Джерела струму для дугового зварювання

1. Загальні відомості.Для дугового зварювання застосовують як по­стійний, так і змінний струм. Джерелами постійного струму є зварюваль­ні генератори постійного струму і зварювальні випрямлячі - селенові, гер­манієві і силіцієві. Генератори постійного струму виготовляють стаціо­нарними і пересувними з приводом від електродвигуна і від двигуна внут­рішнього згоряння.

При зварюванні змінним струмом використовують переважно зварю­вальні трансформатори, які поширені значно більше, ніж джерела постій­ного струму. Зварювальні трансформатори простіші у виготовленні і в експлуатації, мають невелику масу і меншу вартість, більш високий ККД і значно довговічніші.

Джерела постійного струму для дугового зварювання виготовляють одно- і багатопостовими, а джерела змінного струму - лише однопосто-вими.

2. Основні вимоги щодо джерел зварювального струму.Джерела зва­рювального струму мають забезпечувати легке запалювання і стійке го­ріння дуги, обмежувати струм короткого замикання і бути безпечними в роботі. Оскільки у момент запалювання дуги, коли електрод, зварю­ваний виріб і повітряний проміжок між ними ще не досить нагріті, для іонізації повітряного проміжку потрібна більша кінетична енергія елек­тронів, а отже, і більш висока напруга, ніж при горінні дуги. Напруга, що потрібна для запалювання дуги, яку називають напругою холостого ходу джерела зварювального струму, має бути не нижчою за 30...35 В для дже­рел постійного струму і не меншою ніж 50...55 В для джерел змінного стру­му. З міркувань безпеки вона не повинна перевищувати 80 В. Для дже­рел постійного і змінного струму вона становить близько 60...80 В. Для стійкого горіння відкритої дуги в більшості випадків досить напруги 18...30В.

Під час коротких замикань електрода з виробом, які відбуваються в моменти запалювання дуги і перенесення електродних крапель через ду-

говий проміжок (до 30...40 замикань за секунду) при зварюванні плавким електродом, опір зварювального кола спадає майже до нуля, а зварюваль­ний струм навіть при незначній напрузі дуже зростає. Для обмеження стру­му короткого замикання треба, щоб із збільшенням струму навантаження напруга на затискачах джерела струму знижувалась, тобто, щоб джерела струму мали так звану спадну зовнішню характеристику 1 (рис. V.3, а). Зовнішньою характеристикою називають залежність між напругою на за­тискачах джерела струму і струмом навантаження, виражену графічно. Спадна зовнішня характеристика забезпечує стійкий режим зварювання. Він визначається точкою С перетину спадної зовнішньої характеристики,

Рис. V.3. Зіставлення характеристик джерела зварювального струму і зварю-

вальної дуги та види зовнішніх характеристик джерел зварювального струму

джерела зварювального струму I_зв і жорсткої статичної характеристики 2 дуги. При випадковому збільшенні струму проти значення I_зв напруга джерела струму зменшиться (крива 7), а це зменшить струм до поперед­нього значення I_зв. Із зменшенням струму проти значення I_зв параметри струму і напруги зміняться протилежно. Отже, для живлення дуги з жорст­кою характеристикою треба, щоб джерела струму мали спадну - круту 3 або пологу 4 (рис.У.З, б) зовнішню характеристику. Для живлення дуги із зростальною статичною характеристикою придатнішими є джерела із жорсткою 5 або зростальною 6 зовнішньою характеристикою.

Важливе значення для джерел струму має час відновлення напруги від моменту короткого замикання, коли вона майже дорівнює нулю, до зна­чення 18...20 В, коли відбувається запалювання дуги. Цей час не повинен бути більшим ніж 0,05 с.

3. Зварювальний трансформаторзнижує високу напругу мережі (220 або 380 В) до напруги холостого ходу трансформатора (60...80 В). Крім того, трансформатор створює на дузі спадну зовнішню характеристику. Для цього послідовно з дугою і вторинною обмоткою трансформатора вми­кають так звану дросельну, тобто реактивну обмотку, або використову­ють трансформатори із збільшенням магнітних потоків розсіяння. Під час

проходження зварювального струму у витках дросельної обмотки інду­кується електрорушійна сила (ЕРС) самоіндукції, яка має напрям, проти­лежний напряму основної ЕРС трансформатора. Тому напруга, підведе­на до дуги, знижується від значення холостого ходу до 18...30 В під час горіння дуги і майже до нуля при короткому замиканні.

Застосовують дві схеми вмикання дросельної обмотки з трансформа­торними. У першій схемі (рис. V.4, а) первинна / і вторинна // обмотки знижувального однофазного трансформатора розміщені на залізному осерді 1, а дросельна обмотка ///- на осерді 2 і становлять два окремо виконаних апарати. При другій схемі вмикання (рис. V.4, б) трансформа­торні (/, II) і дросельна (///) обмотки розміщені на спільному залізному осерді і є одним апаратом. Та частина осердя, на якій розміщені обмотки І і II,- це власне трансформатор, а частина, на якій розміщена обмотка III, -дросель. Струм у трансформаторах цих двох типів регулюється змі­ною самоіндукції дроселя при збільшенні або зменшенні повітряного за­зору S між рухомою і нерухомою частинами його осердя. Із збільшенням зазору самоіндукція дроселя, яка залежить від магнітного потоку осердя, зменшується, а напруга на дузі і зварювальний струм збільшуються. Змен­шенням зазору зумовлюється зворотне явище.

Трансформатори з окремою дросельною обмоткою комплектують трансформатором типу СТЕ і дроселем РСТЕ. До трансформаторів в од-нокорпусному виконанні належать трансформатори типу СТН.

У трансформаторах із збільшеним магнітним розсіянням (рис. V.4, в) використано властивість магнітного потоку, що замикається через повіт­ря, індукувати у відповідних обмотках ЕРС самоіндукції, спрямова­ну проти основної ЕРС трансформатора. Первинну / і вторинну //обмот­ки розміщують на різних стрижнях або на одному стрижні на деякій від­стані. Регулюють силу струму, змінюючи відстань між первинною і вто­ринною обмотками. Із збільшенням відстані збільшуються потоки роз­сіяння і зварювальний струм зменшується і навпаки. До цього типу нале­жать такі сучасні трансформатори, як СТШ-250, СТШ-500, ТД-300, ТД-500, ТСП-2.

Рис. V.4. Схеми зварювальних трансформаторів

4. Однопостові зварювальні генератори постійного струмумають спад­ну зовнішню характеристику, яка утворюється безпосередньо в самому генераторі. Це досягається розмагнічуванням основного потоку генера­тора магнітним потоком послідовної обмотки збудження або магнітним потоком якоря (реакцією якоря).

Принципову електричну схему однопостового генератора, що працює за принципом намагнічувальної дії паралельної і розмагнічувальної дії послідовної обмоток збудження, подано на рис. V.5, а. Генератор має обмотку 3, що підімкнена до головної щітки b і допоміжної щітки с, і об­мотку 1, підімкнену до головних щіток а і Ь. Напруга між щітками b і с

Рис. V.5. Схеми зварювальних генераторів постійного струму

при холостому ході та при всіх режимах навантаження залишається ста­лою, тому сталим є і магнітним потік Ф_п, що створюється обмоткою З, яка підмикається до цих щіток (генератор з самозбудженням). Під час холостого ходу ЕРС генератора і напруга на головних щітках a, b і на дузі залежатимуть тільки від магнітного потоку паралельної обмотки. При горінні дуги зварювальний струм проходить через послідовну (серієсну) обмотку 1, увімкнену так, що її магнітний потік Ф_с спрямований проти магнітного потоку Ф_п. Тому ЕРС генератора, яка індукується в обмотці якоря генератора результуючим магнітним потоком, також знизиться, і це зумовить зниження напруги на дузі. При короткому замиканні потік Ф_с майже дорівнюватиме потоку Ф_п, тому результуючий магнітний потік і напруга на головних щітках а,b і на дузі також знизяться майже до нуля.

Зварювальний струм у генераторах цього типу регулюється зміною струму збудження паралельної обмотки за допомогою реостата 2 або змі­ною числа витків паралельної і серієсної обмоток.

5. Багатопостові зварювальні генератори постійного струму(рис. V.5, б) мають послідовну 1 і паралельну 3 обмотки збудження, які створюють магнітні потоки відповідно Ф_с і Ф_п одного напряму, тому зовнішня харак-

теристика у цих генераторах не спадна, а жорстка. Щоб мати спадну ха­рактеристику на дузі, на кожному робочому місці послідовно з дугою вми­кають баластні реостати 4. При замиканні зварювального кола частина напруги генератора втрачається на баластному реостаті за рівнянням

U_p= IR,

де U_p- втрата напруги на реостаті, В; R - опір реостата, Ом. Отже, напруга на дузі

U_Д = U_Г – U_Р,

де U_Г - напруга генератора, В.

При короткому замиканні втрата напруги на баластному реостаті май­же дорівнює напрузі на затискачах генератора і тому напруга на дузі спа­дає майже до нуля. Баластним реостатом регулюють також силу зварю­вального струму, а реостатом 2 змінюють напругу холостого ходу гене­ратора.

До багатопостових належить генератор СГ-1000, від якого живляться шість зварювальних постів. Кожний пост використовує струм до 300 А через баластний реостат РБ-300.

Зварювальні генератори, встановлені на одному валу з двигунами, на­зивають зварювальними перетворювачами. Це однопостові генератори ПСО-300, ПСО-500, багатопостовий ПСМ-1000 та ін.

6. Зварювальні випрямлячіскладають із напівпровідникових елемен­тів - вентилів. Напівпровідниковий вентиль добре проводить струм тіль­ки в одному напрямі. Для зварювальних випрямлячів використовують в основному селенові вентилі на алюмінієвій основі. Тепер розроблені і ви­пускаються германієві і силіцієві випрямлячі, які кращі від селенових за технічними даними.

Випрямні установки складаються з трансформатора і напівпровідни­кового випрямляча. Всі випрямлячі мають високий ККД і невеликі розмі­ри, дають змогу плавно регулювати силу струму і забезпечують стійке горіння дуги. Подібно до зварювальних генераторів вони можуть бути одно- і багатопостовими, мати спадну або жорстку зовнішню характерис­тику.