Известно, что большая часть энергии дуги затрачивается на плавление основного и электродного металла. Для питания сва­рочной дуги используются специализированные источники, имею­щие определенные электрические характеристики, от которых в значительной степени зависит качество сварного соединения.

В системе источник питания — сварочная цепь — дуга — сва­рочная ванна в процессе сварки появляются возмущения, которые нарушают равновесие системы. К ним можно отнести изменение длины дуги, короткие замыкания духового промежутка, изме­нение напряжения питающей сети, изменение скорости подачи электрода и т. д. Под действием этих возмущений меняется про­водимость дугового промежутка и в дуге возникают переходные процессы, вследствие которых изменяются ее напряжение и сва­рочный ток. Характер и скорость протекания переходных процес­сов, а также способность системы источник питания — дуга вос­станавливать состояние устойчивого равновесия определяют статические и динамические свойства источника питания. Кроме того, основные параметры источников питания должны удовлет­ворять требованиям технологического процесса.

Выбор источника питания для реализации технологического процесса осуществляется по его техническим и эксплуатационным характеристикам, к которым можно отнести:

• напряжение холостого хода £/х. х, которое должно быть доста­точным для легкого зажигания дуги во всем диапазоне свароч - ! ' ного тока, начиная от 40-50 А и устойчивого сс поддержания на всех режимах работы. Чем выше Ux. x, тем легче происходит зажигание дуги. Как правило, (7Х. Х находится в пределах 40- 90 В;

•і? номинальную силу сварочного тока /с„.„, которому соответст - .. вуст поминальное рабочее напряжение илл,, характерное для,, данного источника питания. Каждому текущему значению сва­рочного тока /св соответствует определенное значение рабочего ’/.напряжения UA. Так, для процесса сварки покрытым электро - дом (/д и Iсв связаны зависимостью, которую называют регули - •" ровочной характеристикой источника питания UA = 20 + + 0,04

® диапазон регулирования сварочного тока и рабочего напря­жения;

• продолжительность работы в сварочном цикле (5 мин).

Наиболее значимой характеристикой источника пи тания явля­ется зависимость между напряжением па выходных клеммах источника и силой тока нагрузки, которая называется внешней, или ВАХ источника питания и соответствует вполне определен­ному положению его регулирующего устройства. Ее параметры определяют устойчивость работы системы источник питания — дуга. Внешние ВЛХ источника питания, как и характеристики дуги, могут быть падающими (Г1ВАХ), нологопадающими (ГШВАХ), жесткими (ЖВАХ) и возрастающими (рис. 3.3). Вы­бор источника питания дуги по типу характеристики осуществля­ется в зависимости от способа сварки. В зависимости от способа формирования внешние характеристики могут быть естествен­ными (за счет внутреннего сопротивления элементов трансфор­матора) или искусственными, получаемыми с помощью электрон­ных методов управления. Внешняя характеристика выбирается из условия, что устойчивое горение дуги будет обеспечиваться в течение длительного времени при заданных значениях напря­жения и тока.

Источники питания с ИВАХ применяют при ручной дуговой сварке покрытым электродом, аргонодуговой сварке пеплавящим - ся электродом и механизированной сварке под флюсом на авто­матах с регулируемой скоростью подачи электродной проволоки. В условиях ручной сварки покрытым электродом возможны рез­кие изменения длины дуги. Поэ - , тому дуга должна иметь достаточ­ный запас устойчивости (эластич­ности), которая тем больше, чем меньше отклонение тока от задан­ного значения при колебаниях длины дуги. Максимальная элас­тичность дуги реализуется в ис - о

точниках питания С ГІВАХ. Такие Рис. 3 :1 Внешние характеристики источ­ников питания дуги: / - падающая

ИСТОЧНИКИ питания ПОЗВОЛЯЮТ (1геАХ); 2 - иологотдаинцаи (ППВАХ);

сварщику УДЛИНЯТЬ дугу, не она - 3 - жесткая (ЖВАХ); / возрастающая

саясь ее обрыва, или уменьшать дущвой пром§щш|; чрезмер­ного увеличения тока.

Источники литания с ЖВАХ и ППВАХ предназначены для сварки плавящимся электродом в защитных газах и самозащит - ными порошковыми проволоками, а также для механизированной сварки под флюсом с постоянной, не зависящей от напряжения, скоростью подачи электродной проволоки. При механизирован­ной сварке плавящимся электродом последний подастся в зону сварки со скоростью, равной скорости его плавления. При слу­чайном уменьшении дугового промежутка ток увеличивается. Пос­кольку скорость плавления электрода пропорциональна току дуги, то проволока начинает плавиться быстрее. В итоге дуговой промежуток постепенно удлиняется и приобретает первоначаль­ную длину. Такой же процесс произойдет при случайном удли­нении дуги. Описанное явление, называемое саморегулированием дуги, происходит тем интенсивнее, чем жестче ВАХ и чем больше скорость подачи электрода.

