Методические указания

К расчетно-графической работе

По выбору источников питания для сварки

По дисциплине «Сварочные процессы и оборудование»

1. Цель работы

Получить навыки технически обоснованного выбора рационального вида и марки оборудования для дуговых или плазменных процессов сварки и резки.

2. Пояснения к работе

Выбор сварочных источников питания или сварочных установок, содержащих источник питания (далее сокращенно ИП), производится в соответствии с индивидуальным заданием. Методические указания по выбору ИП приведены ниже.

В сварочном производстве определение рационального вида и марки ИП производится при проектировании нового технологического процесса или при модернизации уже существующего. При этом в первом случае необходимо для конкретного применения выбрать наилучший ИП из выпускаемых или осваиваемых промышленностью в настоящее время. Во втором случае, кроме рационального выбора нового оборудования, стоит задача наилучшего использования имеющихся ИП в модернизированном технологическом процессе.

При выборе сварочных ИП необходимо принимать во внимание следующие основные факторы:

- способ сварки (резки);

- материал изделия, который влияет на выбор способа и рода тока;

- тип промышленного производства и уровень его механизации;

- параметры режима сварки (резки);

- условия эксплуатации ИП;

- технико-экономические характеристики ИП.

Выбор оборудования для конкретного технологического процесса обычно определяется в первую очередь техническими требованиями.

Экономические показатели используются для выбора лучшего варианта из нескольких технически возможных.

В настоящее время серийно выпускаются следующие виды источников питания сварочной дуги: сварочные трансформаторы, сварочные выпрямители (с силовыми трансформаторами или с инверторами), сварочные агрегаты, специализированные источники питания и установки (с силовыми трансформаторами или с инверторами). Для многопостовой работы изготавливаются только сварочные выпрямители и сварочные агрегаты.

При ориентировочном выборе оборудования среди нескольких вариантов можно опираться на практику современного сварочного производства, достаточно объективно отражающую технико-экономическую целесообразность применения различных сварочных процессов в той или иной области техники. Так, например, дуговую сварку малоуглеродистых и низколегированных сталей, алюминиевых и магниевых сплавов в большинстве случаев осуществляют на переменном токе, а остальных металлических материалов - преимущественно на постоянном токе. При этом нужно иметь в виду, что сварка плавящимся электродом в среде защитного газа и плазменная резка производятся на постоянном токе, а сварка трехфазной или двухфазной дугой осуществляется только на переменном токе. В последнем случае применяются трансформаторы для многодуговой сварки.

Для плазменных процессов и сварки неплавящимся электродом алюминиевых и магниевых сплавов предназначены специализированные источники питания, обычно входящие в состав специализированных установок типа, УПС, МПУ, АПР, УДГ и т.д. Выпускаются и специализированные источники питания с унифицированными блоками типа ВСВУ.

При большом объеме ручной сварки на крупногабаритных изделиях может быть целесообразным применение многопостовых системы питания. В случае изготовления автоматической сваркой ответственных изделий рациональным оказывается применение источников со стабилизацией рабочих параметров: тиристорных трансформаторов ТДФЖ, выпрямителей с тиристорным силовым блоком типа ВДУ или ВДГ, специализированных ИП типа ВСВУ, инверторных выпрямителей.

Для единичного и мелкосерийного производства во многих случаях экономичнее оказывается ИП универсального назначения или ИП с большим диапазоном регулирования сварочного тока, а для крупносерийного и массового - наоборот. При механизированной сварке, как правило, необходим ИП с дистанционным управлением .

Используемый в технологическом процессе способ сварки (резки) определяет требования к внешней статической характеристике (ВСХ) ИП. Для большинства применяемых в настоящее время способов дуговой сварки и резки необходимо использовать ИП с более или менее крутопадающей ВСХ. Исключением является сварка плавящимся электродом в среде углекислого или инертного газа, и на форсированных режимах под сварка флюсом, для которой возможно и целесообразно применение ИП с ВСХ, близкой к жесткой или полого падающей. Для плазменной резки используют ИП с вертикально падающей ВСХ рабочем участке.

Важнейший параметр режима дуговой сварки (резки) - сила тока электрической дуги (в Амперах) - положен в основу деления ИП по типоразмерам. В нашей стране сварочные ИП выпускаются в основном в соответствии со стандартным рядом номинального тока. Большинство ИП имеют номинальный ток в пределах от 100 до 1000 А (100, 125, 140, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000).

Исходя из заданного по технологии диапазона сварочного тока по стандартному ряду, выбирают ближайшее большее значение и, соответственно, типоразмер ИП. При отсутствии среди выпускаемых марок оборудования нужного типа на ближайшее большее значение номинального тока используют более мощное оборудование или оборудование другого типа. При выборе типоразмера ИП наряду с силой тока необходимо учитывать соотношение времени сварки и общего времени сварочного цикла продолжительность нагружения в % (ПН). В случае эксплуатации ИП с ПН большей, чем номинальная, необходимо проверить, возможна ли работа оборудования в таком режиме без перегрева.

При выборе ИП для ручной дуговой сварки надо учитывать, что напряжение холостого хода ограничено требованиями техники безопасности на уровне 80В и 100В соответственно для ИП переменного и постоянного тока.

Условия эксплуатации ИП также влияют на выбор вида источника питания, его ПН и напряжения холостого хода. Для ремонтных работ и монтажной работы в полевых условиях предназначены автономные источники питания - однопостовые и многопостовые сварочные агрегаты с карбюраторными или дизельными двигателями внутреннего сгорания.

ИП для монтажных работ с подключением к силовой сети часто имеют низкий ПН%=20...40. При ручной сварке в стационарных условиях целесообразно использовать ИП с ПН%=60, а для автоматической сварки с ПН%=100. В особо опасных условиях работы (под дождем, внутри металлической емкости и т.д.) напряжение холостого хода ИП должно быть не более 12 В. Для этого выпускаются ИП с встроенными блоками снижения напряжения холостого хода или применяются отдельные от ИП устройства снижения напряжения холостого хода.

Исходя из заданных эксплуатационных и технологических требований, на основе приведенных выше рекомендаций, можно определить перечень технических характеристик ИП и выбрать вид (трансформатор, выпрямитель, агрегат, специализированный ИП или установка ) и желательный типоразмер ИП.

Далее, используя справочную литературу, определяют марки и уточняют типоразмеры источников питания, применение которых технически возможно и целесообразно.

В том случае, когда режим работы ИП отличается от номинального, необходимо проверить, возможна ли его работа на заданном режиме без перегрева. С этой целью определяют допустимый ПН_д% при заданной максимальной силе тока Iзмах по выражению

ПН_д% = ПН_н% * (I²_н / I²_3max) (5.1)

где I_н и ПН_н% - номинальные значения силы тока и продолжительности работы выбранного источника питания.

Если расчетное значение ПН_д% меньше заданного ПН_з%, то необходимо выбрать ИП с большим номинальным током или большим ПН_н%.

Если всем предъявленным требованиям отвечает несколько ИП разных видов, марок и типоразмеров то лучший выбирают, сопоставляя характеристики, определяющие стоимость приобретения и эксплуатации оборудования: сложность конструкции ИП, массу, КПД, коэффициент мощности. В частности, универсальные ИП и ИП со стабилизацией режима сварки значительно сложнее и дороже, чем другое оборудование того же класса и мощности. При одинаковых технических характеристиках ИП с большей массой имеет, как правило, большую стоимость. Оборудование с более высоким КПД и коэффициентом мощности дешевле в эксплуатации. ИП сварочной дуги выбираются в следующей последовательности.

Для монтажных условий обычно определяющим условие выбора ИП является минимальная масса. Для промышленных условий важнее не масса ИП, а его КПД и занимаемая ИП площадь.