Устройство и работа сварочного трансформатора и выпрямителя

2. Устройство и работа сварочного трансформатора и выпрямителя

 

Для питания электрической дуги применяются источники переменного тока — сварочные трансформаторы и постоянного тока — сварочные выпрямители и генераторы (преобразователи), инверторные источники. Сварочный трансформатор состоит из понижающего силового трансформатора и специального устройства (дросселя, шунта, подвижной катушки), предназначенного для регулирования силы сварочного тока, напряжения, и обеспечения, чаще всего, падающей вольтамперной характеристики. Сварочные трансформаторы могут быть с нормальным и повышенным магнитным рассеянием, механическим и электрическим регулированием сварочного тока и напряжения. Наиболее широко применяются сварочные трансформаторы с повышенным магнитным рассеянием. По способу изменения магнитного рассеяния и индуктивного сопротивления они могут быть с магнитным шунтом, подвижными катушками и витковым (ступенчатым) регулированием. У трансформаторов с подвижным магнитным шунтом типа СТШ (рис.1.2) он конструктивно выполнен из двух половин, расходящихся в противоположные стороны.

Рис.1.2. Электрическая схема сварочного трансформатора типа СТШ 500-80

 

 Сила сварочного тока регулируется изменением положения шунта в магнитном сердечнике. Когда шунт полностью вдвинут в сердечник, магнитный поток рассеяния и реактивная ЭДС рассеяния максимальны, а сварочный ток минимален. У трансформаторов с подвижными катушками типа ТС, ТСК, ТД (рис.1.3) магнитное рассеяние регулируется изменением расстояния между неподвижной первичной 1 и подвижной вторичной 2 обмотками. Это изменение осуществляется поворотом рукоятки 3 и винта, связанного с подвижной отмоткой. Сила

 Рис1.3. Сварочный трансформатор типа ТСК-500

сварочного тока увеличивается при сближении обмоток и уменьшается при увеличении расстояния между ними. Напряжение холостого хода при сдвинутых катушках больше, а при раздвинутых — меньше. У трансформаторов типа ТСК конденсаторы, включенные параллельно первичной обмотке, обеспечивают повышение коэффициента мощности. В трансформаторах типа ТД (рис.1.4) применено двухдиапазонное плавное регулирование тока: в диапазоне малых токов катушки первичной и вторичной обмоток включается

Рис.1.4. Электрическая схема трансформатора ТД-500

I

 последовательно, а больших — параллельно. Включение и отключение катушек производится переключателем, смонтированным внутри трансформаторов. Сварочные выпрямители и генераторы выпускаются с падающими и жесткими внешними характеристиками. Выпрямители с падающими внешними характеристиками типа ВД предназначены для ручной дуговой сварки, резки, наплавки, автоматической дуговой сварки под флюсом, а с жесткими внешними характеристиками типов ВС, ВДГ, ВМ и универсальные ВДУ, ВСУ — для дуговой сварки плавящимся электродом в защитных газах и под флюсом. Каждый источник питания дуги рассчитан на определенную (номинальную) нагрузку, при которой он работает, не перегреваясь выше допустимой температуры (по паспорту). Обычно режим работы источников питания при дуговой сварке обозначают: ПН — продолжительность нагрузки; ПР — продолжительность работы; ПВ — продолжительность включения. Режим работы характеризуется отношением времени сварки к сумме времени сварки и холостого хода

 где tсв — время сварки; tп— время пауз. Различие между ПН, ПР, ПВ состоит в том, что в режимах ПН и ПР источники питания (трансформаторы) во время паузы не отключаются от сети и при разомкнутой сварочной цепи работают на холостом ходу, а в режиме ПВ (выпрямители) полностью отключаются от сети.

За номинальный режим работы однопостовых сварочных трансформаторов, выпрямителей, генераторов принят режим ПН = 20, 35 или 60%, а у многопостовых и установок тока для автоматической сварки — ПН = 100%.

3. Выбор режима сварки

 

Режим обусловливает характер протекания процесса сварки и обеспечивает получение сварного шва заданной формы и размеров. Все определяется диаметром, типом и маркой электрода, коэффициентом наплавки, родом, полярностью и силой тока, напряжением дуги, скоростью сварки, углом наклона и движения электрода, массой наплавленного металла. Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла. При сварке в нижнем положении для выбора диаметра можно пользоваться табл.1.1.

