Укажите внешние характеристики источников питания применяемых для сварки под флюсом
В настоящее время для питания дуги при автоматической сварке под слоем флюса применяют трансформаторы серий ТДФ и ТДФЖ.
Все эти трансформаторы являются стационарными, имеют принудительное воздушное охлаждение, рассчитаны на продолжительный режим работы. Трансформаторы этих серий имеют электрическое регулирование сварочного тока.
Основой конструкции серии ТДФ является трансформатор с магнитным шунтом, подмагничиваемым постоянным током (рис. 1.22). Принцип действия этого трансформатора и формирование его внешней характеристики основаны на создании повышенных магнитных полей рассеяния при изменении магнитного насыщения управляемого шунта.
На каждом стержне главного магнитопровода силового трансформатора Т, расположены катушки первичной VVt и вторичной W2 обмоток. Основная часть вторичной обмотки W2l, расположена у верхнего ярма магнитопровода. Дополнительная часть этой же обмотки W2:x расположена вместе с первичной обмоткой у нижнего ярма магнитопровода. Магнитный шунт с обмоткой управления Wy размещен в окне главного магнитопровода между обмотками W2о и W на пути основного потока рассеяния трансформатора. Обмотка управления магнитного шунта питается от вспомогательного однотактного тиристорного выпрямителя, состоящего из трансформатора Т2, тиристора V, обратного диода V2 и схемы фазового управления тиристором (БФУ), выполненной на логическом элементе М-403.
Рис. 1.22. Принципиальная схема трансформатора ТДФ
Подмагничиванием магнитного шунта производят плавное регулирование сварочного тока. Увеличение тока управления вызывает увеличение магнитного насыщения шунта, что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления обмоток и, следовательно, к увеличению сварочного тока.
Трансформаторы серии ТДФ имеют также ступенчатое регулирование, оно осуществляется переключением витков катушек вторичной обмотки. При переходе на ступень больших токов часть витков основной обмотки W2о отключается и подключается дополнительная часть вторичной обмотки, индуктивное сопротивление трансформатора при этом снижается.
Трансформаторы серии ТДФ имеют местное и дистанционное управление. В переднюю панель встроен блок управления автоматом, имеется также пускорегулирующая и защитная аппаратура. Первичная и вторичная обмотки силового трансформатора и обмотка управления магнитного шунта ТДФ-1001 выполнены из алюминиевого провода, а ТДФ-1601 - из медного. Расположение обмоток в ТДФ-1001: W2o - у верхнего ярма, W и И^2д - у нижнего: в ТДФ-1601: IV! и У2л - у верхнего ярма, W2o - у нижнего. Трансформаторы снабжены емкостным фильтром, предназначенным для снижения уровня радиопомех.
Трансформаторы серии ТДФ имеют падающие внешние характеристики и предназначены для работы со сварочными автоматами, снабженными системой автоматического регулирования напряжения дуги. Между тем, в последние годы получили большое распространение более простые и надежные автоматы с независимой скоростью подачи электрода, требующие источники питания с жесткой характеристикой. Кроме того, трансформаторы ТДФ имеют ряд недостатков: низкие коэффициенты усиления по току К - /с„//у Uа в, рис. 1.25, а) делится на две равные части: напряжение между точкой деления 0 и фазой деления С равно %/311дв/2 и сдвинуто по фазе относительно (/Ав на 90°. Это напряжение трансформируется до номинального значения (Уох = (/дв и используется для питания сварочного трансформатора Т|. Трансформатор Тг включается на напряжение Uдв- При таком включении токи вторичных обмоток трансформаторов сдвинуты на 90°. Делитель напряжения и автотрансформатор выполнены на едином трехстержневом магнитопроводе: на одном из крайних стержней - катушки делителя напряжения, на другом - катушки автотрансформатора. Средний стержень служит для развязки магнитных потоков делителя и автотрансформатора. Сечение его в 1,4 больше сечения крайних стержней. Трансформатор имеет следующие параметры: напряжение сети 380 В; ток нагрузки 630 А; режим работы ПВ/ПН 100 %; потребляемый ток: фаза А - 375 А, фаза В - 375 А, фаза С - 750 А; масса не более 700 кг.
Основные требования к источникам питания сварочной дуги
Назначение и основные типы источников питания. История развития, современное состояние и перспективы развития источников. Классификация и обозначение источников питания сварочной дуги в зависимости от способа сварки. Технологические, динамические и эксплуатационные требования к ИП дуги.
Источники питания для сварки представляют собой различные преобразователи тока промышленной частоты либо генераторы, самостоятельно вырабатывающие электроэнергию необходимых параметров. Они не только обеспечивают процесс сварки электрической энергией, но оказывают существенное влияние на характер протекания процесса сварки (на качество и производительность).
