какая вах должна быть у источника питания предназначенного для ручной дуговой сварки

Глава XXI. Источники питания сварочной дуги

§ 96. Основные требования к источникам питания дуги

Электрическая сварочная дуга представляет собой такой вид нагрузки, который отличается от других потребителей электроэнергии тем, что для зажигания дуги требуется напряжение значительно выше, чем для поддержания ее горения; дуга горит с перерывами, во время которых электрическая цепь либо разрывается, либо происходит короткое замыкание. Во время горения дуги напряжение ее меняется с изменением длины дуги, следовательно, меняется и сила сварочного тока. При коротком замыкании (в моменты зажигания дуги и перехода капли расплавленного металла на изделие) напряжение между электродом и изделием падает до нуля.

Эти особенности дуги обусловливают следующие требования, предъявляемые к источникам питания (для ручной дуговой сварки):

2. Сила тока при коротком замыкании должна быть ограничена. Нормальный процесс дуговой сварки обеспечивается, если

В некоторых случаях это отношение может достигать 2.

3. Изменения напряжения дуги, происходящие вследствие изменения ее длины, не должны вызывать существенного изменения силы сварочного тока, а следовательно, изменения теплового режима сварки.

4. Время восстановления напряжения от 0 до 25 В после короткого замыкания не должно превышать 0,05 с, что обеспечивает устойчивость дуги.

5. Источник питания должен иметь устройство для регулирования силы сварочного тока. Пределы регулирования тока должны быть (приблизительно) от 30 до 130% к номинальному сварочному току. Это необходимо для того, чтобы от одного источника питания производить сварку электродами разных диаметров.

Требования к источникам, предназначенным для питания других процессов сварки, отличаются от приведенных выше. Например, в источниках питания для полуавтоматической сварки в защитных газах напряжение холостого хода должно практически равняться напряжению дуги.

Выбор источника питания зависит от вида вольт-амперной характеристики сварочной дуги (см. гл. III).

Внешней вольт-амперной характеристикой источника питания называется зависимость напряжения на клеммах источника от величины сварочного тока (рис. 110).

Устойчивое горение дуги возможно при условии пересечения ее статической характеристики с внешней характеристикой источника, т. е, когда U_дуги=U_ист.

На рис. 111 показана крутопадающая внешняя характеристика источника питания и пересекающаяся с ней статическая характеристика дуги длиной L₁. Точка А характеризует устойчивое горение дуги, так как U_дуги=U_ист. В случае уменьшения сварочного тока напряжение источника, как видно из графика, станет больше напряжения дуги (точка 5); при этом токе устойчивой была бы дуга длиной L₂. Ток увеличится до того значения, которое он имел в точке А. При увеличении сварочного тока напряжение источника станет меньше напряжения дуги (точка С), поэтому ток уменьшится до первоначального значения (точка А).

Рис. 111. Статистические характеристики дуги длиною L₁, L₂ и L₃

Для устойчивого горения дуги, имеющей возрастающую статическую характеристику, требуется жесткая характеристика источника питания.

Динамическая характеристика источника питания. Источник питания дуги должен быстро реагировать на изменение тока и напряжения в дуге, происходящее в процессе плавления электрода; это выражается временем восстановления напряжения от нулевого значения в момент короткого замыкания до напряжения повторного зажигания дуги. Это время и есть динамическая характеристика источника. Оно не должно превышать 0,05 с на 25 В. Динамические свойства источника питания в основном определяются взаимной индуктивностью обмоток возбуждения, качеством сердечника и обмоток трансформатора. Повышенные динамические свойства источника питания обеспечивают спокойный перенос электродного металла, уменьшение разбрызгивания металла и шлака при сварке и улучшение качества шва.

Режим работы источника питания. Работа источника питания обычно происходит с чередующимися включениями и выключениями нагрузки (например, во время смены электрода, очистки шва от шлака, переходах и т. д.) и характеризуется продолжительностью работы (ПР) или продолжительностью включения (ПВ). Это позволяет допускать временную перегрузку источника. Обе эти величины выражаются в процентах:

Как правило, для ручной сварки t_св=3 мин, t_п=2 мин.

