрева источника питания, °С; / — время режима работы; с; т — постоянная времени нагрева, с.

Постоянная времени нагрева характеризует скорость возрастания температуры источника питания и температуры перегрева и определяется точкой пересечения касательной, проведенной к экспоненте, с прямой Установившейся температуры источника питания. За время / = т температура перегрева составляет 63 % установившейся температуры перегрева Ту.

Перемежающийся режим отличается от продолжительного тем, что источник питания, постоянно включенный в сеть, периодически подключается к нагрузке, т. е. режим нагрузки в течение времени сменяется режимом холостого хода в течение времени. Этот режим характеризуется относительной продолжительностью нагрузки, где /н — время работы источника питания под нагрузкой, с; /х — время, в течение которого источник питания находится в режиме холостого хода, с; — время полного цикла работы источника питания, равное сумме.

Читайте также:  Бетон в30 м400 характеристики

При работе в перемежающемся режиме (рис. 10, а) выходная мощность источника питания имеет циклический характер, т. е. изменяется. При этом режиме температура (рис. 10,6) за время не успевает достигнуть установившейся температуры ^ источника питания, равной Гпу + Г0, а за время — снизиться до температуры окружающей среды Т0. По истечении времени работы источника питания его температура Т колеблется между некоторыми максимальным и минимальным Т значениями температур. Среднее значение этих температур соответствует значению выходной мощности, отдаваемой источником питания в нагрузку. Перемежающийся режим работы источников питания характерен для ручной и механизированной дуговой сварки. Повторно-кратковременный режим отличается от перемежающегося тем, что во время пауз в работе источник питания отключается от напряжения сети. Этот режим характеризуется относительной продолжительностью включения, где t„ — время паузы, в течение которой источник питания отключен от напряжения сети, с; /ц — время цикла работы источника питания, равное.

При повторно-кратковременном режиме выходная мощность источника питания (рис. II, а) изменяется циклически от нуля до P max, а изменение температуры источника питания (рис. 11,6) характеризуется экспонентой с более крутым нарастанием температуры при прохождении пускового тока во время подключения источника питания к напряжению сети и к нагрузке.

Длительность цикла работы источников питания для ручной дуговой сварки принимают равной 5 мин, а для автоматической и механизированной сварки — 10 мин. Например, при ПН-60 % источник питания подключен к нагрузке в течение 6 мин, а в режиме холостого хода находится в течение 4 мин.

Если значение ПН % (или ПВ %), при котором должен работать источник питания, выше значения, приведенного в паспорте, то сварочный ток уменьшается, исходя из практического опыта или использования справочных данных для электроустановок.

В СССР принята единая система обозначения источников питания сварочной дуги, состоящая из буквенно-цифровых индексов. Первая

буква единой системы, обозначения показывает сокращенное название изделия (А — агрегат; В — выпрямитель; Г — генератор; П — преобразователь; Т — трансформатор); вторая буква—вид сварки (Г — в, защитных газах; О — открытой дугой; Ф — под флюсом); четвертая буква М — много- постовой источник питания, а ее отсутствие — однопостовой источник питания; пятая буква показывает тип двигателя для агрегатов с приводным двигателем внутреннего сгорания (Б — бензиновый; Д —

При кратковременном режиме сварочного тока в сотнях ампер; третья и четвертая цифры — номер модификации источника питания. Следующие после цифр буквенно-цифровые индексы показывают: первая буква — климатическое исполнение (ХЛ — для эксплуатации в районах с холодным климатом; У — в районах с умеренным климатом; Т — в районах с тропическим климатом); вторая цифра — категорию размещения источника питания (1 — открытый воздух; 2 — неотапливаемые помещения; 3.— помещения с естественной вентиляцией; 4— помещение с принудительной вентиляцией и отоплением; 5— помещение с повышенной влажностью).

Примеры. ВДГМ-1602УЗ — выпрямитель для дуговой сварки в защитных газах, многопостовой, с значением сварочного тока 1600 А, имеет вторую модификацию, предназначен для эксплуатации в районах с умеренным климатом и для работы в закрытых помещениях.

АДОД-305Т1 — агрегат для ручной дуговой сварки с дизелем в качестве автономного привода, с значением сварочного тока 300 А, имеет пятую модификацию, предназначен для эксплуатации в районах с тропическим климатом и для работы на открытом воздухе.

Климатическое использование и категория размещения источников питания сварочной дуги регламентируются соответствующими стандартами.

Вопросы для повто/p/tdрения

Опишите строение сварочной дуги.
Опишите характеристики, сварочной дуги.
Какие физические процессы протекают при горении сварочной дуги постоянного тока?
В чем заключаются особенности горения сварочной дуги переменного тока?
Какие требования предъявляют к источникам питания сварочной дуги?

Для электродуговой сварки нужно электричество определенных параметров: большой силы (ампеража), низкого напряжения (вольтажа). Под воздействием тока между концом электрода и свариваемым металлом формируется мощный электрический разряд, выделяется большое количество теплоты. В качестве источников питания сварочной дуги применяются различные преобразователи. За историю существования ручной электросварки для розжига дуги созданы устройства, генерирующие переменный и постоянный ток. Сначала были трансформаторы, после появления полупроводников были созданы выпрямители. Генераторы преобразуют в электроток энергию сжигания жидкого или сухого топлива. Инверторы – источники нового поколения, у них возможности питания дуги гораздо шире, чем у трансформаторов. При выборе сварочного аппарата желательно учитывать преимущества и недостатки устройств.

