Николаев Г.А. и др.Сварка в машиностроении - файл n1.doc

Николаев Г.А. и др.Сварка в машиностроении

Доступные файлы (1):

n1.doc

25957kb.

15.02.2014 14:49

скачать

n1.doc

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

Осцилляторы. При сварке неплавящимся электродом в среде защитных газов первоначальное возбуждение дуги производится бесконтактным способом. Напря­жение холостого хода источника питания порядка 60—80 В недостаточно для того, чтобы вызвать электрический разряд или даже искру в промежутке между изде­лием и электродом, хотя промежуток может составлять лишь доли миллиметра.

Для возникновения в промежутке свободных электронов я возбуждения дуги не­обходим кратковременный импульо напряжения, который обеспечил бы пробой и последовательное развитие искрового разряда вплоть до дугового. На практике сварочную дугу возбуждают специальным устройством, называемым осцилля­тором.

Осциллятор представляет собой генератор затухающих по амплитуде знако­переменных высокой частоты (порядка 100—300 кГц) импульсов высокого на­пряжения (около 3 кВ). При подаче импульсов на промежуток между изделием и электродом происходит пробой промежутка искрой и появление свободных элек­тронов. Кратковременный искровой разряд развивается в дуговой, создавая усло­вия для горения сварочной дуги, питаемой от'основного источника питания ИП.

Применяют две схемы включения осциллятора в цепь душ: параллельную и последовательную. В схеме осциллятора параллельного включения (рис. 4)



трансформатор Т1 промышленной частоты (60 Гц) повышает напряжение сети до 3000—6000 В. Напряжение вторичной обмотки 77 подведено к разряднику F, входящему в колебательный контур, в котором возникают высокочастотные коле­бания частотой /= 150 000-=-300 000 Гц. При возрастании синусоидального на­пряжения на выходе трансформатора 77 заряжается конденсатор С_к- В его элек-

С о*

хрическом ноле накапливается энергия —~-. По достижении определенного зна­чения напряжения на вторичной обмотке трансформатора 77 происходит пробой искрой воздушного промежутка разрядника F. Конденсатор С_к разряжается на индуктивность La, являющуюся первичной обмоткой высокочастотного трансфор­матора Т2, осуществляющего магнитную связь осциллятора со сварочным конту­ром. В колебательном контуре С_!{ — L_K — F возникает ток i. Энергия поля кон­денсатора С_к при его разряде за вычетом потерь на резистивные сопротивления

преобразуется в энергию магнитного поля индуктивности L_K, равную —$— •

В колебательном контуре С_к — L_K — F возникает знакопеременный, затухаю­щий по амплитуде колебательный процесс с угловой частотой, зависящей от ве­личин Ск и L_K.

Трансформатор Т2 через вторичную обмотку L_c осуществляет ввод высоко­вольтного высокочастотного напряжения на дуговой промежуток (зажимы cud). Защита источника от воздействия этого напряжения осуществляется с помощью Г-образного фильтра, состоящего из индуктивности Јф и емкости Сф. Если транс­форматор источника питания имеет повышенное магнитное рассеяние, то наличие индуктивного фильтра Јф не обязательно. Блокировочные конденсаторы Cq со­здают условия безопасной работы сварщика и предотвращают повреждение источ­ника питания при пробое конденсатора С_к. В осцилляторе есть помехозащитный фильтр ПЗФ сети от высокочастотных колебаний. Колебания, возникшие в коле­бательном контуре, затухают примерно за 2 мс, так как энергия поля конденса­тора С_к расходуется на покрытие потерь в трансформаторе Т2> а также в электри­ческих разрядниках F и дуге. Импульсы колебаний, генерируемых осциллятором, периодически повторяются после восстановления электрической прочности раз­рядника F. В источниках питания дуги переменным током осциллятор облег-








чает повторное возбуждение дуги после смены полярности. Импульсы должны подаваться с небольшим опережением во времени к моменту перехода сварочного тока через нуль.