В паспорте каждого источника питания указывается величина номинального сварочного тока (I_н) и номинальное значение продолжительности работы ПР_н (или ПВ_н). Номинальный (расчетный) ток определяется допустимым нагревом основных частей источника. Максимально допустимый сварочный ток определяется по формуле

Пользуясь этой формулой, можно всегда правильно использовать источник без перегрузки (без перегрева).

Пример 1. Определить допустимый сварочный ток для источника, в паспорте которого приведены I_н=500 А и ПР_н=65%, если источник работает непрерывно более 10 мин, т. е. ПР=100 %.

Таким образом, данный источник питания может работать непрерывно при сварочном токе не более 400 А.

Пример 2. Определить допустимый ЯРД сварочного трансформатора при токе 1200 А, если по паспорту I_н= 1000 А и ПР_н=75%. Из приведенной выше формулы:

Данный трансформатор можно применять для сварки током 1200 А, но при ПР не более 52%.

Для ручной и полуавтоматической сварки обычно пользуются источниками с номинальным током до 500 А.

Источник

Вольт-амперные характеристики источников сварочного тока

Статические характеристики источников сварочного тока

Вольт-амперной характеристикой дуги называют зависимость между напряжением и током дуги в установившемся (статическом) режиме. Напряжение в процессе сварке зависит от длины дуги, чем длиннее сварочная дуга, тем выше напряжение. Чем круче вольт-амперная характеристика источника сварочного тока, тем меньше влияет длина сварочной дуги на сварочный ток.

Статическая вольт-амперная характеристика дуги показывает зависимость между установившимися значениями тока и напряжения дуги при постоянной ее длине.

При ручной сварке статическая характеристика сварочной дуги обычно является жесткой, и отклонение тока при изменении длины дуги зависит только от типа внешней характеристики источника питания.

Внешняя вольт-амперная характеристика представляет собой зависимость Uи= f(Iд), которую в общем виде получим из анализа схемы энергетической системы «источник- дуга»

Источник может pаботать в одном из тpех режимов: холостой ход, нагpузка, коpоткое замыкание.

При холостом ходе дуга не горит, ток отсутствует. В этом случае напряжение источника, называют напряжением холостого хода, максимальное напряжение источника

При нагрузке по дуге и источнику идет ток, напряжение, ниже, чем при холостом ходе, на величину падения напряжения внутри источника.

Экспериментально внешняя характеристика источника снимается измерением напряжения и тока при плавном изменении сопротивления нагрузки, при этом дуга обычно имитируется линейным активным сопротивлением-балластным реостатом.

Графическое представление полученной зависимости напряжения от тока и есть внешняя вольт- амперная характеристика источника. При уменьшении сопротивления нагрузки увеличивается ток и снижается напряжение источника. Таким образом, в общем случае внешняя вольт- амперная характеристика источника- падающая.

Оценим коэффициент полезного действия источников тока и режимов их работы. Очевидно, что для повышения коэффициента полезного действия, т.е. повышения эффективности расходования энергии, следует уменьшать внутренние сопротивление источника. Самый высокий коэффициент, близкий к единице, получается при самых малых сварочных токах, когда сопротивление приближается к бесконечности.

Динамические свойства источника сварочного тока

Динамические свойства характеризуются временем восстановления напряжения с момента короткого замыкания, до рабочего значения, когда горит дуга. Чем быстрее восстанавливается напряжение, тем лучше динамичнее свойства источника тока

Процессы в реальной системе «источник — дуга» чрезвычайно быстры. Интервалы установившегося состояния длятся не более нескольких секунд. Переходные процессы возникают от воздействия со стороны сварщика вызывают, переход от режима холостого хода к короткому замыканию и далее к режиму нагрузки, плавное снижение тока при удлинении дуги в конце сварки. Процессы могут вызываться внешним воздействием, такими, как колебания напряжения сети, или внутренними, возникающими, например, при капельном переносе электродного металла. Импульсные воздействия могут генерироваться источником для управления переносом электродного металла и формированием шва. Но чаще пульсирующий характер питающего напряжения считается недостатком, такое напряжение имеют, например, трехфазные сварочные выпрямители и особенно однофазные выпрямители без сглаживающего фильтра. В режиме непрерывного переходного процесса идет сварка дугой переменного тока. В этой связи возникает вопрос о правомерности понятия статической вольт- амперной характеристики применительно к источникам переменного и выпрямленного не сглаженного тока. Однако доказано,что если статическая характеристика такого источника построена для действующих(или средних) значений тока и напряжения, то почти все выводы, полученные для источника постоянного тока, с известной точностью pаспpостpаняются и на нее.