Простейшие приемы сварки были известны ещё до нашей эры. В основном сварке в то время подвергались изделия из меди: они предварительно подогревались, а затем сдавливались. Тогда применялась так называемая литейная сварка. Соединяемые детали заформовывали, подогревали и место соединения заливали заранее приготовленным расплавленным металлом. Изделия из железа и его сплавов получали их нагревом до «сварочного жара» в кузнечных горнах с последующей проковкой. Это способ известен под названием горновая или кузнечная сварка.
Способы сварки развивались очень медленно. Резкий перелом в этой области техники наступил в конце ХIХ - начале ХХ века. В 1802 г. русский ученый академик В.В. Петров впервые открыл и исследовал явление дугового разряда. В классическом труде «Известие о гальванивольтовских опытах», опубликованной им в 1803 г., описано плавление металла дуговым разрядом. Дуговой разряд, как источник тепла высокой температуры и света высокой яркости, не сразу получил практическое применение из-за отсутствия достаточных мощных и экономичных источников тока для питания дуги. Такие источники появились лишь в конце XIX века.
В 1882 г. русский инженер Н.Н. Бенардос изобрел способ электродуговой сварки неплавящимся угольным электродом. Своему изобретению Н.Н. Бенардос дал название «Электрогефест». В 1986 г. он получил русский патент «Способ соединения и разъединения металлов непосредственным действие электрического тока». Н.Н. Бенардос разработал технологию дуговой сварки и типы сварных соединений, применяемых и в настоящее время (встык, внахлестку и др.). При сварке металла значительных толщин он применял скос кромок. Подготовка кромок при сварке тонких листов заключалась в отбортовке их краев. Для улучшения качества сварки им применялись флюсы: при сварке сталей – кварцевый песок, мрамор, при сварке меди – бура и нашатырь.
Созданию газовой сварки способствовали исследования процессов горения газовых смесей французским ученым Анри Луи Ле Шателье. В 1895 г. он доложил французской академии наук о получении им высокотемпературного пламени при сжигании смеси ацетилена и кислорода. К началу ХХ века относятся первые попытки применения для сварки и резки горючих газов в смеси с кислородом. Первую ацетилено-кислородную горелку сконструировал Эдмонд Фуше, который получил на нее патент в Германии в 1903г. В 1904 во Франции была обнаружена возможность использования ацетилено-кислородной горелки для резки. Впервые газовая сварка демонстрировалась в 1906г. в Московском техническом училище. С 1911г. пионером развития автогенного дела в России являлся завод «Перун» в Петербурге, на котором изготавливалась некоторая аппаратура для газовой сварки и резки и обучались первые газосварщики.
Уже в начале 20-х гг. ХХ столетия под руководством профессора В.П.Вологдина на Дальнем Востоке производили ремонт судов дуговой сваркой, а также изготовление сварных котлом, а несколько позже – сварку судов и ответственных конструкций.
Развитие и промышленное применение сварки требовало разработки и изготовления надёжных источников питания, обеспечивающих устойчивой горение дуги. Такое оборудование – сварочный генератор СМ-1 и сварочный трансформатор с нормальным магнитным рассеянием СТ-2 – было изготовлено впервые в 1924 году Ленинградским заводом «Электрик». В том же году советский учёный В.П. Никитин разработал принципиально новую схему сварочного трансформатора типа СТН. Выпуск таких трансформаторов заводом «Электрик» начал с 1927г.
В 1928 году учёный Д.А. Дульчевский изобрёл автоматическую сварку под флюсом.
Новый этап в развитии сварки относится к концу 30-ых годов: коллективом института электросварки АН УССР под руководством академика Е.О.Патона был разработан промышленный способ автоматической сварки под флюсом. Его внедрение в производство началось с 1940г. Сварка под флюсом сыграла огромную роль в годы войны при производстве танков, самоходных орудий и авиабомб. Позднее был разработан способ полуавтоматической сварки под флюсом.
В конце 40-ых годов получила промышленное применение сварка в защитном газе. Коллективами Центрального научно-исследовательского института технологий машиностроения и Института электросварки имени Е.О. Патонова разработана и в 1952 году внедрена полуавтоматическая сварка в углекислом газе.
Огромным достижением сварочной техники явилась разработка коллективом ИЭС в 1949 году электрошлаковой сварки, позволяющей сваривать металлы практически любой толщины.
Быстрое развитие промышленности и всех отраслей техники вызвало появление новых средств нагрева, пригодных для сварки металлов, таких как, термитные смеси, электронный луч, лазер, высокотемпературная плазма, ультразвук и других новых эффективных способов сварки.
· Существующие к настоящему моменту времени источники питания сварочной дуги можно классифицировать по разным признакам (Рис. 1.1).
По первому признаку источники питания классифицируются в соответствии со способом производства энергии: преобразуется ли она из силовой сети питания (что имеет место в трансформаторах, выпрямителях и электронных источниках питания) или вырабатывается самими источниками питания (как это имеет место в случае использования генераторов).