Процесс образования сварного соединения состоит из не­скольких этапов, каждый из которых предусматривает выпол­нение одновременно или в заданной последовательности ряда опе­раций:

• начало сварки (подвод к электроду и кромкам сварочного на­пряжения, возбуждение электрической дуги и установление ус­тойчивого дугового разряда, нагрев кромок и в некоторых слу­чаях присадочного материала);

• поддержание разряда и перемещение дуги вдоль кромок, в ряде случаев подача в зону дуги присадочного материала со ско­ростью, равной скорости его плавления, защита зоны сварки от соприкосновения с воздухом;

• прекращение сварки и заварка кратера в конце шва.

Форма шва и качество соединения определяются параметрами

режима сварки.

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 с определенной периодичностью замыкают дуговой проме­жуток, изменяя силу тока и длину дуги. Происходит переход от холостого хода к короткому замыканию, а далее к рабочему режиму горению дуги, образованию капли, потом снова к ко­роткому замыканию, которое происходит между каплей и свароч­ной ванной. В этом случае ток возрастает до максимальных зна­чений, 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.

Поскольку смена режима происходит в течение сотых долей секунды, то источник питания должен иметь высокие динами­ческие свойства, позволяющие с достаточной скоростью повышать напряжение при разрыве цени и необходимую скорость нарас­тания тока короткого замыкания. От динамических свойств источника зависит количество брызг при сварке. При малой ско­рости нарастания тока короткого замыкания в сварочную ванну может поступить частично расплавленная проволока, которая относительно медленно разогревается на большом участке длины, а затем разрушается. Если скорость нарастания тока высокая, мостик между ванной и каплей электродного металла быстро пере­горает и разрушается со взрывом. При этом часть электродного металла разбрызгивается, не попадая в сварочную ванну. С увеличением плотности тока уменьшаются размеры капель вплоть до струпного стекания металла в сварочную ванну. Значение силы тока, при котором происходит этот процесс, для определенной проволоки и защитной среды называют критическим током.

В настоящее время для управления процессом переноса металла в большинстве источников питания устанавливают системы, обес­печивающие наложение электрических импульсов, параметры ко­торых (ток, напряжение, мощность) изменяются во времени по определенной программе. Параметры дугового процесса при использовании этой системы выбираются таким образом, что теп­лоты, выделяемой дугой, питаемой от основного источника пи­тания, в промежутке между импульсами было недостаточно для плавления электрода при заданной скорости подачи, вследствие чего длина дугового промежутка сокращается. Во время нало­жения импульса возрастает количество теплоты, выделяемой в дуговом промежу тке, что способствует образованию капли. Уве­личивается также электродинамическая сила, сжимающая перс - шеек капли у проволоки и отбрасывающая каплю в направлении оси электрода. Скорость плавления электрода во время импульса больше, чем скорость его подачи, вследствие чего длина дуги вос­станавливается.

Основным условием стабильного процесса сварки с исполь­зованием импульсного источника питания дуги является равенство скорости подачи и общей скорости плавления электрода за один цикл (импульс + пауза). При применении импульсных источников питания дуговой процесс можно выполнять при меньших плот­ностях тока, чем обычно, что существенно облегчает сварку во всех пространственных положениях, а также сварку конструкций из тонкого металла.

Сварочная дуга переменного тока имеет ряд особенностей. Вследствие того, что мгновенные значения переменного тока пере­ходят через нуль 100 раз в секунду, изменяется полярность па электроде и изделии, что вызывает изменение положения катод­ного пятна, являющегося источником электронов. Кроме того, за каждый период сварочный ток дважды принимает нулевое зна­чение, при котором дуга гаснет. Погасание дуги происходит не­сколько раньше, когда сила сварочного тока уменьшается до 5- 7 А. После кратковременного прекращения горения повторное зажигание дуги может произойти только при повышенном напря­жении, называемом ником зажигания U,. Из-за различных теп­лофизических свойств и условий охлаждения электрода и изделия значения U-л в соседних полупериодах отличаются друг от друга. Повышение напряжения зажигания дуги происходит в те полу - нериоды, когда катодом становится изделие. Время, когда дуга не горит, зависит от амплитудного значения напряжения источ­ника питания, напряжения зажигания дуги и частоты переменного тока. Время восстановления дуги сокращается при повышении напряжения холостого хода, использовании повышенных частот подающегося на источник питания напряжения, а также при снижении напряжения зажигания.

Стабильность горения дуги можно повысить снижением напря­жения ее зажигания, что реализуется с помощью введения в элек­тродное покрытие элементов с низким потенциалом ионизации; повышением частоты подающегося на трансформаторы питающе­го напряжения, однако это связано с определенными техпичес - кими трудностями, а также использованием источников питания переменного тока с прямоугольной формой ВОЛНЫ. >)

Повышает стабильность дугового процесса при сварке на пере­менном токе индуктивность (дроссель или дроссельная обмотка), которая встроена в источник питания дуги. Наличие в сварочной дени дросселя позволяет выполнять сварку па переменном токе, использовав сварочные трансформаторы с напряжением холосто­го хода 45-65 В при условии содержания в покрытии электрода достаточного количества ионизирующих элементов. Дроссель поз­воляет также регулировать сварочный ток за счет изменения его индуктивного сопротивления.