В простейших источниках необходимый уровень динамических свойств обеспечивался подбором таких параметров источника, как напряжение холостого хода, внутреннее сопротивление, а также индуктивность сварочной цепи.

Развиваются также источники с обратными связями. В них с помощью датчиков тока и напряжения контролируется фактическое значение характеристик переходного процесса(пикового тока, длительности короткого замыкания и т.д.), а после сопоставления их с регламентированными значениями система управления воздействует на источник, приводя эти характеристики в норму. Этот принцип управления динамическими свойствами назван компенсационным.

Разумеется, в конкретном источнике могут сочетаться несколько принципов управления.

Проверка свойств сварочных свойств источников питания

Для испытания источников питания ручной дуговой сварки применяют дифференцированный и совокупный методы.

Дифференцированный метод применяют для оценки:

Совокупный метод испытаний применяют при сравнительных испытаниях для оценки сварочных свойств в целом по единичному обобщенному показателю, при этом сравнение проводят с двумя образцовыми источниками питания с заранее известными и различными по значению показателями сварочных свойств.

Для испытания источников питания автоматической и полуавтоматической сварки в углекислом газе применяют дифференцированный метод, по которому оценивают:

Дифференцированный метод оценки сварочных свойств источников питания ручной дуговой сварки применяют при периодических, типовых, предварительных и приемочных испытаниях, а источников питания сварки в углекислом газе, кроме того, при сравнительных испытаниях.

При предварительных, приемочных и сравнительных испытаниях, наряду с оценкой сварочных свойств источников, проводят оценку сварочных свойств серийного источника того же назначения.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Жесткая и падающая вольт-амперная характеристика

Статическая вольтамперная характеристика.

Статическая вольтамперная характеристика является зависимостью напряжения дуги от поступаемого сварочного тока при постоянном значении длины дуги. Эта характеристика напрямую зависит от источника питания. Существует три типа статических характеристик:

Сварку, производимую в обычных условиях или с использованием аргона, характеризует первый тип вольтамперной характеристики. При этом используемый сварочный ток имеет небольшие значения силы тока (до 80 Ампер), позволяя получать сварные швы небольшого размера.

При возрастании силы тока, используемой при сварке в обычных условиях, процесс ионизации активизируется и при этом возрастает площадь получаемого сечения дуги, что значительно облегчает процесс сварки. При сварочной дуге в аргонной среде происходит интенсивная ионизация непосредственно самой газовой среды со значительным повышением температуры защитного газа.

Сварочная дуга, которая возникает при силе тока от 80 до 300 Ампер, характеризуется вторым типом, для которого свойственно сложение низких значений напряжения. При этом площадь получаемого сечения будет пропорциональна значению силы тока, используемого при сварке, что позволяет получать швы необходимого размера и соединять различные конструкции, выполненные из разнообразных материалов. Проводимость сварочной дуги при этом остается постоянной.

При сварке с силой тока, превышающей 300 Ампер, говорят о возрастающей вольтамперной характеристике. При этом возникающее напряжение увеличивается в результате скопления большого количества заряженных частиц на электроде, автоматически вызывая падение напряжений на катоде.

Таким образом, можно сказать, что для падающей статической вольтамперной характеристики свойственно увеличение силы тока при снижении напряжения. Для жесткой – характерна независимость напряжения от силы тока. Для возрастающей – свойственно увеличение напряжения при возрастающем сварочном электрическом токе.

В процессе ручной сварки электродом с легирующим покрытием характеристика будет падающей, при возрастании силы тока она будет переходить в жесткую. При сварке с использованием флюса или в углекислой среде жесткая статическая характеристика будет переходить в растущую. При неизменной силе тока напряжение может меняться только от длины дуги.

