metod416

T1σ /HF - способ T1σ с системой бесконтактного возбуждения дуги высоковольтным и высокочастотным разрядом;

T1σ /contact – способ T1σ с контактным возбуждением дуги касанием об изделие.

Некоторые модели оснащаются процессорной системой управления, которая рассчитывает и контролирует все необходимые для оптимальной дуги параметры. Легко программируются сварочные характеристики.

Главным преимуществом инверторных установок является их низкий вес, примерно в 10 раз меньше по сравнению с выпрямителями и трансформаторами. Это достигается за счёт высокой частоты преобразования сетевого напряжения.

P2аб = 1f ,

где P2аб - габаритная мощность установки, f - частота.

Частота промышленной сети 50 Гц, частота работы инверторной установки 50 – 100 кГц.

Блок – схема инверторной установки показана на рисунке 26.3

1 – низкочастотный выпрямитель; 2 – инвертор;

3 – высокочастотный трансформатор; 4 – высокочастотный выпрямитель; 5 – сопротивление обратной связи; 6 – электрод; 7 – заготовка; 8 – блок обработки сигналов

Рисунок 26.3 – Блок-схема инверторного источника питания сварочной дуги

Работает установка следующим образом. Сетевое напряжение поступает на низкочастотный выпрямитель 1. Постоянное напряжение с выпрями-

302

теля 1 поступает на инвертор 2, который выпрямленное напряжение преобразует в высокочастотное (50-100 кГц). Трансформатор 3 снижает напряжение до безопасных значений для работы сварщика. Со вторичной обмотки трансформатора 3 выпрямитель 4 подаёт сварочный ток в нагрузочную цепь через сопротивление 5 для обеспечения обратной связи через блок обработки сигналов 8. Трансформатор 3 высокочастотный. На вторичной обмотке всего несколько витков. Именно он и даёт значительное снижение веса источника.

Среди дополнительных функций следует отметить:

-Antistik - не даёт привариваться электроду во время зажигания дуги;

-Hochstart, горячий старт – даёт повышенный ток во время зажигания дуги;

-в случае длительного короткого замыкания срабатывает защита, ток отключается. При разрыве цепи после короткого замыкания не возникает дуга. Работоспособность восстанавливается через 5 с.

26.3 Порядок выполнения работы

Для исследования внешних характеристик генератора и определения пределов регулирования сварочного тока необходимо:

1)установить в приспособлении – штативе два графитовых электрода (стержень диаметром 15-20 мм и графитовый столбик) и подключить к ним сварочные провода от преобразователя ПСО – 300.

2)установить минимальный ток генератора;

3)включить преобразователь и, не замыкая электродов, записать по показаниям вольтметра напряжение холостого хода (таблица 26.1);

Таблица 26.1 - Результаты исследования внешних характеристик сварочного генератора ПСО –300 А

4)установить зазор между электродами 2-3 мм, включить прямую полярность и возбудить дугу. Записать показания приборов при рабочем режиме;

5)закрепить в электродержателе медный электрод, произвести им короткое замыкание (3-5 с);

6)установить реостат (для генератора ПСО – 300 А) в положение

«180 А» и повторить опыты в соответствии с пунктами 1 – 5;

303

7)отключить преобразователь от сети (для генератора ПСО - 300 А), переключить сварочный провод на клемму «300 А», а реостат поставить в положение «120 А» по наружной шкале и, включив преобразователь, повторить опыты;

8)перевести реостат в положение «300 А», повторить опыты.

26.4 Содержание отчета

26.4.1Цель работы.

26.4.2Назначение сварочных преобразователей и выпрямителей.

26.4.3Электрическая схема генератора с независимой обмоткой возбуждения и с самовозбуждением.

26.4.4Внешняя характеристика генератора.

26.4.5Анализ полученных результатов

26.4.6По внешней характеристике дать заключение о назначении преобразователей.

26.4.7Принцип работы инверторных установок

26.5 Контрольные вопросы

26.5.1Преимущества и недостатки источников питания сварочной дуги постоянным током.

26.5.2Как устроен генератор с независимой обмоткой возбуждения и с самовозбуждением?

26.5.3Как регулируется сила сварочного тока в сварочных генерато-

рах?

26.5.4Как регулируется сила сварочного тока в сварочных выпрямите-

лях?

26.5.5Какая внешняя характеристика источника питания сварочной дуги необходима при ручной дуговой сварке, сварке под слоем флюса, сварке в среде защитных газов и почему?

26.5.6Каким образом обеспечивается крутопадающая внешняя характеристика сварочных выпрямителей?

26.5.7Какое максимальное напряжение холостого хода сварочных генераторов и почему?

26.5.8Какие электроды используют при ручной сварке постоянным то-

ком?

304

27 Лабораторная работа № 27

Исследование стабильности горения сварочной дуги при электрической сварке открытой дугой

27.1 Цель работы

27.1.1 Исследовать влияние ионизирующих компонентов, применяемых в электродных покрытиях, на устойчивость электрической сварочной дуги.

27.1.2 Изучить способы стабилизации дуги.

27.2 Общие сведения

27.2.1 Основы теории сварочной дуги

Электрическая сварочная дуга представляет собой устойчивый длительный электрический разряд в газовой среде между твердыми или жидкими электродами, осуществляемый при высокой плотности тока и сопровождаемый выделением большого количества теплоты. Потребляемая дугой электрическая энергия преобразуется в световую и тепловую. Поэтому сварочная дуга является концентрированным источником света и тепловой энергии, используемой для расплавления электрода и свариваемого металла.

Основными элементами сварочной дуги постоянного тока являются: катодное пятно, анодное пятно и столб дуги (рисунок 27.1).

Катодное пятно образуется на нагретой торцевой поверхности электрода, из которой происходит эмиссия электронов. Температура и площадь катодного пятна зависят от силы сварочного тока. С повышением силы сварочного тока площадь катодного пятна увеличивается, а температура достигает 2500 ºС и более. На катодном пятне, наряду с выделением тепла, происходит расходование энергии на эмиссию электронов.

Анодное пятно образуется на поверхности свариваемого металла. На анодное пятно падает поток электронов, при падении электроны выделяют свою кинетическую энергию. Вследствие этого площадь и температура анодного пятна больше, чем катодного. Это свойство сварочной дуги используется при выборе полярности электрода и изделия при сварке на постоянном токе.

При прямой полярности (анод – изделие) количество тепла больше выделяется на изделии, при обратной (анод – электрод) – на электроде. Обычно температура анодного пятна больше 3000 ºС.

305

Как видно из таблицы 27.1,наименьшими потенциалами ионизации обладают калий, натрий, барий, литий, алюминий, кальций и другие. Поэтому для повышения устойчивости горения электрической дуги эти вещества вводят в зону дуги в виде электродных покрытий или флюсов.

На практике эти вещества используются в виде химических соединений (мел CaCO3; поташ K2CO3; сода Na2CO3; хромат калия K2CrO4).

Ионизирующие действия материалов электродных покрытий оценивают по обрывной (критической) длине сварочной дуги.

В газовом промежутке между двумя электродами ионы возникают в результате: термоэлектронной и фотоэлектронной эмиссии катода; автоэлектронной эмиссии; эмиссии, вызванной ударами частиц и объемной ионизации.

При электрической дуговой сварке плавлением металлическими электродами возможны все виды эмиссии электронов.

Зависимость напряжения дуги от тока в сварочной цепи называют статической вольтамперной характеристикой дуги.

Рисунок 27.3 – Вольт-амперная характеристика дуги

Вольтамперная характеристика дуги (рисунок 27.3) имеет три области: падающую 1, жесткую 2 и возрастающую 3.

Вобласти 1 (до 100 А) с увеличением тока напряжение значительно уменьшается. Это происходит в связи с тем, что при повышении тока увеличивается поперечное сечение, а, следовательно, и проводимость столба дуги.

Вобласти 2 (100 – 1000 А) при увеличении тока напряжение сохраняется постоянным, так как сечение столба дуги и площади анодного и катод-

ного пятен увеличиваются пропорционально току. Область характеризуется постоянством плотности тока.

В области 3 увеличение тока вызывает возрастание напряжения вследствие того, что увеличение плотности тока выше определенного значения не сопровождается увеличением катодного пятна ввиду ограниченности сечения электрода. Дуга в области 1 горит неустойчиво и поэтому имеет ог-

308

раниченное применение. Дуга в области 2 горит устойчиво и обеспечивает нормальный процесс сварки.

Вольтамперная характеристика дуги (рисунок 27.4) при ручной дуговой сварке низкоуглеродистой стали, представлена в виде кривых “а” (длина дуги 2 мм) и “б” (длина дуги 4 мм). Кривые “в” и “г” относятся к автоматической сварке под флюсом при высоких плотностях тока.

а – длина дуги 2 мм; б – длина дуги 4 мм; в, г – автоматическая сварка под флюсом при высоких плотностях тока

Рисунок 27.4 – Вольтамперная характеристика дуги при ручной дуговой сварке

Напряжение, необходимое для возбуждения дуги, зависит: от рода тока (постоянный или переменный); дугового промежутка; материала электрода и свариваемых кромок; покрытия электродов и ряда других факторов. Значения напряжений, обеспечивающих возникновение дуги в дуговых промежутках, равных 2-4 мм, находятся в пределах 40-70 В.

Длиной дуги называется расстояние между торцом электрода и поверхностью сварочной ванны. Короткой дугой называют дугу длиной 2-4 мм. Длина нормальной дуги составляет 4-6 мм. Дугу длиной более 6 мм называют длинной.

Оптимальный режим сварки обеспечивается при короткой дуге. При электрической дуговой сварке переменным током питание сварочной дуги происходит от сварочного трансформатора синусоидального напряжения.

где Uам – амплитудное значение напряжения источника питания, В; ω – угловая частота тока (ω = 2πf), 1/с;

φ – угол сдвига фазы напряжения источника по отношению к току,

град.

309

В схему питания дуги переменным током могут быть последовательно включены активное сопротивление Rс и индуктивное Lс (рисунок 27.5).

Рисунок 27.5 - Принципиальная схема питания сварочной дуги постоянного тока

Возможны отклонения от этой принципиальной схемы. Когда индуктивность в сварочной цепи отсутствует (Lс = 0), величина сдвига фазы φ = 0. Следовательно,

Поэтому при t = 0 и t =T/2 напряжение источника равно нулю (рисунок 27.6). Фактически при каждом периоде в промежуток времени tn= tу + tз сварочная дуга не горит. Повышение стабильности горения сварочной дуги (уменьшение отрезка времени tn) достигается путем уменьшения напряжения зажигания дуги Uз. Зажигание дуги будет возможно, когда напряжение ис-

точника Uи достигает значения напряжения зажигания дуги Uз, т.е. когда:

где tз – время зажигания дуги, с.

В период горения сварочной дуги напряжение дуги остается постоян-

ным.

Для большей устойчивости горения сварочной дуги переменного тока напряжение зажигания должно быть не более

Для обеспечения этого требования напряжение холостого хода источника сварочного тока должно отвечать требованию

310