 

Таблица 1.1 Выбор диаметра стержня электрода по толщине свариваемого металла

Толщина S свариваемого металла, мм	до 1,5	2	3	4-5	6-8	9-12	13-15	16-20	св. 20
Диаметр d стержня электрода, мм	1; 1,6	2	3	3-4	4; 5	4; 5	5	5; 6	6;8

 При сварке горизонтальных, вертикальных и потолочных швов независимо от толщины свариваемого металла применяют электроды диаметром dэ <. 4 мм. Тип и марка электрода выбираются в зависимости от марки и механических свойств ( s_в , s_т , KCV, ) свариваемого металла, назначения и условий работы конструкции (табл.1.2). Сила сварочного тока I выбирается в зависимости от диаметра стержня электродах dэ и положения сварного шва в пространстве. При сварке в нижнем положении

где К — коэффициент пропорциональности, который при сварке углеродистых и низколегированных сталей в нижнем положении равен 35-60 А/мм для толщины металла 5-30 мм. При сварке горизонтальных и вертикальных швов сила тока уменьшается на 10-15, а потолочных — на 15-20%. Чрезмерно большой сварочный ток приводит к перегреву и разбрызгиванию электродного металла, ухудшению формирования шва, а при сварке тонкостенных заготовок — к прожогу стенок. Сварка на малых токах сопровождается неустойчивым горением дуги, непроваром, малой производительностью. Род тока и полярность выбираются в зависимости от марки свариваемого металла, его толщины, марки электрода, назначения конструкции. Сварка на постоянном токе обратной полярности применяется для тонкостенных заготовок и высоколегированных сталей с целью исключения их перегрева. Сварку углеродистых сталей обычно выполняют на переменном токе. Напряжение для устойчивого горения дуги Uд определяется по формулам:

где (Uка = 20-22 — суммарное падение напряжения на катоде и аноде, В; Ее = 3,3-3,8 — градиент напряжения (напряженность) в столбе руги. В/мм; l = (0,5-1, l) d — длина дуги, мм; I — сварочный ток. По выбранным Uд и 1 с учетом производительности и КПД выбирают тип сварочного трансформатора (табл.1.3) или выпрямителя (табл.1.4).

Таблица 1.2 Типы и марки электродов в зависимости от марки и механических свойств свариваемого металла

 

Таблица 1.3 Технические данные сварочных трансформаторов

 

Таблица 1.4 Технические данные сварочных выпрямителей

 

4. Техника ручной дуговой сварки

При сварке нижних стыковых швов электрод располагают под углом 70-80° к заготовке для обеспечения равномерного покрытия жидкого металла расплавленным шлаком. Для образования сварного шва (рис.1.5, а) электроду сообщается сложное движение: поступательное вдоль оси со скоростью плавления

Рис.1.5. Положение (а) и поперечное движение (б) электрода при сварке нижних стыковых швов

Рис.1.6. Положение и движения электрода при сварке однослойных швов

стержня для поддержания определенной длины дуги и вдоль кромок со скоростью сварки. Колебание конца электрода поперек шва (рис.1.5, б) необходимо для получения определенной его ширины, хорошего провара кромок и замедления остывания сварочной ванны. Характер колебательных движений определяется формой, размером и положением шва в пространстве. При сварке необходимо внимательно следить за расплавлением кромок основного металла и конца электрода, проваром корня шва и не допускать затекания жидкого шлака вперед дуги. При сварке однослойных швов (рис.1.6, а) дуга возбуждается на краю скоса кромки (в точке А), а затем перемещается вниз для проваривания корня шва. На скосах кромок движение электрода замедляется для исключения прожога в зазоре. При сварке многослойных швов (рис.1.6, б) особое внимание уделяется качественному выполнению первого слоя с проваром корня шва, определяющего прочность всего шва. Процесс заканчивается заваркой кратера. Сварка вертикальных швов (рис.1.6, в) выполняется короткой дугой при перемещении электрода снизу вверх и сверху вниз. При сварке горизонтальных швов дуга возбуждается на нижней горизонтальной кромке, а затем переносится на наклонную для поддержания стекающей капли металла. Сварка потолочных швов (рис.1.6, г) выполняется короткой дугой при периодическом замыкании электрода с ванной жидкого металла. Короткие швы длиной до 250 мм сваривают за один проход, т.е. при движении электрода от начала шва к концу. Средние (250-1000 мм) и длинные, более 1000 мм, сваривают за несколько проходов от середины к краям или обратноступенчатым способом.

5. Порядок проведения работы 1. Ознакомиться с процессом зажигания и строением электрической сварочной дуги. 2. Изучить обозначение покрытых электродов. 3. Изучить устройство и работу сварочного трансформатора и выпрямителя. 4. Выбрать режим сварки стали (марку и толщину указывает преподаватель), выбрать тип сварочного трансформатора или выпрямителя, привести его электрическую схему, выполнить сварку и заполнить табл. 5. 1.7. Содержание отчета

1.         Схема и краткое описание строения электрической дуги, типов электродов, их покрытий

2.          Схема выбранного сварочного трансформатора, выпрямителя, описание его устройства и работы.

3.          Выбранный режим сварки (табл.1.5)

Таблица 1 5 Таблица результатов

Марка и толщина свариваемого металла	Тип, марка и диаметр электрода	Напряжение горения дуги, В	Сила свароч- ного тока, А	Тип трансформа- тора выпрямите- ля и его техни ческие данные	Качество сварного шва по внешнему виду