2.1.2. Вольт-амперная характеристика дуги (вах)

Важнейшей характеристикой дуги является зависимость напряжения на ней от величины тока. Эта характеристика называется волтамперной. Имеет место статическая вольт-амперная характеристика и динамическая вольт-амперная характеристика.

увеличивается температура дуги, усиливается термическая ионизация, возрастает число ионизированных частиц в разряде и падает электрическое сопротивление дуги
.
Напряжение на дуге равно
.
Зависимость напряжения на дуге от тока при медленном его изменении называется статической вольт-амперной характеристикой дуги.

Статическая характеристика дуги зависит от расстояния между электродами (длины дуги), материала электродов и параметров среды, в которой горит дуга.

а) Статическая вольт-амперная характеристика

,
—
напряжение на дуге;
—
сумма околоэлектродного падений напряжений;
—
напряженность поля в столбе дуги;

зависит от тока и условий, в которых горит дуга. Статические вольт-амперные характеристики дуги имеют вид:

Чем больше длина дуги, тем выше лежит ее статическая вольт-амперная характеристика. С ростом давления среды, в которой горит дуга, также увеличивается напряженность Е

и поднимается вольт-амперная характеристика. Охлаждение дуги существенно влияет на эту характеристику. Чем интенсивнее охлаждение дуги, тем больше от нее отводится мощность. При этом должна возрастать мощность, выделяемая дугой. При заданном токе это возможно за счет увеличения напряжения на дуге. Таким образом, с ростом охлаждения вольт-амперная характеристика поднимается. Этим широко пользуются в дугогасительных устройствах аппаратов.

ВАХ дуги (рис.1) приведена для небольших плотностей токов (до 100 А/мм 2 ). При дальнейшем увеличении тока ВАХ становится горизонтальной. Если продолжить увеличение тока – напряжение начнет увеличиваться.

Эластичность сварной дуги.

При проведении сварки необходимо учитывать длину дуги, используемой при сварке, так как от неё напрямую зависит такая важная характеристика как эластичность.

Для получения качественного сварного шва необходимо бесперебойное горение сварочной дуги, которое характеризуется эластичностью сварной дуги. Говорят, что дуга достаточно эластична, если сварочный процесс остается устойчивым при увеличении длины сварной дуги.

Получаемая эластичность находится в прямой пропорциональной зависимости от значения силы тока. При высоких изменяющихся параметрах источника питания происходит сокращения переходного периода при различных изменениях в электрической системе, что позволяет получать качественное соединение за короткий промежуток времени.

Вольт-амперная характеристика дуги

В начальный момент для возбуждения дуги необходимо несколько большее напряжение, чем при ее последующем горении. Это объясняется тем, что при возбуждении дуги воздушный зазор недостаточно нагрет, степень ионизации невысокая и необходимо напряжение, способное сообщить свободным электронам такую энергию, чтобы при их столкновении с атомами газового промежутка могла произойти ионизация. Увеличение концентрации свободных электронов в объеме дуги приводит к интенсивной ионизации дугового промежутка, а отсюда к повышению его электропроводности. Вследствие этого напряжение падает до значения, необходимого для устойчивого горения дуги.

Зависимость напряжения дуги от тока и сварочной цепи называют статической вольт-амперной характеристикой дуги.

Вольт-амперная характеристика дуги (рис. 8, а) имеет три области: падающую 1, жесткую 2 и возрастающую 3. В области 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. В области 2 (100. 1000 А) при увеличении тока напряжение сохраняется постоянным, так как сечение столба дуги и площади анодного и катодного пятен увеличиваются пропорционально току. Область характеризуется постоянством плотности тока. В области 3 напряжение возрастает вследствие того, что увеличение плотности тока выше определенного значения не сопровождается увеличением катодного пятна ввиду ограниченности сечения электрода. Дуга области 1 горит неустойчиво и поэтому имеет ограниченное применение. Дуга области 2 горит устойчиво и обеспечивает нормальный процесс сварки.

Вольт-амперная характеристика дуги при ручной дуговой сварке низкоуглеродистой стали (рис. 8, б) представлена в виде кривых а (длина дуги 2 мм) и б (длина дуги 4 мм). Кривые в (длина дуги 2 мм) и г (длина дуги 4 мм) относятся к автоматической сварке под флюсом при высоких плотностях тока.

