I. Требования к источникам питания дуги.

В отличие от обычных потребителей электроэнергии (лампы накаливания, электродвигатели, печи сопротивления и др.) электрическая дуга имеет следующие особенности: для зажигания дуги требуется напряжение значительно более высокое, чем для поддержания ее горения; она горит с перерывами, во время которых происходит либо разрыв электрической цепи, либо короткое замыкание. Во время горения дуги с изменением ее длины меняются напряжение и сила тока. При коротком замыкании в момент зажигания и переходе капли расплавленного электродного металла на заготовку напряжение дуги падает до нуля.

На основании этих особенностей сформулированы перечисленные ниже требования к источникам питания, которые должны обеспечить три режима — рабочий, холостого хода и короткого замыкания.

1. Напряжение холостого хода на зажимах источника питания (при разомкнутой сварочной цепи) должно в 2...3 раза превышать напряжение горения дуги и быть достаточным для ее легкого возбуждения, но в то же время его значение не должно быть больше допустимого, безопасного для сварщика. Максимальное напряжение холостого хода установлено в следующих пределах: для источников переменного тока — до 80 В; для источников постоянного тока — до 90 В.

2. Мощность источника питания должна соответствовать толщине свариваемых заготовок. Необходимо, чтобы источник питания был оснащен устройством для плавного регулирования силы тока.

3. Сила тока I_к.з. при коротком замыкании должна иметь ограниченное значение. Нормальный процесс дуговой сварки обеспечивается, если

I_к.з.= (1,1...1,5)I_св.. В некоторых случаях  I_к.з. достигает значения, равного 2I_св.. При очень больших значениях I_к.з. происходит перегрев электрода и источника питания.

4. Время восстановления напряжения от 0 до 25 В после короткого замыкания не должно превышать 0,05 с, что необходимо для устойчивого горения дуги.

5. При изменении напряжения на дуге сила тока не должна существенно изменяться, так как значительные отклонения от параметров режима приведут к снижению качества сварного соединения.

6. Источники питания дуги должны иметь небольшие массу в размеры, быть недорогими и удобными в эксплуатации.

Основными техническими показателями источников питания дуги являются внешняя характеристика, напряжение холостого хода, относительная продолжительность работы и относительная продолжительность включения при прерывистом режиме.

II. Источники питания переменного тока, устройство, назначение, принцип работы.

Внешняя характеристика источников питания (сварочного трансформатора, выпрямителя и генератора) — это зависимость напряжения на выходных зажимах от величины тока нагрузки. Зависимость между напряжением и током дуги в установившемся (статическом) режиме называется вольт-амперной характеристикой дуги. Внешние характеристики сварочных генераторов, показанные на рис. 1 (кривые 1 и 2), являются падающими. Длина дуги связана с ее напряжением: чем длиннее сварочная дуга, тем выше напряжение. При одинаковом падении напряжения (изменении длины дуги) изменение сварочного тока неодинаково при неодинаковых внешних характеристиках источника. Чем круче характеристика, тем меньше влияет длина сварочной дуги на сварочный ток. При изменении напряжения на величину δ при крутопадающей характеристике изменение тока равно а1, при пологопадающей — а2.

Рис. 1. Внешняя характеристика источников питания: 1 — крутопадающая внешняя характеристика; 2 — пологопадающая; 3 — жёсткая; 4 — пологовозрастающая

Рис. 2. Внешняя характеристика источников питания и сварочной дуги: а — сплошная линия — генератора, штрихованная — дуги в момент возбуждения; штрихпунктирная — дуги при горении; б — характеристика источников питания сварочной дуги.

Для обеспечения стабильного горения дуги необходимо, чтобы характеристика сварочной дуги пересекалась с характеристикой источника питания (рис. 2). В момент зажигания дуги (рис. 2, а) напряжение падает по кривой от точки 1 до точки 2 — до пересечения с характеристикой генератора, т. е. до положения, когда электрод отводится от поверхности основного металла. При удлинении дуги до 3 — 5 мм напряжение возрастает по кривой 2—3 (в точке 3 осуществляется устойчивое горение дуги). Обычно ток короткого замыкания  превышает рабочий ток,   но  не более чем в 1,5 раза. Время восстановления напряжения после короткого замыкания до напряжения дуги не должно превышать 0,05 с, этой величиной оцениваются динамические свойства источника.

На рис. 2 показаны падающие характеристики 1 и 2 источника питания при жесткой характеристике дуги 3, наиболее приемлемой при ручной дуговой сварке. Напряжение холостого хода (без нагрузки в сварочной цепи) при падающих внешних характеристиках всегда больше рабочего напряжения дуги, что способствует значительному облегчению первоначального и повторного зажигания дуги. Напряжение холостого хода не должно превышать 75 В при номинальном рабочем напряжении 30 В (повышение напряжения облегчает зажигание дуги, но одновременно увеличивается опасность поражения сварщика током). Для постоянного тока напряжение зажигания должно быть не менее 30 — 35 В, а для переменного тока 50 — 55 В. Согласно ГОСТ 7012 —77Е для трансформаторов, рассчитанных на сварочный ток 2000 А, напряжение холостого хода не должно превышать 80 В.

Повышение напряжения холостого хода источника переменного тока приводит к снижению косинуса «фи». Иначе говоря, увеличение напряжения холостого хода снижает коэффициент полезного действия источника питания.

Источник питания для ручной дуговой сварки плавящимся электродом и автоматической сварки под флюсом должен иметь падающую внешнюю характеристику. Жесткая характеристика источников питания (рис. 1, кривая 3) необходима при выполнении сварки в защитных газах (аргоне, углекислом газе, гелии) и некоторыми видами порошковых проволок, например СП-2. Для сварки в защитных газах применяются также источники питания с пологовозрастающими внешними характеристиками (рис. 1, кривая 4).

СВАРОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Сварочные трансформаторы по фазности электрического тока подразделяются на однофазные и трехфазные, а по количеству постов — на однопостовые и многопостовые. Однопостовой трансформатор служит для питания сварочным током одного рабочего места и имеет соответствующую внешнюю характеристику.

Многопостовой трансформатор служит для одновременного питания нескольких сварочных дуг (сварочных постов) и имеет жесткую характеристику. Для создания устойчивого горения сварочной дуги и обеспечения падающей внешней характеристики в сварочную цепь дуги включает дроссель. Для дуговой сварки сварочные трансформаторы подразделяются по конструктивным особенностям на две основные группы:

1) трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием, конструктивно выполненные в виде двух раздельных аппаратов (трансформатор и дроссель) или в едином общем  корпусе;

2) трансформаторы с развитым магнитным рассеянием, конструктивно различающиеся по способу регулирования (с подвижными катушками, с магнитными шунтами, со ступенчатым регулированием).

ОБСЛУЖИВАНИЕ СВАРОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

При эксплуатации сварочных трансформаторов следует следить за надежностью контактов, не допускать перегрева обмоток, сердечника и его деталей. Необходимо раз в месяц смазывать регулировочный механизм и не допускать загрязнений рабочих частей трансформаторов. Необходимо следить за надежностью заземления и оберегать трансформатор от механических повреждений.

При работе трансформатора нельзя допускать превышения величины сварочного тока против указанной в паспорте. Запрещается перетаскивание трансформатора или регулятора с помощью сварочных проводов. Раз в месяц трансформатор необходимо обдуть (очистить) струей сухого сжатого воздуха и проверить состояние изоляции. Попадание влаги на обмотки трансформатора резко снижает электрическое сопротивление, в результате чего возникает опасность пробоя изоляции. Если сварочные трансформаторы установлены на открытом воздухе, их необходимо укрывать от атмосферных осадков. В таких случаях следует делать навесы или специальные передвижные будки.

III. Источники питания постоянного тока, устройство, назначение, принцип работы.

Источники питания постоянного тока подразделяются на две основные группы: сварочные преобразователи вращающегося типа (сварочные генераторы) и сварочные выпрямители установки (сварочные выпрямители).

Сварочные выпрямители — это устройства, преобразующие с помощью полупроводниковых элементов — вентилей — переменный ток В постоянный и предназначенные для питания сварочной дуги. Их действие основано на том, что полупроводниковые элементы проводят ток только в одном направлении; в обратном направлении они (полупроводники) практически электрический ток не пропускают. Наибольшее применение в сварочных выпрямителях получили селеновые и кремниевые полупроводники. Селеновые полупроводники получили большое распространение потому, что они дешевые и обладают большой перегрузочной способностью (их к. п. д. около 75 %). Сварочные выпрямители обладают некоторыми преимуществами перед преобразователями с  вращающимися роторами (табл.), так как они имеют лучшие энергетические и  весовые показатели, более высокий к. п. д. и просты в обслуживании. Кроме того, они имеют меньшие потери при холостом ходе и лучшие сварочные качества (как результат более широких пределов регулирования), отсутствует шум при работе. Дефицитные медные обмотки заменены в них  на  алюминиевые.

Принцип работы сварочного выпрямителя

Сварочные выпрямители собирают по двум наиболее распространенным схемам: однофазной мостовой двухполупериодного выпрямления и трехфазной мостовой.

Рис. 1. Принципиальные типовые схемы выпрямителей: а — однофазная мостовая, б — трехфазная мостовая

Наиболее распространена трехфазная мостовая схема выпрямления, которая обеспечивает большую устойчивость горения сварочной дуги при меньшем количестве вентилей при одинаково заданных значениях выпрямленного напряжения и тока, более равномерную загрузку всех трех фаз силовой сети и лучшее использование трансформатора сварочного выпрямителя.

При работе выпрямителя по этой схеме в каждый данный момент времени ток проводят только два элемента, соединенные последовательно с нагрузкой. Таким образом, в течение одного периода получается шесть пульсаций тока.

Сварочные выпрямители, в зависимости от внешних характеристик, можно разделить на три типа:

- с крутопадающими характеристиками;

- с жесткими (или пологопадающими) характеристиками;

- универсальные, обеспечивающие получение падающих, жестких и пологопадающих характеристик.

Сварочные генераторы  постоянного тока подразделяются: 

1) по количеству питаемых постов – на однопостовые и многопостовые;

2) по способу установки – на стационарные и передвижные;

3) по роду привода – генераторы с электрическим приводом и генераторы с двигателем внутреннего сгорания;

4) по конструктивному выполнению – однокорпусные и двухкорпусные.

По форме внешних характеристик сварочные генераторы могут быть:

1) с падающими внешними характеритсиками

2) с жесткими пологопадающими характеристиками

3) комбинированного типа (универсальные генераторы)