По второму признаку источники питания классифицируются в соответствии со способом преобразования электрической энергии:
- путем использования трансформаторов, которые преобразуют относительно высокое напряжение силовой сети в более низкое напряжение для сварки переменным током;
- путем использования сварочных выпрямителей, состоящих из трансформатора (для понижения напряжения силовой сети) и блока выпрямления для преобразования переменного тока в постоянный;
- путем использования электронных источников питания (например, сварочных инверторов);
- путем использования сварочных преобразователей, состоящих из сварочного генератора, вращение ротора которого обеспечивается электрическим двигателем;
- путем использования сварочных агрегатов, состоящих из сварочного генератора, вращение ротора которого обеспечивается двигателем внутреннего сгорания (строго говоря, в агрегате происходит преобразование не электрической энергии, а механической в электрическую).
Третьим классификационным признаком является способ получения энергии: источники питания могут быть зависимыми (все кроме агрегатов, т.к. получают энергию от стационарной электрической сети) и автономными (агрегаты, т.к. их генератор подсоединен к двигателю внутреннего сгорания).
По четвертому признаку источники питания классифицируются в соответствии со способом регулирования параметров сварки. В трансформаторах, выпрямителях это может быть выполнено с помощью подвижных катушек, подвижных магнитных шунтов, секционированием витков вторичной обмотки и другими способами.
Пятым классификационным признаком является род тока сварки, который обеспечивают источники питания: переменный (AC), постоянный (DC) или оба, как AC, так и DC (комбинированные источники питания).
Рис. 1.1 Классификация источников питания
По шестому классификационному признаку источники питания классифицируются в соответствии с формой внешней (статической) вольт-амперной характеристики (ВВАХ). Внешней вольтамперной характеристикой источника питания является зависимость среднего значения напряжения на клеммах источника от силы тока в сварочной цепи. Она может быть либо падающей (CC - constant current), либо жесткой (CV - constant voltage). И в том и другом случаях эти определения не совсем точны и являются условными, принятыми в сварочной практике.
Основными параметрами сварочного аппарата для сварщика являются назначение данного конкретного агрегата и сварочный ток, который он выдает. Во многих случаях ключевым требованиям является подбор нужной вольт-амперной характеристики (ВАХ). Так, например, для сварки в среде защитных газов требуются устройства с жесткой характеристикой, варящие постоянным током. Для ручной и полуавтоматической сварки под флюсом применяются аппараты переменного и постоянного тока с падающей характеристикой.
Основные требования к источникам питания сварочной дуги
К источникам питания предъявляются следующие требования:
1. Внешняя характеристика источника питания должна соответствовать статической (вольтамперной) характеристике дуги.
2. Напряжение холостого хода должно быть достаточным для легкого зажигания дуги, но не превышающим нормы техники безопасности. Величина напряжения холостого хода зависит от конструкции и назначения сварочного агрегата и составляет (60 ÷ 80) В.
3. Источник должен обладать хорошими динамическими свойствами. С увеличением длины дуги рабочее напряжение должно быстро возрастать, а с уменьшением - быстро падать. Время восстановления рабочего напряжения при коротком замыкании от 0 до 30 В не должно превышать 0,05 с, а по требованиям минимального разбрызгивания металла - 0,01-0,02 с.
4. Ток короткого замыкания не должен быть чрезмерно велик во избежание перегрева электрода, оплавления покрытия и разбрызгивания металла, но не должен быть и слишком мал, чтобы не затруднять повторное зажигание дуги. Поэтому для источников сварочного тока принято следующее соотношение между током короткого замыкания и рабочим током:
5. Мощность источника сварочного тока должна быть достаточной для выполнения сварочных работ соответствующим способом.
6. Источник должен иметь устройство для плавного регулирования силы тока.
Тема 1.2. Характеристики сварочной дуги.
Электрические процессы в дуге. Модель сварочной дуги и распределение потенциала по ее длине. Анодная и катодная области, столб дуги. Вольт-амперные характеристики (ВАХ): статические и динамические. Способы их определения. Влияние изменения длины дуги на ВАХ.
При размыкании электрической цепи возникает электрический разряд в виде электрической дуги.Для появления электрической дуги достаточно, чтобы напряжение на контактах было выше 10 В при токе в цепи порядка 0,1 А и более. При значительных напряжениях и токах температура внутри дуги может достигать 3 - 15 тыс.°С, в результате чего плавятся контакты и токоведущие части.
При напряжениях 110 кВ и выше длина дуги может достигать нескольких метров. Поэтому электрическая дуга, особенно в мощных силовых цепях, на напряжение выше 1 кВ представляет собой большую опасность, хотя серьезные последствия могут быть и в установках на напряжение ниже 1 кВ. Вследствие этого электрическую дугу необходимо максимально ограничить и быстро погасить в цепях на напряжение как выше, так и ниже 1 кВ.