Напряжение, необходимое для возбуждения дуги, зависит: от рода тока (постоянный или переменный), длины 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.

Коэффициент полезного действия.

Сварка всегда сопровождается выделением большого количества теплоты, которое используется для расплавления свариваемых деталей. Практически вся потребляемая электрическая энергия трансформируется в тепловую энергию, при помощи которой происходит плавление металла и нагревание окружающего воздуха.

КПД при любых сварочных работах имеет различные значения и во много зависит от марки электродов, химического состава флюса, типа сварного соединения и скорости производимой сварки.

Для получения качественных сварных швов при организации процесса сварки обязательно следует учитывать все характеристики сварочной дуги и контролировать их в процессе работы. Это позволит оптимизировать весь процесс и максимально сократить побочные энергетические затраты. Соблюдение всех параметров сварочной дуги при выбранном типе сварки является необходимым условием обеспечения высокого качества работ. К тому же это позволит обеспечить длительный срок эксплуатации соединяемых конструкций.

Классификация источников питания сварочной дуги

По типу сварочного тока

Итак, мы уже разобрали, что источником питания может быть трансформатор, выпрямитель и генератор. Но в более широком смысле все эти источники можно поделить еще на несколько подгрупп. Одна из них — тип тока, который генерирует источник.

Источник может генерировать постоянный или переменный ток. Классический трансформатор и генератор повышенной частоты зачастую генерирует переменный ток. Сварочный выпрямитель генерирует постоянный ток.

Чем отличается источник питания на постоянном токе и на переменном?

Сварочный аппарат переменного тока и постоянного в чем разница? Давайте разбираться.

Аппарат на переменном токе очень прост: он собирается из понижающего трансформатора и специального механизма, который регулирует силу сварочного тока. При применении сварочной дуги переменного тока сварка ведется на переменном токе соответственно.

Аппарат на постоянном токе более технологичен. Его основные компоненты — это понижающий трансформатор, устройство, выпрямляющее ток (выпрямитель), которое преобразовывает поступающий переменный ток в постоянный, и устройство, регулирующее силу тока. Соответственно, здесь сварка ведется на постоянном токе.

Это основные конструктивные различия. Есть еще различия эксплуатационные. Сварка постоянным током предпочтительнее, поскольку у этого источника тока больше преимуществ. Аппараты на постоянном токе намного компактнее и проще в применении, они технологичнее, и в целом считаются более современными. Сварка переменным током сложнее и характеризуется нестабильностью горения дуги.

Также упомянем инверторные источники питания, которые на данный момент считаются самыми технологичными и распространенными. Это сложные аппараты, которые многократно преобразовывают ток, сглаживая его с помощью специальных фильтров, и впоследствии выпрямляют. В результате сварщик получает постоянный ток, а значит крайне стабильную дугу, которая легко поджигается. Также инверторные аппараты снабжаются электронным блоком управления, который прост в применении.

Инверторный источник сварочного тока — самый распространенный тип на данный момент. Такие аппараты самые компактные и легкие (в продаже есть модели весом не более 3-5 кг), при этом они оснащаются дополнительным функционалом, упрощающим сварку.

По количество постов и способу установки

Здесь все намного проще. Вне зависимости от типа источника питания, будь он переменный или постоянный, трансформатор или инвертор, в любом из них может быть либо один разъем для сварки, либо 3 и более.

Аппараты с одним разъемом называются однопостовыми и предназначены для генерирования одной сварочной дуги. Т.е., для применения одним сварщиком. Аппараты с большим количеством разъемов называются многопостовыми, и сразу несколько сварщиков могут производить сварку от одного аппарата.

Источники питания по способу установки могут быть мобильными (переносными) или стационарными.

Источник

Вольтамперные характеристики источников питания дуговой сварки

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 дуги.

Внешние характеристики источников питания сварочной дуги показаны на рис. 90.

Рис. 90. Внешние характеристики источников питания:

1 — крутопадающая, 2 — пологопадающая, 3 — жесткая, 4 — пологовозрастающая

Для обеспечения стабильного горения дуги необходимо, чтобы характеристика сварочной дуги пересекалась с характеристикой источника питания (рис. 91).

