§ 10. Требования к источникам питания

Важным условием получения сварного шва высокого качества является устойчивость процесса сварки. Для это­го источники питания дуги должны обеспечить возбужде­ние и стабильное горение дуги.

Возбуждение сварочной дуги начинается с короткого за­мыкания сварочной цепи — контакта между электродом и деталью. При этом происходит выделение теплоты и быс­трое разогревание места контакта. Эта начальная стадия тре­бует повышенного напряжения сварочного тока. В даль­нейшем происходит некоторое уменьшение сопротивления дугового промежутка (вследствие эмиссии электронов с ка­тода и появления объемной ионизации газов в дуге), что вызывает снижение напряжения до предела, необходимо­го для поддержания устойчивого горения дуги.

В процессе сварки при переходе капель электродного ме­талла в сварочную ванну происходят очень частые короткие замыкания сварочной цепи. Вместе с этим изменяется длина сварочной дуги. При каждом коротком замыкании напряже­ние падает до нулевого значения. Для последующего восста­новления дуги необходимо напряжение порядка 25—30 В. Такое напряжение должно быть обеспечено за время не более 0,05 секунды, чтобы поддержать горение дуги в период меж­ду короткими замыканиями. Следует учесть, что при корот­ких замыканиях сварочной цепи развиваются большие токи (токи короткого замыкания), которые могут вызвать перегрев в проводке и обмотках источника тока.

Эти условия процесса сварки и определили требования, предъявляемые к источникам питания сварочной дуги. Для обеспечения устойчивого процесса сварки источники пита­ния дуги должны удовлетворять следующим требованиям:

• напряжение холостого хода должно быть достаточ­ным для легкого возбуждения дуги и в то же время не должно превышать норм безопасности. Макси­мально допустимое напряжение холостого хода уста­новлено для источников постоянного тока 90 В; для источников переменного тока — 80 В;

• напряжение устойчивого горения дуги (рабочее на­пряжение) должно быстро устанавливаться и изме­няться в зависимости от длины дуги. С увеличением длины дуги напряжение должно быстро возрастать, а с уменьшением — быстро падать. Время восстанов­ления рабочего напряжения от 0 до 30 В после каж­дого короткого замыкания (при капельном переносе металла от электрода к свариваемой детали) должно быть менее 0,05 секунды;

• ток короткого замыкания не должен превышать сва­рочный ток более чем на 40—50%. При этом источ­ник тока должен выдерживать продолжительные ко­роткие замыкания сварочной цепи. Это условие не­обходимо для предохранения обмоток источника тока от перегрева и повреждения;

• мощность источника тока должна быть достаточной для выполнения сварочных работ.

Источники тока для питания сварочной дуги должны иметь специальную внешнюю характеристику. Внешней ха­рактеристикой источника называется зависимость напряже­ния на его выходных клеммах от тока в электрической цепи. Внешние характеристики (рис. 17) могут быть следующих основных видов: падающая — 1, пологопадающая — 2, жесткая — 3 и возрастающая — 4. Источник тока выбирают в зависимости от вольт-амперной характеристики дуги, со­ответствующей принятому способу сварки.

Источники сварочного тока с падающей характеристикой (1, 2) необходимы для облегчения зажигания дуги за счет повышенного напряжения холостого хода и обеспечения ус­тойчивого горения дуги при колебаниях ее длины. Они ис­пользуются для ручной дуговой сварки и сварки под флюсом.

Оптимальным для этих условий горения сварочной дуги является источник тока с идеализированной внешней ха­рактеристикой — 5. Такую характеристику имеют источни­ки тока на основе применения полупроводниковых тирис­торных схем.

Источники тока с жесткой и возрастающей внешними характеристиками применяют для сварки плавящимся элек - I родом в атмосфере защитных газов и электрошлаковой сварки. Дуга в этом случае имеет жесткую или возрастаю­щую характеристики, поэтому для обеспечения устойчиво­го ее горения необходимы источники тока с такими харак­теристиками.

Для питания сварочной дуги применяют источники пе­ременного или постоянного тока. Источники переменного тока более распространены, так как они проще в эксплуата­ции, более долговечные и обладают более высоким КПД.

Однако сварочная дуга на переменном токе горит ме­нее устойчиво, что не обеспечивает необходимого каче­ства сварного шва, особенно при сварке ответственных кон­струкций, легированных сталей. Для этих условий пред­почтительней является сварка на постоянном токе, по­скольку повышается устойчивость горения дуги, улучша­ются условия сварки и т. д.

Промышленностью выпускаются следующие типы ИС­ТОЧНИКОВ питания сварочной дуги: сварочные преобразова­тели, сварочные аппараты переменного тока, сварочные выпрямители.