Процесс образования электрической дуги может быть упрощенно представлен следующим образом. При расхождении контактов вначале уменьшается контактное давление и соответственно контактная поверхность, увеличиваются переходное сопротивление( плотность тока и температура — начинаются местные (на отдельных участках площади контактов) перегревы, которые в дальнейшем способствуют термоэлектронной эмиссии, когда под воздействием высокой температуры увеличивается скорость движения электронов и они вырываются с поверхности электрода.
В момент расхождения контактов, то есть разрыва цепи, на контактном промежутке быстро восстанавливается напряжение. Поскольку при этом расстояние между контактами мало, возникает электрическое поле высокой напряженности, под воздействием которого с поверхности электрода вырываются электроны. Они разгоняются в электрическом поле и при ударе в нейтральный атом отдают ему свою кинетическую энергию. Если этой энергии достаточно, чтобы оторвать хотя бы один электрон с оболочки нейтрального атома, то происходит процесс ионизации.
Образовавшиеся свободные электроны и ионы составляют плазму ствола дуги, то есть ионизированного канала, в котором горит дуга и обеспечивается непрерывное движение частиц. При этом отрицательно заряженные частицы, в первую очередь электроны, движутся в одном направлении (к аноду), а атомы и молекулы газов, лишенные одного или нескольких электронов, — положительно заряженные частицы — в противоположном направлении (к катоду). Проводимость плазмы близка к проводимости металлов.
Определение:
Сварочная дуга – это установившийся мощный электрический разряд в ионизированной смеси газов, паров металлов и веществ, входящих в состав электродных покрытий, флюсов и других защитных средств.
Носителями электричества в сварочной дуге являются электроны и ионы. Электрическая проводимость дугового промежутка обеспечивается тем, что под действием электрического поля между катодом и анодом отрицательно заряженные электроны движутся к аноду, а положительно заряженные ионы – к катоду. Но основными носителями электричества в сварочной дуге, по большей части и определяющими ее проводимость, являются электроны.
В стволе дуги проходит большой ток и создается высокая температура. Такая температура ствола дуги приводит к термоионизации — процессу образования ионов вследствие соударения молекул и атомов, обладающих большой кинетической энергией при высоких скоростях их движения (молекулы и атомы среды, где горит дуга, распадаются на электроны и положительно заряженные ионы). Интенсивная термоионизация поддерживает высокую проводимость плазмы. Поэтому падение напряжения по длине дуги невелико.
В электрической дуге непрерывно протекают два процесса: кроме ионизации, также деионизация атомов и молекул. Последняя происходит в основном путем диффузии, то есть переноса заряженных частиц в окружающую среду, и рекомбинации электронов и положительно заряженных ионов, которые воссоединяются в нейтральные частицы с отдачей энергии, затраченной на их распад. При этом происходит теплоотвод в окружающую среду.
Таким образом, можно различить три стадии рассматриваемого процесса: зажигание дуги, когда вследствие ударной ионизации и эмиссии электронов с катода начинается дуговой разряд и интенсивность ионизации выше, чем деионизации, устойчивое горение дуги, поддерживаемое термоионизацией в стволе дуги, когда интенсивность ионизации и деионизации одинакова, погасание дуги, когда интенсивность деионизации выше, чем ионизации.
Источники для механизированной сварки под флюсом
Сварка под флюсом выполняется проволокой диаметром от 1 до 6 мм на токе от 150 до 2000 А при напряжении от 22 до 76 В. Зажигание дуги осуществляется разрывом цепи короткого замыкания при отдергивании или перегорании электрода. Расплавленный шлак шунтирует дугу, что несколько ухудшает зажигание дуги и снижает ее устойчивость. Вольтамперная характеристика дуги жесткая или возрастающая (ρд от 0 до +0,05 В/А). График условной рабочей нагрузки по требованию стандарта соответствует соотношению Up=19+0,037Iд) при токе до 1000 А и соотношению Uр=13+0,0315Iд— при токе до 2000 А. Для поддержания непрерывного горения дуги при сварке электродом до 4-5 мм используют эффект саморегулирования, при большем диаметре применяется автоматическое регулирование напряжения дуги. Требования к источнику существенно различаются в зависимости от способа поддержания дуги.
При сварке аппаратами с постоянной скоростьюподачи проволоки, работающими по принципу саморегулирования, источник должен иметь пологопадающую характеристику с ρи от –0,01 до –0,1 В/А.
При этом обеспечивается достаточная устойчивость системы «источник—дуга» и высокое быстродействие процесса саморегулирования. Из-за шунтирующего действия расплавленного шлака напряжение холостого хода приходится увеличивать до 80-140 В, а поскольку это ухудшает безопасность труда, снабжать источник устройством для его выключения сразу после прекращения сварки. При пологопадающей характеристике ток короткого замыкания сравнительно большой Iк=(1,5-3)Iд, это повышает надежность зажигания. Ток настраивается с помощью регулятора скорости подачи проволоки, а регулятор источника используется для настройки напряжения дуги. На рисунок 3.4, апоказано, как это делается за счет изменения напряжения холостого хода, но часто для этих целей меняют и сопротивление источника, т.е. наклон его характеристики.