Читайте также:  Сколько стоит электроплита в эльдорадо

Требования к источникам питания сварочной дуги

Любой источник питания при дуговой сварке выбирается, исходя из эксплуатационных свойств:

  • Электрод должен разжигаться при соприкосновении с металлической заготовкой, контакты замыкают электрическую цепь.
  • Когда присадка плавится, по капле возможно короткое замыкание. Сварочный аппарат в такой ситуации не должен выходить из строя, сварочная дуга должна поддерживаться стабильно.
  • До вспышки дуги между деталью и электродом возникает краткосрочное короткое замыкание длиной в доли секунды. От скорости восстановления первоначального напряжения зависит динамическая характеристика источника питания.
  • От режима холостого хода сварочное оборудование должно быстро переходить в рабочий ход, то есть напряжение с 60–80 вольт должно упасть до требуемых 18–20 В.

Требования ко всем источникам, применяемым для питания сварочной дуги, одинаковые. Напрашивается вывод, что эффективность работы сварочного оборудования зависит от способности поддерживать стабильное горение дуги, начиная с момента розжига. Последний момент – регуляторы, сварочные аппараты предназначены для большого диапазона рабочего тока, устанавливать нужные параметры тока должно быть удобно.

Классификация

Общепринята градация блоков питания по нескольким признакам, обусловленным электромеханическими свойствами источников электротока. Начинающим сварщикам достаточно знать основные критерии классификации:

Для питания сварочной дуги возможно два способа получения рабочего тока:

  • преобразованием энергии из силовой электросети (выделяют однофазные и трехфазные сварочники);
  • генерацией электричества рабочих параметров из другого вида энергии.

Группировка по виду вырабатываемого тока:

  • переменного;
  • комбинированные, которые можно переключать с постоянного на переменный и наоборот;
  • постоянного.

Способ преобразования электричества: изменением вольтажа и ампеража, выпрямлением – переменный ток преобразуется в постоянный.

Мобильность источников, питание дуги бывает стационарным (подключение к магистральным электросетям) и автономным (использование переносных генераторов или аккумуляторов).

Способ регулировки рабочих параметров дуги (напряжения, ампеража). В трансформаторах меняется число задействованных витков: положением шунта, подвижностью катушки, секционированием вторичной обмотки.

Градация источников питания по внешним характеристикам тока сварочной дуги – это оценка зависимости среднего напряжения на контактах (держателе электрода и клемме, закрепляемой на металле) от ампеража. Параметры вольт-амперной характеристики оборудования бывают двух видов:

  • Падающая ВАХ характеризуется высоким напряжением холостого хода, превышающим рабочее до 2,5 раз.
  • Жесткая отличается стабильностью напряжения на клеммах в процессе сварки. Ампераж короткого замыкания превышает номинальный сварочный в 2 или 3 раза.

Вольт-амперная характеристика источника определяется экспериментально. Когда подключают питание, измеряют напряжение на клеммах.

Выбор источника питания для дуговой сварки

Разумеется, помимо силовых характеристик сварочное оборудование выбирают по мобильности, габариту, весу. Говоря о достоинствах и недостатках источников питания, стоит начать с самого первого вида сварочников.

Трансформатор

Оборудование с вторичной обмоткой преобразует напряжение, за счет индуктивных полей с 80 вольт можно опустить напряжение до 20-ти. Это самый простой и громоздкий тип сварочного аппарата. Зато очень надежный, мало зависит от условий внешней среды, не боится влажности, запыленности. Трансформатор можно соорудить самостоятельно, нужный вольтаж получают за счет определенного числа витков вторичной обмотки. Коэффициент полезного действия оборудования довольно высокий, стоимость небольшая. Когда объем работы небольшой, сварщики с опытом работы предпочитают для гаража, дома приобретать трансформаторы.

Выпрямитель

Уже из названия ясно, что речь пойдет об источнике постоянного тока. Для преобразования используются полупроводники, они пропускают электричество только в верхнем диапазоне синусоиды. Благодаря использованию полупроводников, наличию электросхемы, возможности у выпрямителей шире, чем у трансформаторов. При смене полярности можно регулировать температуру на контактах: при прямой полярности сильнее греется электрод, при обратной – металл. КПД у выпрямителей выше, чем у трансформаторов, малые потери на холостом ходу.

Большой минус – сварочные аппараты очень греются, им периодически требуется передышка, чтобы прийти в норму или дополнительная система охлаждения.

Генератор

Электричество вырабатывается вращением вала в постоянном магнитном поле. Работают устройства на бензине, дизтопливе, есть стационарные установки на угле, брикетированном топливе. Главные достоинства:

  • электричество со стабильными характеристиками;
  • большой ампераж, до 1000 А.

Минусы – изрядные габариты, низкий КПД, плюс выхлопные газы, шум, вибрация.

Инвертор

Инверторный тип источников – самый технологичный. Небольшие размеры, высокая мощность, дополнительные функции: быстрый розжиг, стабильная дуга и другие. Бытовые устройства работают от сети 220 В, мощные установки подключают к трехфазным 380 В. Инверсия улучшает частотные характеристики до 50 кГц. Недостатки тоже есть: оборудование боится высокой влажности, низких температур, запыленности. Корпус профессиональных источников дополнительно оснащают защитой.

Похожие записи: