ДЖЕРЕЛА ЖИВЛЕННЯ ЗВАРЮВАЛЬНОЇ ДУГИ.
Стійкість горіння дуги залежить від відповідності форми зовнішньої ВАХ джерела живлення статичній характеристиці дуги.
Зовнішні ВАХ джерел живлення (рис. 2.6) можуть бути зростаючими, жорсткими, полого- і крутопадаюшімі.
Джерело живлення необхідно підбирати по відповідності його характеристики прийнятого способу зварювання. Для живлення дуги на ділянці II (див. Рис. 2.3) застосовують джерела з крутопадаючих характеристикою. Розглянемо роботу ВП з полого- і крутопадающей характеристиками.
Сталий горіння дуги при зварюванні можливо за умови перетину статичної ВАХ 5 дуги з зовнішньою характеристикою 3 або 4 ВП у робочій точці А чи Б. Під час горіння дуги і перенесення електродного металу на заготовки довжина дуги змінюється. Вольт-амперна характеристика також змінюється, і її положення описується кривої 5 '. Внаслідок цього змінюються значення напруги дуги і сили зварювального струму. Горіння дуги буде стійким тільки тоді, коли при випадкових відхиленнях від робочого режиму (точки А-Г) режим зварювання швидко відновлюється і коливання зварювального струму відносно малі. поет-
Зовнішні вольт-ампернис характеристики (1-4) джерел живлення в поєднанні з внутрішніми статичними вольт-амперних характеристиками (5, 5 ') дуги:
/ - зростаюча; 2 - жорстка; 3 - пологопадаюшая; 4 - крутопадаючих; А - Г - точки стійкого горіння дуги; U - напруга; / - сила струму; U xx - напруга холостого ходу; З / л , 1 / ' а - напруги дуги різної довжини; / СВА , / СВБ , / С1 в, / св г - значення сили зварювального струму; / До , - сила струму короткого замикання
му чим більш круто падає зовнішня ВАХ джерела живлення, тим стабільніше горить дуга і вище якість зварювання.
При режимі холостого ходу ІГ1 дуга нс горить і зварювальний ланцюг розімкнути. Для полегшення запалювання дуги напруга холостого ходу джерела повинно бути в 2 - 3 рази вище напруги дуги, але в той же час воно має бути безпечним для зварника (що не перевищує 80 В для джерел змінного струму і 90 В - постійного).
При запаленні дуги її замикання здійснюється краплями рідкого електродного металу. Для того щоб не допустити перегріву проводів ІП повинен мати ВАХ, що обмежує струм короткого замикання. Необхідно, щоб відношення сили струму короткого замикання до сили зварювального струму знаходилося в межах 1,1 ... 1,5, а тривалість відновлення напруги при переході від режиму короткого замикання до запалювання дуги становила соті частки секунди.
Для ручного дугового зварювання та зварювання під флюсом з автоматичним регулюванням напруги дуги (див. Рис. 2.3, ділянка II) зовнішня характеристика ІП повинна бути крутопадающей (див. Рис. 2.6, крива 4). Чим більше крутизна характеристики, тим менше коливання струму при зміні довжини дуги.
При автоматичному зварюванні з саморегулюванням дуги зовнішня характеристика І П повинна бути пологопадающих (див. Рис. 2.6, крива 3), що підвищує стабільність горіння дуги.
При зварюванні в захисних газах на постійному струмі в випадках, коли застосовують великі щільності струму і ВАХ дуги зростаюча (див. Рис. 2.3, ділянка III), зовнішня характеристика джерела живлення повинна бути зростаючої або жорсткої (див. Рис. 2.6, криві / і 2).
Кожен ІП дуги розрахований на певне навантаження (номінальні робочі струм і напруга), при якій він не перегрівається. Режим роботи при дугового зварювання характеризується величиною ПВ,%, яка називається тривалістю включення і визначається відношенням тривалості зварювання t c " до сумарної тривалості зварювання і пауз
Тривалість робочого циклу при ручного дугового зварювання / св + + 1 " = 5 хв. Для промислового зварювального обладнання встановлено значення ПВ 60 ... 80%, для побутового - 20 ... 35%.
Для живлення дуги використовують джерела змінного струму (зварювальні трансформатори) і джерела постійного струму (зварювальні випрямлячі і генератори).
Зварювальні трансформатори поширені найбільш широко, так як вони простіше в експлуатації, довговічніше і мають високий ККД. Однак застосування постійного струму більш технологічно, так як дуга має підвищену стійкість (особливо при зварюванні на малих токах), поліпшуються умови зварювання в різних просторових положеннях, а також можна вести зварювання на струмі прямої і зворотної полярності. Крім того, для роботи трансформатора необхідна лінія електропередачі.
Розглянемо кілька схем зварювальних трансформаторів.
Зварювальний трансформатор серії СТЕ (рис. 2.7) складається з двох частин: понижувального трансформатора Т і дроселя L , з'єднаних в послідовний ланцюг. На замкнутому П-подібному сердечнику / трансформатора знаходяться первинна 2 і вторинна 3 обмотки. На П-подібний розімкнутий сердечник 5дросселя намотана компенсує обмотка 4. Трансформатор знижує напруга мережі до 60 ... 70 В.
Дросель служить для регулювання зварювального струму в ланцюзі Т - L - електрод 7 - дуга 8 - заготовки 9. При проходженні електричного струму через компенсуючу обмотку дроселя в ній
Мал. 2.7. Схема зварювального трансформатора серії СТЕ:
1 - сердечник трансформатора; 2 - первинна обмотка; 3 - вторинна обмотка; 4 - компенсує обмотка; 5 - сердечник дроселя; 6 - ярмо; 7 - електрод; 8 - дуга; 9 - заготівля; 8 - зазор; Т - понижуючий трансформатор;
L - дросель; стрілками показані напрямки переміщення ярма
виникає ЕРС самоіндукції, спрямована протилежно основному магнітному потоку. В результаті падіння напруги в дроселі трансформатор набуває крутопадаючих характеристику. Переміщення ярма 6 сердечника дроселя приводить до зміни зазору 8. Чим більше зазор, тим вище ЕРС самоіндукції компенсує обмотки і сила зварювального струму.
Більш досконалою є конструкція зварювального трансформатора серії ТД (рис. 2.8). Його первинна 2 і вторинна 3 обмотки намотані на протилежні гілки замкнутого П-образного сердечника /. Вторинна обмотка встановлена таким чином, що її можна переміщати щодо первинної за допомогою гвинтового механізму 4. Зварювальний струм регулюють за допомогою зміни відстані між первинною і вторинною обмотками. При зближенні обмоток магнітний потік розсіювання і індуктивне опір зменшуються, а сила зварювального струму збільшується.
Стійкість горіння дуги змінного струму можна підвищити харчуванням зварювального кола струмом високої частоти і високої напруги. Ця умова забезпечується введенням в зварювальну ланцюг осцилятора, що представляє собою коливальний контур (іскровий розрядник і L- С-фільтр). Осцилятори підключають до мережі змінного струму через підвищувальний трансформатор і мережеві фільтри. З зварювальної ланцюгом осцилятор з'єднаний через погоджує обмотку високочастотного трансформатора і захисні конденсатори. Потужність осцилятора составля-
Мал. 2.8. Схема зварювального трансформатора серії ТД:
/ - сердечник трансформатора; 2 - первинна обмотка; 3 - вторинна обмотка; 4 - гвинтовий механізм; стрілками показані напрямки переміщення вторинної обмотки
ет 100 ... 250 Вт, частота струму, що підводиться до дуги, - 150 ... 260 кГц, напруга - 2 ... 3 кВ.
До складу серійних зварювальних випрямлячів входять понижуючий зварювальний трансформатор з регульованим магнітним розсіюванням і випрямний блок, зібраний за мостовою схемою із застосуванням кремнієвих силових вентилів. При використанні однофазного струму бруківка схема не забезпечує істотного ефекту, так як і раніше 100 раз в секунду напруга буде падати, стаючи нижче напруги запалювання.
Додатковий L- С-фільтр дозволяє згладити напругу. Однак найкращі результати забезпечує трифазний струм, трифазний трансформатор і трифазна мостова схема випрямлення (рис. 2.9). Застосування такої схеми призводить до малої пульсації випрямленої напруги, так як випрямлені напівхвилі кожної фази складаються один з одним при наявності зсуву фаз і більш рівномірному навантаженні силовий мережі змінного струму.
Для дугового зварювання електродом, що плавиться в середовищі захисних газів використовують трифазні зварювальні випрямлячі з жорсткою зовнішньою ВАХ і послідовним включенням дроселя в зварювальну ланцюг. Дросель забезпечує необхідну швидкість наростання струму короткого замикання, що полегшує запалювання дуги і зменшує розбризкування металу. регулювання напруги
Мал. 2.9. Трифазна мостова схема випрямляча
виробляють ступінчастим перемиканням числа витків в первинній обмотці кожної фази трансформатора.
Широке поширення отримали універсальні системи, що складаються з трансформатора і керованого тиристорного випрямляча, а також інверторні випрямлячі. Введення в випрямний блок зворотного зв'язку по зварювальному струмі дозволяє отримувати різні ВАХ. Негативний зворотний зв'язок забезпечує крутопадаючих характеристику, позитивна - жорстку.