Еще одним способом, обеспечивающим стабилизацию дугового разряда при сварке на переменном токе, является применение различных приставок к стандартным источникам тока, в которых реализована идея подачи дополнительной энергии в дуговой про­межуток, достаточный для надежного повторного зажигания дуги. Путь является достаточно перспективным и не требует существен­ных материальных затрат и изменения технологии сварки.

Напряжение повторного зажигания зависит от ряда факторов, одним из которых является сила тока дуги. С увеличением сва­рочного тока напряжение зажигания дуги снижается. Существен­ное влияние на повторное напряжение зажигания дуги оказывает состав злектродіЮІО покрытия. При сварке открытой дугой на­пряжения зажигания U;, и горения связаны следующей зависимостью:

С,= (1,3+2,5) (Уд

Ш! ч M'V:

Как отмечалось выше, для питания дуги применяют источники питания переменного и постоянного тока. К источникам перемен­ного тока относятся сварочные трансформаторы, к источникам постоянного тока — сварочные выпрямители, сварочные преоб­разователи и сварочные агрегаты. Источники питания бывают однопостовые, питающие один пост, и мпогопостовые, питающие одновременно несколько сварочных постов.

Согласно стандартам для источников питания используют бук­венно-цифровое обозначение, которое содержит краткую инфор­мацию об основных параметрах источника:

- первая буква назначение источника (Т — трансформатор, В выпрямитель, Г — генератор, У — установка, А — аппарат, 17 — преобразователь);

- вторая буква — способ сварки (Л — дуговая, II — плазмен­ная);

- третья буква защитная среда (Г - в защитных газах, Ф - под флюсом, У — универсальный для нескольких способов сварки, для ручной сварки специальная буква не проставляет­ся. В этом случае третья буква (М или Э) означает способ

■ ■ регулирования сварочного тока (механический или электрон­ный);

- четвертая буква — дополнительная информация о назна­чении и характеристиках источника питания (М - многопос­товой, И для импульсно-дуговой сварки);

- две (или одна) цифры указывают значение поминального сва­рочного тока в сотнях ампер;

- последующая буква — климатическое исполнение (У — уме­ренный климат, Т — тропический);

- последняя цифра — категория размещения (/ — на открытом воздухе, 2 в помещениях, где колебания температуры и влажности незначительно отличаются от колебаний па откры­том воздухе, ') в закрытых помещениях, где колебания тсм-

, нературы и влажности существенно меньше, чем па открытом воздухе, 4 в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями, 5 — для помещений с повышенной влажностью).

Каждый источник питания рассчитывается па определенную нагрузку, при которой он работает, не перегреваясь выше до­пустимых норм. Силу тока и напряжение, при которых он работает в данном режиме не перегреваясь, называют номинальными. Эти показатели для источников питания находятся в прямой зави­симости от стойкости к нагреву применяемых в них электро­изоляционных материалов. Температура наиболее нагретых мест изоляции не должна превышать предельно допустимую (120- ISO °С). Температура нагрева зависит нс только от значения тока, но и от длительности сварочного процесса. Процесс сварки чере­дуется с паузами (смена электрода и другие перерывы), при ко - горых источник питания охлаждается. Принятый и странах СНГ сварочный цикл, который характеризует продолжительность ра­боты источников питания, составляет 5 мин.

По характеру изменения нагрузки Р во времени t различают основные режимы работы электрооборудования: продолжитель­ный, кратковременный и повторно-кратковременный. Для свароч­ного процесса наиболее характерным является повторно-кратко­временный режим, при котором за рабочий период температура нагрева изоляции в источниках питания не достигает устойчивого значения, а за период паузы не происходит охлаждения до тем­пературы окружающей среды. Повторно-кратковременный режим принято характеризовать относительной продолжительностью включения (ПВ, %). В режиме ПВ источник питания отключается от сети во время паузы:

ь ПВ (%) = —^—100 = 7*400,

Ср + Ги бі

где tp, t„, tn — время соответственно рабочего периода (сварки), паузы и общее цикла.

Для ряда источников питания (сварка покрытым электродом и др.) используют характеристику, называемую продолжитель­ностью нагрузки (ПН, %) или продолжительностью работы (ПР, %). При работе в таком режиме в период паузы оборудо­вание, как правило, не отключают, и оно работает на холостом ходу

ІШ {%), НР (%) = ■—^—100,

tt + £.х

где tx. x -- время холостого хода. Такой режим работы называется перемежающимся. Потери і? современных сварочных трансфор­маторах, работающих па холостом ходу, незначительны и не со­поставимы с потерями, которыми сопровождается рабочий режим. Поэтому между показателями Г1В и ПН (ПР) нет существенной разницы.