Принципиальная электрическая ехема осциллятора последовательного вклю­чения приведена на рис.. 5. Катушка б индуктивностью L_K колебательного контура включена последовательно с дугой. Сечение обмотки рассчитывается на сварочный

Импульсный стабилизатор горения дуги переменного тока (ии Д) применяют при сварке переменным током неплавящимся электродом изделий из легких спла­вов в среде защитного газа. При этом виде сварки возникают трудности повтор­ного возбуждения дуги при переходе на обратную полярность. На рис. 6 при­ведена принципиальная схема ИСГД. Форма сварочного тока источника во вре­мени может быть синусоидальной, трапецеидальной и прямоугольной. Конден­сатор Сн заряжается от трансформатора Т через вентиль VI.

потенциал относительно катода. Запирается тиристор V2 после полного разряда конденсатора С_н, Импульс обеспечивает повторное возбуждение дуги на обрат­ной полярности сварочного тока. Параметры импульса — амплитуда порядка 600 В, длительность 60—80 мкс — устанавливаются в соответствии с требованиями технологии. Мгновенная амплитуда тока импульса 60—80 А.

Устройство для плавного снижения сварочного тока в конце сварки. При бы­стром прекращении сварочного тока в шве образуется кратер. Для исключения данного технологического дефекта шва необходимо плавно снижать сварочный ток в конце сварки до нуля примерно за 5—6 с. В установках для автоматизиро­ванной сварки иеплавящимся электродом в среде защитных газов это осуществ­ляется автоматически с использованием специального узла РССТ — регулятора спада сварочного тока, воздействующего на цепь управления регулятора свароч­ного тока Обычно на практике это осуществляется путем разряда предвари-
ток, Защита источника от воздействия высокочастотного высокого напряже­ния, возникающего на индуктивности /,_к при разряде конденсатора С_к, осу­ществляется путем шунтирования ис­точника конденсатором Сф. Осцилля­торы последовательного включения компактнее и проще, чем параллель­ного. Работают осцилляторы обычно только в начале процесса сварки. В схемах источников предусмотрено автоматическое отключение осцилля­тора после возбуждения дуги.

Наличие вентиля VI пред­отвращает разряд конденсатора С_н при уменьшении напряжения и_аь. В цепи разряда конденса­тора С_н включены тиристор V2 и ограничительный балластный резистор /?балл- Разряд конден­сатора С_м на дуговой проме­жуток происходит при подача сигнала положительного потен­циала на управляющий электрод УЭ "гиристора V2 от системы управления (на рис. 6 схема системы управления не приве­дена). Сигнал, подаваемый на электрод УЭ, открывает тири­стор лишь тогда, когда на анод вентиля V2подан положительный

тельно заряженного конденсатора на резистивное сопротивление. Однако при разряде конденсатора непосредственно на цепь регулятора тока, обладающего ре-8ИСТИННЫМ сопротивлением небольшой величины, требуется конденсатор весьма большой емкости. Для уменьшения емкости конденсаторной батареи в РССТ современных источников используют промежуточные полупроводниковые уси­лители на транзисторах. В этом случае разряд конденсаторной батареи проис­ходит на цепь эмиттер—база транзистора, а обмотка регулятора тока включена в коллекторную цепь транзистора, где ток в 30—40 раз больше тока базы. Про­межуточный полупроводниковый усилитель па транзисторах в схеме РССТ поз­воляет не только резко снизить емкость батареи, но и создать возможность для регулирования времени снижения сварочного тока

РЕЖИМЫ РАБОТЫ И ЕДИНАЯ СТРУКТУРА ОБОЗНАЧЕНИЙ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

Режимы работы источников питания. Любая электротехническая установка, в юм числе и источник питания, рассчитана на определенную нагрузку, при ко­торой он работает, не перегреваясь выше установленных норм. Наименее тепло­стойкими в источнике являются изоляция обмоток и р-п — переходы выпря­мительных блоков. При одной и той же нагрузке источник питания нагревается до разной температуры Т при различной температуре окружающей среды 7'₀. Температура окружающей среды по ГОСТу принята равной 40^е С на высоте 1000 м над уровнем моря. Источник питания рассчитан по нагреву на определенный ре­жим работы, определяемый характером изменения нагрузки во времени. Режим характеризуется графиком нагрузки, представляющим зависимость отдаваемой мощности Р во времени. Ток, напряжение и мощность источника, при которых он работает в данном режиме не перегреваясь выше нормы, называют номиналь­ными (расчетными).