Рисунок 3.4 – Характеристики источника для механизированной
сварки под флюсом
При сварке аппаратами с автоматическим регулированием напряжения дуги источник должен иметь крутопадающую характеристику с ρи от -0,05 до -0,3 В/А (рисунок 3.4, б).При этом обеспечивается устойчивость системы «источник—дуга» и высокая стабильность тока, тогда как автоматический регулятор обеспечивает высокое быстродействие и стабилизацию напряжения дуги. Напряжение холостого хода источника должно быть высоким (80 — 140 В), а сила тока короткого замыкания — сравнительно небольшой — Iк=(1,5-2)Iд, поскольку зажигание выполняется с отдергиванием электрода от изделия. Напряжение дуги задается автоматическим регулятором (Uд≈Uзн), поэтому регулятор источника используется для настройки тока. На рисунок 3.4, б показано, как сила тока меняется при изменении сопротивления источника, но иногда с этой целью меняют и напряжение холостого хода.
3.4 Обозначения, классификация источников и предъявляемые
к ним требования
Единая система обозначения изделий электротехнической промышленности, распространяемая и на источники, содержит в себе и элементы классификации. Приведем пример расшифровки обозначения, например, трансформатора марки ТДФЖ-1002 УЗ: Т — тип источника (трансформатор); Д — вид сварки (дуговая); Ф — способ сварки (под флюсом); Ж — тип внешней характеристики (жесткая); 10 — номинальный ток в сотнях А (на 1000 А); 02 — регистрационный номер разработки; У — климатическое исполнение (для стран с умеренным климатом); 3 — категория размещения (для работы в помещениях).
Таким образом, источники классифицируются:
1)по типу (первая буква в обозначении): трансформатор (Т), генератор (Г), преобразователь (П), агрегат (А), выпрямитель (В), специализированный источник — установка (У);
2)по виду сварки (вторая буква): для дуговой (Д), для плазменной (П) сварки;
3)по способу сварки: в защитных газах (Г), под флюсом (Ф), универсальный (У), покрытыми электродами (без обозначения);
4)по виду внешней характеристики: жесткая (Ж), падающая (П);
5)по количеству обслуживаемых постов: многопостовой (М), однопостовой (без обозначения);
6)по величине номинального тока (одна или две первые цифры означают округленную величину тока в десятках или сотнях ампер);
7)по климатическому исполнению (последняя буква): для стран с холодным (ХЛ), умеренным (У) или тропическим (Т) климатом;
8)по категории размещения (последняя цифра): для работы на открытом воздухе (1), под навесом (2), в неотапливаемом помещении (3), в отапливаемом помещении (4).
Источники могут также классифицироваться по принципу действия и конструктивному оформлению. Поскольку эти принципы специфичны для каждого типа источников, такая классификация будет выполнена отдельно для каждого типа в соответствующих разделах.
Источники сварочного тока должны отвечать следующим основным требованиям:
напряжения холостого хода источника питания Uхх, т.е. напряжение на его зажимах (выходных клеммах) при разомкнутой сварочной цепи, должно быть достаточным для легкого возбуждения дуги и поддержания устойчивого ее горения. В то же время это напряжение не должно превышать безопасных для человека значений (не более, как правило, 80—100 В в зависимости от рода используемого электрического тока);
ток короткого замыкания не должен превышать установленных пределов во избежание чрезмерного перегрева обмоток и других элементов аппаратуры;
источники питания должны иметь специальную сварочную внешнюю характеристику. (Внешней характеристикой источника питания называется зависимость напряжения на его зажимах от силы сварочного тока, т.е. от нагрузки);
источник питания должен обеспечивать быстрое нарастание напряжения от нулевого значения (в момент короткого замыкания сварочной цепи) до рабочего напряжения, т.е. обладать хорошими динамическими свойствами;
источник питания должен иметь устройство для регулирования режимов сварки (силы тока, напряжения) в установленных пределах;
электрическая мощность источника питания должна быть достаточной для нормального производства сварочных работ на заданных режимах.
Исключительно большое, непосредственное влияние на устойчивость горения сварочной дуги оказывает внешняя характеристика источника тока. Она должна строго соответствовать статической вольтамперной характеристике дуги.
Особенности источников питания для электрошлаковой сварки (ЭШС)
Большое влияние на стабильность электрошлакового процесса оказывают внешние характеристики источников питания. Электрошлаковый процесс протекает устойчиво при крутопадающих и жёстких характеристиках, однако колебания напряжения сети, изменения скорости подачи электродной проволоки меньше сказываются на проплавлении кромок свариваемых деталей при жёстких внешних характеристиках источников питания.