Особливість інверторних випрямлячів полягає в тому, що за допомогою керованого тиристорного інвертора мережеве напруга перетвориться в високочастотне (до 60 кГц), яке потім підвищується малогабаритним трансформатором і подається в зварювальну ланцюг. Ця схема дозволяє отримати будь-яку ВАХ, а використовувані трансформатори в 8 - 10 розльоті звичайних. На основі інверторних випрямлячів розроблені імпульсні ІП. Застосування імпульсного зварювального струму (з імпульсами різної форми, тривалості і частоти) дозволяє істотно зменшити кількість теплоти, що виділяється під час зварювання і зварювати заготовки малої товщини, не побоюючись записати їх.
Зварювальні випрямні установки мають високі динамічні характеристики внаслідок меншої електромагнітної інерції. Струм і напруга в перехідних процесах змінюються практично миттєво. Відсутність обертових частин робить їх більш надійними і довговічними в порівнянні з генераторами постійного струму. Їх основними недоліками є потреба в джерелі змінного струму і необхідність примусового (повітряного або водяного) охолодження напівпровідникових елементів.
Зварювальні генератори постійного струму підрозділяються по числу питомих п о с т о в - на однопостові (для харчування однієї зварювальної дуги) і багатопостові (для харчування декількох зварювальних дуг); по способу установки - на стаціонарні та пересувні; по формі зовнішньої ВАХ - на генератори зі зростаючою, жорсткої та падаючої ВАХ; по виду приводу - на генератори з електричним приводом і приводом від двигуна внутрішнього згоряння; по способу виконання - на однокорпусні (генератор і двигун виконані на одному валу, в одному корпусі) і роздільні (генератор і двигун розташовані на загальній рамі, а їх вали з'єднані муфтою).
Схема зварювального генератора з незалежним збудженням і розмагнічуючою послідовною обмоткою показана на рис. 2.10. Генератор має дві обмотки збудження. Намагнічує обмотка 1 (обмотка незалежного збудження) створює потужний магнітний потік Ф "збудження. Вона харчується від мережі змінного струму через селеновий випрямляч UZ приводного електродвигуна М. Сила струму в ланцюзі незалежного збудження регулюється реостатом R.
Розмагнічує обмотка 2 порушення включена послідовно в зварювальну ланцюг, і значення її магнітного потоку Ф р залежить від сили зварювального струму. Магнітні потоки Ф "і Ф р спрямовані назустріч один одному. При холостому ході, коли зварювальний ланцюг розімкнути, діє тільки магнітний потік Ф н . ЕРС генератора
де С - постійна генератора. 
При зварюванні, коли зварювальний струм проходить через обмотку 2, ЕРС
генератора 
тобто напруга на затискачах генератора знижується.
Ступінчасте регулювання зварювального струму здійснюється перемикачем Q. У положенні 3 підключено повне число витків обмотки 2, що дозволяє отримати силу зварювального струму 30 ... 60 А. У положенні 4 обмотка 2подключена частково, і сила зварювального струму підвищується до 50 ... 120 А . У межах кожного ступеня сила зварювального струму плавно регулюється реостатом R.
Генератори застосовуються при ручного дугового зварювання, автоматичного і напівавтоматичного зварювання під флюсом. У тих випадках, коли відключена послідовна розмагнічує обмотка, генератори мають жорстку характеристику і використовуються при механізованому зварюванні в захисних газах з саморегулюванням дуги.
Багатопостові зварювальні генератори застосовуються в серійному виробництві з великим числом компактно розташованих зварювальних постів. Ці джерела живлення дозволяють знизити експлуатаційні витрати, зменшити вартість зварювального устаткування і проводити зварювання при підвищеній силі струму.
Схема багатопостових зварювального генератора і підключення постів показана на рис. 2.11. У генераторі здійснюється змішане збудження. При цьому магнітні потоки паралельної, або
Мал. 2.10. Схема зварювального генератора з незалежним збудженням і розмагнічуючою послідовною обмоткою:
I - намагнічує обмотка; 2 - розмагнічує обмотка збудження;
'3, 4 - положення перемикача; UZ - селеновий випрямляч; М - приводний електродвигун; R - реостат; G - генератор; Q - перемикач; стрілками показані напрямки магнітних потоків в обмотках
Мал. 2.11. Схема багатопостових зварювального генератора і підключення постів:
/ - паралельна (шунтовая) обмотка; 2 - послідовна обмотка збудження; G - генератор; R - реостат; R2, /? 3 - баластні реостати; стрілками показані напрямки магнітних потоків в обмотках
шунтовой, обмотки 1 і послідовної обмотки 2 порушення складаються.
При підключенні навантаження напруга на клемах генератора залишається практично незмінним, оскільки магнітний потік в послідовній обмотці дещо зростає. Для зміни напруги в ланцюг паралельної обмотки включений реостат /? 1. Зварювальні пости підключають паралельно через баластні реостати R2 і /? 3, що забезпечує отримання лінійно-падаючої характеристики ВП.