Рис. 91. Внешние характеристики источников питания (а) и сварочной дуги (б) (сплошная линия — генератора, штриховая — дуги в момент возбуждения, штрихпунктирная — дуги при горении)

В момент зажигания дуги (рис. 91, 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.

На рис. 91, б 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. Для постоянного тока напряжение зажигания должно быть не менее 30-35 В, а для переменного тока 50-55 В. Согласно ГOCT 7012-77E 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 (см. рис. 90, 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 полого-возрастающими внешними характеристиками (см. рис. 90, кривая 4).

Статическая вольт-амперная характеристика дуги показывает зависимость между установившимися значениями тока и напряжения дуги при постоянной ее длине.

Характеристика имеет три области

Первая область I характеризуется резким падением напряжения Uд на дуге с увеличением тока сварки Iсв. Такая характеристика называется падающей и вызвана тем, что при увеличении тока сварки происходит увеличение площади, а следовательно, и электропроводности столба дуги.

Во второй области II характеристики увеличения тока сварки не вызывают изменения напряжения дуги. Характеристика дуги на этом участке называется жесткой. Такое положение характеристики на этом участке происходит за счет увеличения сечения столба дуги, анодного и катодного пятен пропорционально величине сварочного тока. При этом плотность тока и падение напряжения на протяжении всего участка не зависят от изменения тока и остаются почти постоянными.

В третьей области III с увеличением сварочного тока возрастает напряжение на дуге Uд. Такая характеристика называется возрастающей. При работе на этой характеристике плотность тока на электроде увеличивается без увеличения катодного пятна, при этом возрастает сопротивление столба дуги и напряжение на дуге увеличивается.

Род тока при сварке — постоянный или переменный, полярность на постоянном токе может быть прямой (минус от источника на электроде), или обратной (минус от источника присоединяется к детали).

Ток обратной полярности применяют при сварке тонкого металла легкоплавких сплавов, легированных, специальных и высокоуглеродистых сталей, чувствительных к перегреву, при полуавтоматической сварке арматуры и металлоконструкций легированной проволокой сплошного сечения, при сварке электродами с фтористо-кальциевым покрытием.

При сварке на переменном токе полярность электродов и условия существования дуги периодически изменяются в соответствии с частотой тока.

В каждом полупериоде ток и напряжение меняют полярности при переходе синусоиды через нулевое значение. Дуга при этом угасает, температура активных пятен и дугового промежутка снижается. Повторное зажигание дуги в новом полупериоде происходит при повышенном напряжении — пике зажигания, которое выше напряжения на дуге.

Для повышения устойчивости дуги переменного тока добавляют в покрытия электродов и сварочные флюсы такие материалы, как мел, мрамор, полевой шпат и др., содержащие калий, натрий, кальций и другие элементы.

Газы, вводимые в зону горения дуги для защиты расплавленного металла, оказывают влияние на зажигание дуги переменного тока. При сварке с инертными газами (гелий, аргон) зажигание дуги затруднено, но возбужденная дуга горит устойчиво.

При сварке вольфрамовым электродом в среде аргона происходит испарение частиц металла с поверхности сварочной ванны и ближайших холодных зон, вместе с которыми удаляются и окисные пленки, что улучшает условия сварки и качество шва.

Углекислый газ при сварке на переменном токе действует отрицательно, поэтому сварка в углекислом газе применяется преимущественно на постоянном токе обратной полярности.

Источники питания сварочной дуги имеют также свои вольт-амперные характеристики, которые могут быть падающими, жесткими и возрастающими.

Для стабильного горения дуги необходимо, чтобы было равенство между напряжениями и токами дуги (Uд, Iд) и источника питания (Uп, Iп).

Источники питания с падающей и жесткой характеристиками применяют при ручной дуговой сварке, с возрастающей характеристикой — при полуавтоматической сварке, с жесткой и возрастающей — при автоматической сварке под флюсом и для наплавки.

Устойчивое горение сварочной дуги возможно только в том случае, когда источник питания сварочной дуги поддерживает постоянным необходимое напряжение при протекании тока по сварочной цепи.

Ручная электросварка обычно сопровождается значительными колебаниями длины дуги. При этом дуга должна гореть устойчиво, а ток дуги не должен сильно изменяться. Также часто требуется увеличить длину дуги, поэтому дуга должна иметь достаточный запас эластичности при удлинении, т. е. не обрываться.

Статическая характеристика сварочной дуги при ручной сварке обычно является жесткой, и отклонение тока при изменении длины дуги зависит только от типа внешней характеристики источника питания. При прочих равных условиях эластичность дуги тем выше, а отклонение тока дуги тем меньше, чем больше наклон внешней характеристики источника питания. Поэтому для ручной электросварки применяются источники питания с падающими внешними характеристиками. Это дает возможность сварщику удлинять дугу, не опасаясь ее обрыва, или уменьшать длину дуги без чрезмерного увеличения тока. Также обеспечиваются высокая устойчивость горения дуги и ее эластичность, стабильный режим сварки, надежное первоначальное и повторное зажигание дуги благодаря повышенному напряжению холостого хода, ограниченный ток короткого замыкания.

Ограничение этого тока имеет большое значение, так как при ручной дуговой сварке происходит переход капли расплавленного металла электрода на изделие, и при этом возможно короткое замыкание.

При больших значениях тока короткого замыкания происходят прожоги металла, прилипание электрода, осыпание покрытия электрода и разбрызгивание расплавленного металла. Обычно значение тока короткого замыкания больше тока дуги в 1,2-1,5 раз.

Основными данными технических характеристик источников питания сварочной дуги являются напряжение холостого хода, номинальный сварочный ток, пределы регулирования сварочного тока.

Напряжение холостого хода источника сварочного тока — напряжение на его зажимах при отсутствии дуги, номинальный сварочный ток — допустимый по условиям нагрева источника питания ток при номинальном напряжении на дуге.

В процессе сварки непрерывно меняются значения тока и напряжения на дуге в зависимости от способа первоначального возбуждения дуги и при горении дуги — характера переноса электродного металла в сварочную ванну.

При сварке капли расплавленного металла замыкают дуговой промежуток, периодически изменяя силу тока и длину дуги, происходит переход от холостого хода к короткому замыканию, затем к горению дуги с образованием капли расплавленного металла, которая вновь замыкает дуговой промежуток. При этом ток возрастает до величины тока короткого замыкания, что приводит к сжатию и перегоранию мостика между каплей и электродом. Напряжение возрастает, дуга вновь возбуждается, и процесс периодически повторяется.

Изменения тока и напряжения на дуге происходят в доли секунды, поэтому источник питания сварочной дуги должен обладать высокими динамическими свойствами, т. е. быстро реагировать на все изменения в дуге.

Источники тока для питания сварочной дуги должны иметь специальную сварочную внешнюю характеристику.

Внешней характеристикой источника питания (ВАХ) называется зависимость между напряжением на его выходных клеммах и током в сварочной цепи.

Внешние характеристики (рис.2.) могут быть следующих основных видов: крутопадающая1, пологопадающая 2, жесткая 3, возрастающая4.

Рис.2. Основные типы внешних характеристик источников питания для дуговой сварки: 1 – крутопадающая, 2 – пологопадающая, 3 – жесткая, 4 – возрастающая

Источник тока с соответствующей внешней характеристикой выбирают в зависимости от вольтамперной характеристики дуги (рис. 1).

Участки1и 2 ВАХ (рис. 1) соответствуют режимам сварки, применяемым при ручной сварке плавящимся покрытым электродом, а также неплавящимся электродом в среде защитных газов.

Механизированная сварка под флюсом соответствует2 области (рис. 1) и частично захватывает 3область (рис. 1) при использовании тонких электродных проволоки повышенной плотности тока, сварка плавящимся электродом в защитных газах соответствует3 области ВАХ (рис.1). Для питания дуги с падающей или жесткой ВАХ применяют источники питания с падающей или пологопадающей внешней характеристикой.

Для питания дуги с возрастающей ВАХ применяют источники тока с жесткой или возрастающей внешней характеристикой.