Для питания аппаратов при ЭШС и электрошлаковом переплаве разработана серия специальных трансформаторов с нормальным магнитным рассеянием типа ТСШ-100, ТРМК-1000 и др.
Основные параметры источников питания дуги.По современным стандартам все источники питания характеризуются рядом параметров, получаемых при работе на установившихся режимах. Что же входит в понятие установившегося режима?
Это работа источника питания при:
а) холостом ходе;
б) рабочей нагрузке;
в) коротком замыкании.
Главный параметр – номинальный ток, находится в пределах 50 – 5000 а.
Напряжение холостого хода (Uхх) – оно определяет условия зажигания дуги и повторного возбуждения дуги и измеряется на клеммах источник5а пр отсутствии нагрузки силовой цепи. Uхх = 30 – 90в.
Условное рабочее напряжение – определяется напряжением на зажимах источника под нагрузкой:
а) для источников питания до 600 а:
U р в = 20 + 0,04 Iсв .
б) для более мощных:
U р в ≥ 44в.
Продолжительность работы (ПР):
ПР = tр/tцикла · 100, tцикла – продолжительность цикла
tр – рабочий период.
ПР = 60-65% - для однопостовых; tцикла ≈ 5-10 мин.
ПР = 100% - для многопостовых.
КПД – характеризует потери энергии в самом источнике:
где: Nc - мощность, потребляемая из сети.
Nд – мощность дуги;
Оборудование для механизированной сварки под флюсом.В судостроении применяются установки с автоматами переносного типа – сварочными тракторами. Помимо сварочного трактора , в состав установки входят шкаф управления и, обычно, источник питания сварочной дуги. Для примера, приведём некоторые ТТД автоматов для сварки под слоем флюса.
Автомат АДС-1000-2 (автомат дуговой сварочный, ток до 1000 а, тип 2) – универсальный, предназначенный для сварки стыковых и угловых швов (Рис.6.3.) Практика показывает, что этот автомат обеспечивает стабильные качества соединений при сварке стыковых швов, а угловых только в положении «в лодочку». При сварке наклонным электродом трудно получить угловые швы удовлетворительного качества. Автомат пригоден только для сварки прямолинейных швов, либо кольцевых швов большого диаметра (свыше 5 м.).
Автомат ТС-17- МУ (Рис.6.4.) – универсальный, пригоден для сварки стыковых и угловых швов (как в положении «в лодочку», так и наклонным электродом». Каретка этого автомата значительно легче и комплектнее, чем у автомата АДС-100-2. Это позволяет применять его даже для сварки внутренних кольцевых швов барабанов диаметром более 1,5 м.
Автомат АДФ-500 – малогабаритный ( вес 250 Н), универсального типа, для сварки стыковых и угловых швов электродной проволокой диаметром до 2 мм на постоянном токе. Трактор может перемещаться либо непосредственно по изделию, либо по направляющей линейке.
Автомат АСУ-2 – специализированный для сварки угловых швов (Рис.6.5.) наклонным электродом ( наклон до 40 о ), при высоте стенки от 40 мм и выше; (катет 3-8 мм). Диаметр электродной проволоки – 1,6 – 2 мм. Трактор имеет два электродвигателя (для перемещения каретки и для подачи проволоки), конструктивно связанных в одну общую трёхколёсную каретку с барабаном для проволоки, бункером с флюсом и пультом управления. Автомат применяют для приварки набора к полотнищам в секциях бортов, днища, палуб, переборок и т. п. Есть и его модификации – АСУ-5 и АСУ-6.
Современное и высокопроизводительное оборудование для сварки в судостроении.Целесообразность широкого применения механизированных и автоматизированных способов сварки в судостроении достаточно актуально и, в первую очередь потому, что переход производства судов по международным стандарты ИСО 9000, требует значительного повышения качества продукции при снижении её стоимости и повышения конкурентоспособности на мировом рынке.
Автоматическая сварка под слоем флюса имеет несколько разновидностей [4,9] из которых выбирают наиболее целесообразный вариант для конкретных условий.
Односторонняя сварка «на весу» (Рис.6.6, а) осуществляется без всяких подкладок с нижней стороны шва; шов формируется в свободном состоянии. Достаточное проплавление и правильное формирование шва достигаются при условии, что зазор не превышает 0,5 мм. Сварку применяют для листов любой толщины, если не требуется сквозного провара сечения, т.е. для неответственных конструкций.
Односторонняя сварка на флюсовой подушке (Рис.6.7, б) обеспечивает полный провар стыкуемых кромок при удовлетворительном формировании шва с обратной стороны. Флюсовой подушкой называется слой флюса, находящийся под кромками шва, поджатый к ним снизу и препятствующий протеканию жидкого металла. Флюсовую подушку встраивают в жёлоб сборочного стенда. Этот способ сварки требует меньшей точности сборки, и применим для толщин 2-10 мм. При этом, как показала практика, современные конструкции стендов с флюсовой подушкой не обеспечивают правильного формирования шва с обратной стороны на всём протяжении; из-за необходимости частичной подварки обратной стороны шва (обычно на длине до 15-20% от общей протяжённости) на большинстве судостроительных заводов одностороннюю сварку на флюсовой подушке не стали применять.
