Источники питания для ручной электродуговой сварки

Требования к источникам питания для ручной электродуговой сварки.

Источник питания должен:

1. Обладать крутопадающей внешней вольтамперной характеристикой (рис. 1);

2. Обеспечивать регулирование режима сварки (сварочного тока Iсв и напряжения Uсв);

3. Ток короткого замыкания Iкз должен быть не более чем 2 Iр. Отношение Iкз/Iр называется коэффициентом добротности D источника питания;

4. Обладать хорошими динамическими свойствами, т.е. очень быстро – за 0,02-0,05 с после короткого замыкания восстанавливать напряжение от U = 0 до напряжения зажигания дуги Uзд;

5. Обеспечивать напряжение холостого хода Uхх в 2,5-3 раза больше, чем рабочее напряжение Uр.

Ручную электродуговую сварку ведут на переменном, либо на постоянном токе. При сварке на переменном токе в качестве источника питания используют сварочные трансформаторы, а при сварке на постоянном токе используют сва­рочные преобразователи (генераторы) или выпрямители.

Принципиальные электрические схемы трансформаторов для ручной электродуговой сварки показаны на рис. 2. По конструктивным особенностям они подразделяются на две основные группы:

- с нормальным магнитным рассеиванием;

- с развитым магнитным рассеиванием.

Рис. 1. Внешняя вольтамперная характеристика источника питания

1 - вольтамперная характеристика электрической дуги;

2 - вольтамперная характеристика источника питания;

Up, Uзд, Uхх - значения напряжений, соответственно,

рабочего, зажигания дуги и холостого хода;

Iр, Iкз - значения токов, соответственно, рабочего и короткого замыкания

Первые выполнены в виде двух различных аппаратов - трансформатора и дросселя и изготавливаются с отдельным дросселем или со встроенным дросселем (рис. 2 а, б). Сила сварочного тока при этом регулируется изменением воздушного зазора в дросселе, который также обеспечивает падающую внешнюю вольтамперную характеристику трансформатора. К этой группе относятся трансформаторы типа СТЭ и СТН. Эти трансформаторы устарели и серийно в настоящее время не выпускаются.

Вторая группа трансформаторов выполняется с подвижными вторичными обмотками. Сила сварочного тока при этом регулируется изменением расстояния между первичными и вторичными обмотками, что также обеспечивает трансформатору падающую внешнюю вольтамперную характеристику.

Трансформаторы с развитым магнитным рассеиванием с подвижными обмотками в настоящее время широко используются при ручной дуговой сварке. Они имеют повышенный КПД и обеспечивают устойчивое горение сварочной дуги, как на больших силах тока, так и на малых. К этим трансформаторам относятся трансформаторы типа ТС, ТСК-500 (рис. 2 в).

Рис. 2. Принципиальные схемы сварочных трансформаторов

а - трансформатор с отдельным дросселем; б - трансформатор типа СТН (со встроенным дросселем); в - трансформатор типа ТСК-500

Как было сказано выше, для сварки на постоянном токе применяются сва­рочные генераторы. Наиболее распространенные из них выполнены по схемам, показанным на рис. 3 и подразделяются на генераторы с независимым возбужде­нием и генераторы с самовозбуждением.

Рис. 3. Принципиальные электрические схемы сварочных генераторов

a-с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой;

б - с самовозбуждением, параллельной намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками; Г - генератор; Р - реостат; НО - на­магничивающая обмотка возбуждения; РО - размагничивающая обмотка.

Генератор с независимым возбуждением и с размагничивающей последо­вательной обмоткой (рис. 3 а) имеет две обмотки возбуждения: независимого возбуждения, которая питается отдельно от полупроводникового выпрямителя, и последовательную размагничивающую, включенную последовательно с обмоткой якоря. Ток в цепи независимого возбуждения регулируется реостатом. По этой схеме выполнены преобразователи ПСО-120, ПСО-ЗОО А, ПД-303, ПС0500, ПСО-800, АСО-2000.

В генераторах с самовозбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой возбуждения (рис. 3 б.) используется принцип самовозбуждения. Так работают преобра­зователи ПД-101, ПС-300-1, ПСО-300М, ПС-500.

Широкими возможностями обладают сварочные выпрямители типа ВДУ- 506 (рис. 5), предназначенные для комплектации сварочных автоматов и полуав­томатов для однопостовой механизированной сварки в среде углекислого газа и под флюсом, а также порошковой проволокой.