Номинальные ток, напряжение, мощность и режим работы указываются пред­приятием-изготовителем на щитке источника и в каталоге. Различают три режима работы источников питания: продолжительный, перемежающийся и повторно-кратковременный. Продолжительным называется такой режим, при котором источ­ник успевает за время работы нагреться до установившейся температуры пере­грева в_у. Перегревом называется разность температур Т источника питания и Т_о окружающей среды. За установившуюся температуру Т_у и температуру 0_у перегрева принимают такие значения, при которых наступает равенство тепла, выделяемого в источнике при его работе, и отдаваемого в окружающую среду.

На рис. 7, а приведены зависимости нагрузки Р (t), нарастание температуры б (/) перегрева и температуры Т (I) источника для продолжительного режима ра­боты. Величина подкасательной % экспоненциальной кривой 0 (t), имеющая раз­мерность времени, называется постоянной времени нагрева. Она характеризует скорость возрастания 6 и Т данного источника. За время t, равное %, перегрев до­стигает 63% ву.


Перемежающийся режим характерен гем, что за время работы /_р (рис 7, б) температура источника не достигает значения Ту, а во время перерывов ^_п в ра­боте не успевает охладиться до температуры Т_о. На практике время t_n соответ­ствует режиму работы на холостом ходу. Охлаждение, так же как и нагрев, про­исходит по экспоненциальному закону, но постоянная времени охлаждения т_охл несколько больше постоянной времени нагрева (т_охл >• т_нагр)- По истечении некоторого времени, во время которого периоды t_p работы чередуются с перио­дами t_a паузы, температура 7* источника достигает среднего значения Т_ДОп между X, и Т_г. Эта температура соответствует еюминэльным (расчетным) значениям тока /_н, напряжения Ј/_н и мощности Р_н. Перемежающийся режим работы харак­теризуется относительной продолжительностью нагрузки (%)

Повторно-кратковременный режим отличается от перемежающегося тем, что источник не работает на холостом ходу, а отключается от питающей силовой сети. На рис. 8 показана зависимость нагрузки для повторно-кратковременного ре­жима. В таком режиме, как правило, работают источники питания установок



нята единая структура обозначения. Обозначение типов изделий, выпускаемы^ заводами, состоит из буквенной и цифровой части. Первая буква — тип изделий (Т — трансформатор, В — выпрямитель, Г—генератор, У — установка); вто­рая буква — вид сварки (Д — дуговая, П — плазменная); третья буква — ело. соб сварки (Ф •— под флюсом, Г — в защитных газах, У — универсальные источ­ники для нескольких способов сварки); отсутствие буквы означает ручную сварку штучными электродами, четвертая буква дает дальнейшее пояснение назначения источника (М — для многопостовой сварки, И — для импульсной сварки). Две (или одна) цифра после букв и тире — номинальный сварочный ток источника (округлено в сотнях ампер); две последующие цифры (например, 02) — регистра­ционный номер изделия; следующие буквы и цифра — климатическое исполне­ние (У или Т) и категорию размещения (2, 3 или 4). Расшифровывая, например, тип изделия ВДГМ-1602УЗ, получим: выпрямитель для дуговой сварки в среде защитных газов многопостовой на ток 1600 А, регистрационный номер изделия 02, климатическое исполнение У, категория размещения 3.