Однако достаточно широко эту разновидность сварки начали применять
в 70-80-е годы прошлого столетия в несколько ином варианте. Оказалось целесообразным вести сварку на флюсовой подушке при выполнении первого прохода в тех случаях, когда листы толстого металла собраны без подготовки кромок с повышенными (до 2 – 6 мм ) зазорами. При таком способе сварки не требуется предварительной обработки кромок, объём подгонки и подрубочных работ в процессе сборки листов резко уменьшается. Благодаря повышенному зазору неровности кромок не препятствуют сборке. Сварку первого прохода на флюсовой подушке по повышенным зазорам применяют при толщинах листов от 7 до 30 мм.
Односторонняя сварка на медной подкладке (Рис. 6.6, в) разработан в Японии и применяется для выполнения монтажных швов в тех случаях, когда формирующую медную подкладку можно установить и поджать с обратной стороны.
Подкладка, обладая большой теплопроводностью, не приваривается к стыкуемым листам и обеспечивает правильное формирование шва с обратной стороны.
Односторонняя сварка на медно-флюсовой подкладке автоматами с обратным формированием шва.Разработанный в Японии метод, в СССР получил в 80-е годы прошлого века дальнейшее усовершенствование. В ЦНИИ ТС был разработан и внедрён автомат типа «Мир» с тремя сварочными головками (дугами), который помещался на портал. Этот портал перемещался в направлении перпендикулярном свариваемым стыковым соединениям, а сварочные головки с бункером для флюса перемещались по порталу, осуществляя сварку стыковых соединений плоского полотнища палубной, бортовой и других секций на первой позиции механизированной поточной линии (МПЛ). Обратная сторона сварного шва формировалась на медной подкладке, в канавке которой размещался тонкий ( толщиной 5-7 мм) слой мелкого порошкообразного флюса. Медная подкладка при этом охлаждалась проточной водой. На таком стенде размещалось 4-5 медных подкладок из отдельных секций длиной 800-1000 мм каждая. По мере сварки одного стыка, портал перемещался для сварки последующего. В зависимости от толщины свариваемых листов включались в работу от одной до трёх сварочных головок (дуг) одновременно в общую сварочную ванну. Такой агрегат позволял сваривать за один проход листы толщиной до 32 мм с обратным формированием шва при достаточно высоком его качестве. Эффективность работы такого агрегата достигалась при большом объёме сварки на предприятии.
Внешняя характеристика источника питания
Внешней характеристикой источника питания называется зависимость напряжения на зажимах источника от силы тока нагрузки при постоянном значении напряжения питающей сети в установившемся режиме. В зависимости от конструкции источников питания внешние характеристики могут быть (рис. 1.5) крутопадающими 1, пологопадающими 2, жесткими 3 и возрастающими 4.
Рис. 1.5. Внешние характеристики источников питания:
1 — крутопадающая; 2 — пологопадающая; 3 — жесткая; 4 — возрастающая
По виду статических внешних характеристик источники тока можно подразделить на источники с падающими (ПВХ) «крутыми» и «пологими», или жесткими (ЖВХ) внешними характеристиками. Источники с внешними характеристиками двух видов называются универсальными.
Некоторые характеристики качества сварного шва прямо или косвенно зависят от свойств источника сварочного тока:
- • количественные характеристики — глубина проплавления, ширина шва, выпуклость;
- • качественные характеристики — подрезы, включения, чешуйча-
При низкой надежности зажигания дуги и неустойчивом процессе дуга горит с частыми и длительными перерывами, в результате образуется неровный шов с непроварами, перетяжками и включениями окислов и шлака. При устойчивом, но нестабильном процессе дефекты формы не столь значительны, но все же заметны. Они обнаруживаются при отклонении тока и напряжения длительностью более 1 с.
Чтобы дуга была устойчивой, ее статическая характеристика должна соответствовать внешней статической характеристике источника тока. Для этого необходимо, чтобы вольт-амперные характеристики дуги и соответствующие характеристики источника питания пересекались в одной точке (рис. 1.6), т.е. когда иа=иист. Из приведенного графика видно, что при изменении длины дуги у источника сварочного тока с крутопадающей характеристикой происходит незначительное изменение сварочного тока, а у источника с пологопадающей характеристикой даже незначительное изменение длины дуги вызывает значительное изменение сварочного тока.
Рис. 1.6. Внешние характеристики источников питания и статическая вольт-амперная характеристика дуги
Требования к виду внешних характеристик определяются такими показателями сварочного процесса, как тип электрода (плавящийся, неплавящийся); характер среды, в которой происходит сварка (открытая дуга, дуга под флюсом, в защитных газах); степень механизации (ручная, механизированная, автоматическая сварка); способ регулирования режима горения дуги (саморегулирование, автоматическое регулирование напряжения дуги).