Для питания сварочной дуги применяют источники переменного тока (сварочные трансформаторы) и источник постоянного тока – сварочные генераторы с приводом от электродвигателя (сварочные преобразователи), сварочные генераторы с приводом от двигателя внутренне го сгорания (сварочные агрегаты) и полупроводниковые сварочные выпрямители.

Сварочные трансформаторы благодаря своим технико-экономическим показателям имеют преимущества по сравнению с источниками постоянного тока. Они проще в эксплуатации, долговечнее, обладают более высоким к.п.д.

Источники постоянного тока предпочтительнее в технологическом отношении: при их применении повышается устойчивость горения дуги, улучшаются условия сварки в различных пространственных положениях и др.

Основные технические показатели источников питания сварочной дуги: внешняя характеристика, напряжение холостого хода, относительная продолжительность работы (ПР) и относительная продолжительность включения (ПВ) в прерывистом режиме.

Величина ПРопределяется как отношение продолжительности рабочего периода источника питания к длительности полного цикла работы и выражается в процентах:

t_р– непрерывная работа под нагрузкой (сварка);

t_ц– длительность полного цикла (сварка + пауза).

Оптимальная величина ПРпринята 60 %.

Различие между ПР и ПВсостоит в том, что в первом случае источники питания во время паузы не отключаются от сети и при разомкнутой сварочной цепи работают на холостом ходу, а во втором случае источники полностью отключаются от сети, что имеет место при механизированной сварке.

Устойчивое горение дуги возможно при условии пересечения ее статической характеристики с внешней характеристикой источника, т.е. когда U_дуги = U_{ист .}

I_св =160 А напряжение источника, как видно из графика, станет U_ист = 18 В меньше напряжения дуги, условие U_дуги = U_ист не выполняется, однако при таком токе устойчивой будет дуга длиной lд = 3 мм.

Из (рис.3) видно, что диапазон регулирования устойчивого режима сварки (тока

и напряжения) для изменения длины дуги от 7 до 1 мм составляет для I_св = 130…170А, для напряжения U = 33…8 В.

Другим показателем работы источника сварочного тока является продолжительность работы (ПР) или продолжительность включения (ПВ). Эти величины характеризуют повторно-кратковременный режим работы, на который рассчитаны источники

Рис.3 Вольтамперные характеристики сварочной дуги

Электрическая сварочная дуга при сварке покрытыми электродами является видом нагрузки, который отличается от других потребителей электроэнергии:

Ø для зажигания дуги нужно напряжение, значительно выше, чем для поддержания ее горения;

Ø дуга горит с перерывами, во время которых электрическая цепь или разрывается, или происходит короткое замыкание;

Ø во время горения дуги с изменением ее длины l_д(в пределах 0. 20 мм ) изменяется сопротивление, что приводит к изменению напряжения U_д (в пределах 20. 40 В) и силы сварочного тока I_св;

Ø при коротком замыкании (в моменты зажигания дуги и перехода капли расплавленного металла на изделие) напряжение между электродом и изделием падает до нуля.

Эти особенности дуги обусловливают такие требования к источникам питания (для ручной дуговой сварки):

1. Напряжение холостого хода должно быть в два-три раза выше напряжения дуги. Это необходимо для легкого зажигания дуги, в то же время оно должно быть безопасным для сварщика при условии выполнения им необходимых правил. Госстандарт устанавливает максимальное напряжение холостого хода U_х.хне более 80В — для источников питания переменного тока и 90 В – для и.п. постоянного тока.

2. Необходимо, чтобы сила тока при коротком замыкании I_кз была ограничена. Нормальный процесс дуговой сварки обеспечивается, если

I_кз / I_св = 1,1. 1,5 (в некоторых случаях — 2)

3. Изменения напряжения дуги, происходящих в результате изменения ее длины, не должны вызывать существенного изменения силы сварочного тока, а следовательно, изменения теплового режима сварки (необходимо, чтобы источник питания имел специальную форму внешней характеристики).

4. Время восстановления напряжения от 0 до 25 Впосле короткого замыкания не должно превышать 0,05 с, что обеспечивает устойчивость дуги.

Цель работы: Изучить и построить ВАХ источников питания

Источник