4 Установки електричного зварювання

Під електричним зварюванням розуміється процес отримання нероз'ємних з'єднань металевих деталей, при якому нагрівання їх до плавлення або пластичного стану відбувається за рахунок електричної енергії.

Установки електричного зварювання поділяються:

• за способом перетворення електричної енергії – на дугові, контактні (опором), електрошлакові, високочастотні, електронно-променеві, плазмові, лазерні;

• за характером середовища - на відкриті, закриті, захищені;

• за родом струму – на змінного та постійного струму;

• за рівнем автоматизації – на ручного, напівавтоматичного та автоматичного керування.

4.1 Установки дугового зварювання

а)

Рис. 46. Характеристики джерел живлення (а), дуги (б) та робочої точки установки (в)

В

б)

в)

а)

установках дугового зварювання отримання з'єднань деталей відбувається за рахунок теплової дії електричної дуги. Джерело живлення зварювальної дуги повинно забезпечувати надійне запалювання дуги, її стійке горіння та регулювання струму. Для стійкого запалювання дуги напруга неробочого ходу джерела повинна перевищувати напругу запалювання дуги. Види зовнішніх характеристик джерел живлення зварювальної дуги зображені на рис. 46, а, характеристики дуги мають вигляд, зображений на рис. 46, б.

Для отримання робочої точки дугового зварювання необхідно накласти характеристику дуги на характеристику джерела живлення. В випадку характеристики джерела, яка різко спадає, що характерно для більшості джерел живлення дугового зварювання, отримаємо картину, зображену на рис. 46, в.

У статичному стані баланс напруг в зварювальному колі має вигляд

,

де – напруга неробочого ходу джерела живлення, В;

– струм зварювального кола, А;

– опір зварювального кола, Ом;

– напруга дуги, В.

Зі зміною струму зварювального кола баланс змінюється і має вигляд

де – індуктивність контуру зварювального кола, Гн;

– зміна миттєвого значення зварювального струму, А/с.

Розглядаючи вплив та знак е.р.с. самоіндукції контуру можна зробити висновок, що точка А (рис. 46, в) буде точкою стійкої, а точка В – нестійкої роботи горіння дуги.

а)

б)

в)

Рис. 47. Регулювання струму дуги джерела з характеристикою,

яка різко спадає, зміною повного опору кола дуги (а), довжини дуги (б), напругою неробочого ходу джерела (в)

В процесі зварювальних робіт необхідно регулювати зварювальний струм (різна товщина зварю­вальних електродів), що для джерел зі спа­дною вольт-амперною характеристикою можна забезпечити зміною повного опору кола дуги, зміною довжини дуги та зміною струму холостого ходу джерела живлення (рис. 47).

Для дугового зварювання використовуються джерела постійного та змінного ,струму. Як джерела постійного струму застосовуються спеціальні зварювальні генератори або зварювальні випрямлячі, джерелами змінного струму є спеціальні зварювальні трансформатори.

За призначенням джерела зварювального струму поділяються на однопостові та багатопостові. Перші мають невелику потужність, розраховану на живлення одного зварювального поста, другі – значно більшої потужності, які забезпечують одночасну роботу декількох постів. Багатопостові джерела постійного струму мають жорстку характеристику, коли підключення чергового поста не впливає на робочу напругу джерела. Зважаючи на неоднаковість режимів роботи окремих постів їх підключення до джерела здійснюється через баластний реостат, на якому гаситься надлишок напруги. За допомогою баластного реостату забезпечується незалежне стійке горіння дуги кожного поста.

Рис. 48. Принципова схема установки багатопостового зварювання з генератором постійного струму

ШО – шунтова обмотка; КО – компаундна обмотка; ДП – обмотка

додаткових полюсів; РН – регулятор напруги; РБ – баластний реостат

Принципова схема генератора постійного струму багатопостового зварювання зображена на рис. 48.

Як привідний двигун використовується асинхронний короткозамкнений двигун або двигун внутрішнього згорання.

Однопостові зварювальні генератори мають характеристику, яка різко спадає, та мають здатність швидко відновлювати напругу після коротких замикань у зварювальному колі. Знайшли широке розповсюдження як однопостові джерела генератори з розмагнічувальною обмоткою, електрична схема, а також шляхи регулювання зовнішньої характеристики яких зображені на рис. 49. При неробочому ході та , при навантаженні напруга дуги . Магнітний потік розмагнічувальної обмотки з підвищенням навантаження збільшується, а сумарний потік генератора зменшується, що і забезпечує падаючу зовнішню характеристику.

а)

б)

в)

ωр max

Wр min

ωр max

ωр miввввввввввввввввввввввввввввв а а аn

Wр max

Рис. 49. Принципова схема однопостового зварювального

генератора (а) та регулювання його зовнішніх характеристик зміною струму збудження (б), числа витків розмагнічувальної обмотки (в)

Однопостові випрямляючі пристрої для зварювання складаються зі знижувального трансформатора та випрямляючого блоку, для створення сімейства спадних зовнішніх характеристик трансформатор виконаний зі збільшеним магнітним розсіюванням. Універсальний зварювальний випрямляч складається зі знижувального трансформатора, дроселя насичення з обмотками зворотнього зв'язку випрямляючого блоку і дозволяє отримувати як жорсткі, так і спадні зовнішні характеристики.

Багатопостові зварювальні випрямлячі складаються зі знижувального трифазного трансформатора, випрямляючого блоку з вентилятором, пускорегулюючої та захисної апаратури; зварювальний випрямляч має жорстку зовнішню характеристику.

При відсутності особливих вимог до якості зварного з'єднання використовуються джерела змінного струму, які простіші та надійніші в роботі, мають менші витрати електроенергії на одиницю зварюваної продукції та значно дешевші за джерела постійного струму.

Як джерела живлення змінного струму використовуються спеціальні зварювальні трансформатори, різко спадна характеристика яких може бути забезпечена:

• 

  Рис. 50. Схема зварювального

  трансформатора із вмонтованим

  дроселем

  1 – первинна обмотка; 2 – вторинна обмотка; 2_Д – обмотка дроселя;

  –повітряний проміжок

  використанням звичайного трансформатора та додаткової реактивної котушки (дроселя), ввімкненої послідовно зі вторинною обмоткою;

• використанням трансформатора з підвищеним магнітним розсіюванням.

Схема трансформатора з вмонтованим дроселем зображена на рис. 50; при звичайному трансформаторі дросель з повітряним проміжком може виконуватись також у вигляді окремої одиниці. Регулювання зварювального струму трансформатора здійснюється зміною повітряного проміжку якоря магнітопроводу дроселя. Зі збільшенням повітряного проміжку магнітний потік та індуктивний опір зменшуються, в разі чого збільшується зварювальний струм.

У трансформаторах з підвищеним магнітним розсіюванням первинна та вторинна обмотки рознесені за висотою магнітопроводу. При протіканні струмів через обмотки з'являються потоки розсіювання, які замикаються через повітря і наводять у трансформаторі реактивну е.р.с, яка визначає його індуктивний опір. Регулювання цього опору відбувається зміною магнітного опору на шляху потоків розсіювання, що досягається розсуванням первинної і вторинної обмоток за висотою, встановленням у вікні магнітопроводу між обмотками рухомого або нерухомого шунта.

Рис. 51. Схема зварювального

трансформатора з осцилятором

Для підвищення стійкості горіння дуги застосовуються осцилятори, які перетворюють струм промислової частоти низької напруги на струм високої частоти (150-500 кГц) та високої напруги (2-6 кВ) з накладанням на зварювальне коло. Принципова схема підключення осцилятора до зварювального трансформатора зображена на рис. 51. Потужність, яка споживається осцилятором, складає 150-200 Вт.

Аналогічну осциляторам мету виконують імпульсні збудники дуги, які забезпечують подачу синхронізованих імпульсів підвищеної напруги на зварювальну дугу в момент зміни полярності, завдяки чому значно полегшується повторне запалювання дуги.

Контрольні питання до підрозділу 4.1

1. Які існують вольт амперні характеристики джерел зварювання і електричної дуги ?

2. Як визначається точка стійкої роботи горіння зварювальної дуги ?

3. Які способи регулювання струму дуги ?

4. Що собою являють генератори постійного струму для дугового зварювання ?

5. Які джерела змінного струму дугового зварювання ?

6. Що собою являє осцилятор, його схема ?