Источники питания для сварки выбирают по их внешней характеристике. Источник питания для ручной сварки должен быть с крутопадающей внешней характеристикой, так как в этом случае достигается устойчивое горение дуги при различной ее длине, что очень важно при ручном перемещении электрода. При полуавтоматической сварке плавящимся электродом в защитном газе источник питания должен иметь жесткую или пологопадающую внешнюю характеристику. Источник питания с возрастающей характеристикой применяют в основном для автоматической сварки и наплавки под флюсом.
Для ручной дуговой сварки покрытыми штучными электродами, аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом, сварки под слоем флюса на автоматах с регулированием скорости подачи электродной проволоки в зависимости от напряжения дуги используются источники с ПВХ.
При дуговой сварке в зависимости от вида сварочных работ, качества и размеров электродов выбирают различную силу тока дуги, поэтому в источниках питания предусмотрены регулировки, позволяющие получать различные режимы работы.
Энергетические параметры режима сварки — сила тока /св и напряжение дуги 1/я обычно настраиваются перед началом сварки с помощью регуляторов, имеющихся в составе источника. Для увеличения силы тока нужно увеличить напряжение холостого хода или снизить сопротивление источника (рис. 1.7).
Рис. 1.7. Регулировка сварочного тока изменением напряжения (а) и изменением внутреннего сопротивления (б)
При ПВХ источник питания работает в режиме регулятора сварочного тока. Сварочный ток может регулироваться в заданном диапазоне плавно или ступенчато. По технологическим условиям часто используют плавно-ступенчатое регулирование, когда две или более ступени регулирования сочетаются с плавным регулированием внутри каждой ступени. Регулирование сварочного тока при ПВХ выполняется при приблизительном постоянстве напряжения холостого хода. Каждому виду сварки соответствует определенная крутизна наклона ПВХ.
Большинство серийных источников обеспечивают плавное регулирование, но иногда регулятор позволяет изменять напряжение холостого хода или сопротивление источника только дискретно. Например, число витков при витковом регулировании может быть только целым. В данном случае регулирование получается ступенчатым, при этом разрыв между смежными значениями токов не должен превышать 7,5% большего из них. Для увеличения кратности регулирования плавное регулирование иногда дополняют ступенчатым на 2—3 ступени, при этом диапазоны регулирования ступеней должны перекрываться (рис. 1.8).
Рис. 1.8. Двухступенчатое плавное регулирование сварочного тока
Для соединения деталей малой толщины при сварке покрытыми электродами и сварке в защитном газе неплавящимся электродом применяется импульсно-дуговая сварка. За время импульса на изделии образуется круглая ванночка небольших размеров, металл которой в течение паузы Гп успевает частично закристаллизоваться. Параметры импульса, ток /и и время /и подбираются так, чтобы обеспечить полное проплавление без прожога изделия, а параметры паузы 1„ — чтобы гарантировать получение непрерывного шва (рис. 1.9, а).
Для импульсно-дуговой сварки применяются источники питания, у которых сварочный ток не зависит от длины дуги (рис. 1.9, б). Они имеют ступенчатое регулирование сварочного тока, которое достигается изменением внутреннего сопротивления источника.
Рис. 1.9. Импульсно-дуговая сварка: а — изменение сварочного тока во времени; б — зависимость напряжения на дуге от величины сварочного тока
При полуавтоматической сварке в защитном газе аппаратами с постоянной скоростью подачи проволоки, работающими по принципу саморегулирования, источник должен иметь пологопадающую характеристику. Саморегулирование — это способность энергетической системы без специального регулятора восстанавливать дуговой промежуток вследствие изменения скорости плавления электрода, поддерживать устойчивое горение дуги. В этом случае источник питания работает как регулятор рабочего напряжения, которое регулируется в заданных пределах при условии заданной величины силы сварочного тока. Регулирование напряжения при ЖВХ может быть плавным, ступенчатым и смешанным. Величина сварочного тока определяется скоростью подачи электродной проволоки, а источник питания задает напряжение дуге и обеспечивает саморегулирование длины дуги.
Саморегулирование заключается в том, что при увеличении длины дуги увеличивается напряжение 1/а. Из рисунка 1.10 видно, что даже
Рис. 1.10. Саморегулирование длины дуги при постоянной скорости подачи проволоки незначительное увеличение напряжения дуги вызывает значительное уменьшение сварочного тока и, как следствие, уменьшение скорости плавления электрода. Длина дуги при этом сокращается. Уменьшение длины дуги вызывает уменьшение напряжения дуги и соответственно увеличение сварочного тока и скорости плавления электрода.
Регулирование сварочного тока в саморегулирующихся системах производится изменением напряжения источника питания, а производительности сварки — изменением скорости подачи проволоки.
Читайте также: