10.1. Характеристики источников питания дуги и требования к ним

Для осуществления устойчивого дугового разряда между элект­родом и свариваемым изделием к ним необходимо подвести напря­жение от специального источника питания электрическим током. Такой источник должен обеспечивать легкое и надежное возбужде­ние дуги, устойчивое горение ее в установившемся режиме сварки, регулирование мощности (силы тока). Одной из характеристик источников тока является внешняя вольтамперная характеристика, представляющая зависимость напряжения на выходных зажимах источника от силы тока нагрузки, выражаемая графически. Внеш­ние вольтамлерные характеристики источников питания сварочной дуги могут быть (рис. I0.1) падающими (напряжение уменьшается с увеличением сварочного тока), жесткими — уменьшения напря­жения с увеличением силы тока нс происходит, возрастающими — при увеличении силы тока напряжение возрастает. Наиболее часто используют источники с характеристиками первого типа. Между статической вольтамперной характеристикой дути и внешней ха­рактеристикой источника питания должно быть определенное со­ответствие. При стабильном горении дуги требуется выполнение условия

/д /и, 'Uli — Uw-

При совмещении волътамперных характеристик источника 2 и дути / (рис. 10.2) такое условие может выполняться в двух точках: А и Я Однако устойчивый процесс существования дути будет лишь в точке А В этой точке при уменьшении сварочного тока напряже­ние источника оказывается большим необходимого для горения дути по статической характеристике сс, что приведет к возрастанию силы тока и процесс вернется в точку А. Увеличение силы тока в точке Атребует возрастания напряжения, необходимого для горения дути, согласно статической характеристике. Однако напряжение источника, согласно внешней характеристике, будет меньшим, что, в свою очередь, вызовет снижение силы тока. Поэтому сила тока уменьшится и режим горения дуги вновь восстановится в точке А.

и

При рассмотрении процесса в точке В картина иная. При уменьшении силы тока здесь для поддержания дугового разряда, согласно статической характеристике дуги, требует ся более высокое напряжение. Его значение становится больше, чем может дать источник при этом же токе, и дуга погаснет. Если в точке В сила тока увеличится, то напряжение дути станет меньше напряжения источника. Избыток напряжения вызовет дальнейшее возрастание силы сварочного тока вплоть до значения, соответствующе го силе тока в точке А. В результате процесс достигнет положения устой­чивого горения в точке А.

Выбор источника питания по типу' внешней характеристики производят в зависимости от способа сварки и конкретных условий ведения процесса. При рунной сварке применяют источники с крутопадающей внешней характеристикой. При этом частые изме­нения длины дути сопровождаются незначительными изменениями сварочного тока и теплового режима сварки, что нс отражается на размерах сварочной ванны и геометрических параметрах шва. Ис­точники питания с пологопадающей внешней характеристикой применяют дня автоматической сварки под слоем флюса и в среде защитных газов проволокой диаметром 1,6—2,0 мм. При этом поддержание постоянетва параметров сварочного режима достига­ется за счет саморегулирования дуги. Оно заключается в изменении скорости плавления электродной проволоки при колебаниях длины дуги. Для этих условий необходимо, чтобы при небольших откло­нениях длины дути (а следовательно, и напряжения) изменения силы тока были значительными. Это лучше обеспечивается при
пологопадающей внешней ха­рактеристике источника. Свар­ка в защитных газах тонкой электродной проволокой на больших плотностях силы тока, когда статическая характери­стика дуги имеет возрастающий характер, производится от ис­точников тока, имеющих жес­ткую или слегка возрастающую характеристику. В этом случае процесс саморегулирования протекает более интенсивно, повышается устойчивость горе­ния дуги, облегчается се зажи­гание, уменьшается разбрызги­вание.

С технологических позиций источник питания дури должен легко настраиваться на нужный режим сварки Для этой цели в них необходимы регулирующие устройства, позволяющие получать семейства однотипных внеш­них характеристик, различающихся значениями своих парамет­ров (рис. 10.3).