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Общие сведения. Современные источники питания переменного тока, серийно выпускаемые отечественными заводами, можно разделить на две группы. Первая группа — это источники переменного тока, предназначенные для питания одного поста при ручной дуговой сварке штучными электродами и при механизирован­ной сварке под флюсом. Источники этой группы на предприятиях называют сварочными трансформаторами. Основным блоком у них является трансформатор. Источники переменного тока на большие токи (1000—1600 А) для механизирован­ной сварки выпускаются стабилизированными. Вторая группа источников пере­менного тока предназначена для сварки изделий из легких сплавов, в состав ко­торых входят элементы, образующие на поверхности свариваемых металлов туго



плавкие пленки, препятствующие нормальному сплавлению. В этом случае сварка производится неплавящимся вольфрамовым электродом в среде защитного газа 6т специализированных источников питания, которые называют установками.

Трансформаторы для ручной дуговой сварки. Техническая характеристика сварочных трансформаторов для ручной дуговой сварки штучными электродами Приведена в табл. 1.

Трансформаторы выпускаются в передвижном (ТД-300, ТД-500, ТД-502) и в переносном (ТД-102, ТД-306) исполнениях и рассчитаны на перемежающийся йежим работы. Трансформаторы имеют внешние характеристики падающей формы. Магнитопровод ТД стержневого типа. Используя специальную конструкцию маг­нитной цепи и расположения обмоток в трансформаторе искусственно усиливают



магнитные поля рассеяния, что увеличивает индуктивность рассеяния обмоток, а следовательно, их индуктивные сопротивления. Конструкция трансформатора позволяет перемещать катушки одной из обмоток, плавно регулировать индуктив­ные сопротивления обмоток и устанавливать необходимый сварочный ток. На рис. 9 приведена принципиальная упрощенная электрическая схема трансформа­тора типа ТД. На каждом стержне магнитопровода трансформатора имеется ка­тушка первичной (И⁷,) и вторичной (W₂) обмоток. Катушки первичной обмотки — неподвижные и закреплены у нижнего ярма сердечника; катушки вторичной обмотки — подвижные. Вторичные катушки перемещаются с помощью ходового винта, пропущенного через верхнее ярмо сердечника. Трансформатор имеет две ступени грубого регулирования тока. При попарном параллельном соединении катушек, расположенных на двух стержнях, получается ступень больших токов, а при последовательном соединении — ступень малых токов. При последователь­ном соединении некоторая часть витков первичной обмотки отключается и напря­жение холостого хода повышается. Это благоприятно сказывается на стабиль­ности горения дуги на малых токах.

Трансформатор снабжен переключателем диапазонов сварочного тока. Пре­делы регулирования сварочного тока /₂ обеспечиваются для всех трансформа­торов при рабочем напряжении на зажимах трансформатора 11% = 20 + 0,04 /.

На рис. 10 приведены внешние характеристики трансформатора ТД-500. Трансформатор ТД-502, в отличие от трансформатора ТД-500, снабжен конденса­тором для компенсации реактивной мощности. Конденсатор смонтирован снаружи кожуха трансформатора и подключен параллельно его первичной обмотке. Все трансформаторы типа ТД близки по конструктивному исполнению и работают при естественной вентиляции.

Трансформаторы типа ТДФ. Трансформаторы ТДФ предназначены для меха­низированной дуговой сварки под флюсом. Трансформаторы типов ТДФ-1001 и ТДФ-1601 стационарные. Рассчитаны на продолжительный режим работы при принудительном воздушном охлаждении. В основу конструкции сварочного транс­форматора типа ТДФ положен трансформатор с магнитным шунтом МШ. Магнита-

провод трансформатора стержневого типа. На рис. 11 приведена конструкция маг-нитопровода и размещение обмоток трансформатора ТДФ 1001. Сердечник маг­нитного шунта МШ, на котором размещена обмотка управления с витками В? у, расположен перпендикулярно к стержням трансформатора,

На'каждсм стержне магнитопровода размещены витки W_t и №_а"обмоток транс­форматора. Вторичная обмотка состоит из двух частей: основной части с вит­ками W₂ocit. расположенными у верхнего ярма магнитопровода, и дополнительной части, витки 1?₂доп которой размещены у нижнего ярма. Магнитный шунт МШ расположен на пути стержневых полей рассеяния. Изменяя ток управления /у, можно влиять на магнитное состояние шунта.