Важны и динамические свойства источников питания дуги. Сила тока и напряжение в дуге в процессе сварки беспрерывно меняются. Это связано с переходом капель электродного металла и наличием коротких замыканий. В эти моменты напряжение дуги падает до нуля, а сварочный ток возрастает. При возобновлении дугового разряда напряжение дуги вновь начинает возрастать от нуля до напряжения зажигания. При этом источник питания дуги должен изменять напряжение от нуля до напряжения холостого хода. Источник должен быстро реагировать на все изменения, проходя­щие в дуге. При этом сила тока и напряжение источника принимают свои установившиеся значения не мгновенно, а в течение некото­рого времени в зависимости от его магнитной инерционности. Способность источника быстро реагировать на изменения, проис­ходящие в дуге, определяет его динамические свойства. Чем быстрее источник питания дуги восстанавливает напряжение, тем лучше его динамические свойства. При этом обеспечиваются спокойный пе­ренос металла с электрода в сварочную ванну, уменьшение разбрыз­гивания и улучшение качества сварки. Динамической характери­стикой источника питания является время, необходимое для вос­становления напряжения от нулевого значения в момент короткого замыкания, которое не должно быть более 0,05 м до рабочего
напряжения. При этом и скорость нарастания силы тока короткого замыкания также должна быть оптимальной. При больших скоро­стях нарастания силы тока наблюдается взрывной характер плавле­ния электрода с сильным разбрызгиванием металла, при малых скоростях — затрудненное образование ионизованного промежут­ки и затрудненное возбуждение дуги. Источники питания дуги по современным стандартам характеризуются рядом параметров, по­лучаемых при работе на установившихся режимах. К установив­шимся режимам относят работу источников при холостом ходе, рабочей нагрузке и коротком замыкании.

Номинальная сила тока определяет расчетное значение свароч­ного тока источника. Номинальные силы тока источников питания дуги соответствуют параметрическому ряду, обычно установленно­му для источников электрического тока. Номинальные силы тока большинства выпускаемых источников питания находятся в преде­лах 50—1000 А.

Пределы регулирования сварочного тока указывают минималь­ные и максимальные значения тока, которые могут быть использо­ваны при сварке. В большинстве случаев за максимальную силу тока принимают номинальную силу-тока. Отношение максималь­ной силы тока к минимальной показывает кратность регулирования. Обычно она изменяется от трех и выше.

Напряжение холостого хода в значительной мерс определяет условия зажигания и повторного возбуждения дуги и регулируется на зажимах источника при отсутствии нагрузки в сварочной цепи.

Номинальное рабочее напряжение характеризует напряжение на зажимах источника под нагрузкой и условно определяется линейной функцией от сварочного тока. Для источников с номинальным значением сварочного тока до 600 А оно определяется по формуле V— 20 + 0,04 /СЕ, где /сн — сила тока. Для более мощных источников условное рабочее напряжение принимают равным 44 В и выше. Продолжительность работы источника при заданной мощности определяет возможность его перегрева.

Источники сварочного тока могут работать в одном из следую­щих режимов: перемежающемся, повторно-кратковременном и продолжительном.

В перемежающемся режиме работа под нагрузкой в течение времени tH чередуется с холостым ходом в течение времени когда источник силы тока не отключается от сети. Такой режим характеризуется относительной продолжительностью нагрузки, оп­ределяемой по формуле ПН = ——— 100%. Такой режим работы

^кх

характерен для источников при ручной дуговой сварке, а также для автоматической и механизированной сварки на постоянном токе. Для ручной сварки в большинстве случаев источники имеют номи­нальную ПН, равную 20,35 и 60%.

В повторно-кратковременном режиме работа под нагрузкой чередуется с временем пауз, когда источник полно­стью отключается от сети на время /[Т. Такой режим характеризуется

относительной продолжительностью включения П В —

где /п — время паузы. Такой режим характерен для автоматической и механизированной сварки на переменном токе и источники имеют ПВ, равную 60% и более.

В данном случае /н + /хх и 4 + /п представляют собой расчетно­проверочный цикл /д, который принимают равным 5 или 10 мин. При этом расчетный ток выбирают при номинальном значении ПН или ПВ.

Если истожшик питания используется при ПН или ПВ, которые отличаются от указанных в паспорте, максимально допустимый сварочный ток определяется по формуле.

4

Пример 1. Дан преобразователь, у которого /ном = 500А при ПНном — 65%, проверочный цикл 10 мин. Подсчитать максимально допустимый сварочный ток, если генератор работает непрерывно более 10 мин, т. е. ПНраб — 100%:

^доп = 500 -§ » 500.^ = 400А.

Вывод: источник может использоваться для непрерывной работы при силе тока не более 400А.

Пример 2. Дан сварочный трансформатор, у которого /ном — 1000А при ПНном” = 75%. Определите допустимый ПН, если трансформатор используется при силе тока 1200А:

1200 = 1000 ПН=^ « 52%.

Вывод: трансформатор можно применять для сварки при силе тока 1200А, но при ПН менее 52%.

Все сварочные источники в промышленности классифициру­ются по ряду признаков: переменного тока — сварочные трансфор­маторы, генераторы повышенной частоты; постоянного тока — генераторы, выпрямители. Далее разделение производят по конст­руктивным особенностям, ввду внешних характеристик, по коли­честву подключаемых одновременно постов сварки и др. Требования к источникам и их характеристики определяются соот­ветствующими ГОСТами.