1,16 - токовые разъемы сварочной цепи; 2 - разъем для подключения блока управления автомата; 3 - разъем для подключения подогревателя газа; 4 - отсек для аппаратуры управления автоматом; 5 - вольтметр; 6 - амперметр; 7 — переключатель внешних характеристик; 8 — переключатель местного дистан­ционного управления; 9 - регулятор тока (напряжения); 10-тумблер включения сварочной цепи; 11 - тумблер предварительной установки напряжения на жестких характеристиках; 12 - выключатель трансформатора питания цепей управления; 13 - кнопка «Стоп»; 14 - кнопка «Пуск»; 15- сигнальная лампа; 16, 17 - шины заземления разъема обратного кабеля.

Рис. 5. Общий вид сварочного выпрямителя ВДУ-506:

Выпрямитель может быть использован для работы со сварочными роботами и манипуляторами, а также для ручной дуговой сварки штучными электродами.

Инструментом и принадлежностями электросварщика являются; электрододержатель, щиток или маска, специальный молоток с зубилом, стальная щетка, клейма для маркировки сварных швов, сумка для хранения и переноски электродов и инструмента.

На рис.6 показаны основные типы электрододержателей, применяемые при ручной дуговой сварке.

Рис. 6. Конструктивные схемы электрододержателей для ручной дуговой сварки

а - вилочные; б - пружинные; в - зажимные; г - безогарковые; д - двухэлектродные; е - со стопорным кольцом

Щитки, маски и шлемы применяются для предохранения глаз и кожи лица сварщика от вредного влияния ультрафиолетовых лучей и брызг расплавленного металла. На рис. 7 изображены щиток, маска и шлем электросварщика.

Рис. 7. Щиток (а), маска (б) и шлем (в) электросварщика

Щитки и маска изготовляются из фибры или специальной фанеры и снаб­жены темными стеклами, которые подбирают в зависимости от силы сварочного тока: при силе тока до 70 А применяются стекла марки Э-2, при силе тока от 200 до 400 А - марки Э-4.

Ток от силовой сети подводится к сварочным аппаратам по проводам марок ПРН и ПРТН, от сварочных аппаратов к рабочим местам - по гибким проводам марки ПРГ, АПД или ПРГД. Сечение сварочных проводов зависит от допускае­мой величины силы тока: при силе тока 100 А - сечение провода - 16, при 200 А - 25, при 300 А - 50, при 400 А - 70 мм.

Вспомогательный инструмент. Стальная щетка используется для очистки металла от грязи и ржавчины перед сваркой и шлака после сварки, молоток с заостренным концом - для отбивки шлака со сварных швов и нанесения личного клейма. Зубило применяют для вырубки монтажной сварки (прихваток) и дефектных мест сварочного шва.

Спецодежда сварщика: куртка и брюки или комбинезон, а также рукавицы, которые изготавливаются из плотного брезента. Брюки носят навыпуск, а куртку - не заправляя в брюки.

Электроды для сварки и наплавки.

Общие технические требования к электродам, размеры и классификацию устанавливает ГОСТ 9466-75.

Электроды классифицируются:

1. по назначению: для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей (σр < 600 МПа) - «У»; для сварки легированных конструкци­онных сталей (σр > 600 МПа) - «Л»; для сварки легированных теплоустойчивых сталей - «Т»; для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами - «В»; для наплавки - «Н»;

2. по типам и маркам: по ГОСТ 9467-75 изготавливаются электроды 23 типов; по ГОСТ 10052-75 - 49 типов и ГОСТ! 0051 -75 - 44 типа;

3. по толщине покрытия, которая характеризуется отношением D/d, где D- наружный диаметр электрода вместе с покрытием; d -диаметр стержня:

с тонким покрытием – D/d < 1.2 М;

со средним покрытием - 1,2 < D/d < 1,45 - С;

с толстым покрытием - 1,45 < D/d< 1,8 - Д;

с особо толстым покрытием – D/d> 1,8 - Г;

4. по качеству: электроды подразделяются по точности изготовления, со­стоянию поверхности покрытии, содержанию серы и фосфора в наплавленном металле - группы 1-3;

5. по видам покрытия: с кислым покрытием - А; с основным - Б; с цел­люлозным Ц; с рутиловым - Р; с прочими - П. Электродам с покрытием сме­шанного вида соответствует двойное обозначение. При введенном в покрытие железном порошке в количестве более 20% к обозначению добавляется буква Ж;

6. по применению в разных пространственных положениях: для всех положений - 1; для всех, кроме вертикального сверху вниз - 2; для нижнего, горизонтального и вертикального снизу вверх - 3; для нижнего и нижнего в лодочку - 4;

7. по роду и полярности тока, а также по напряжению холостого хода ис­точника питания переменного тока (частота 50 Гц). ГОСТ 9466-75 устанавливает условное обозначение для каждой марки электродов, которое указывается на этикетке (рис. 8).

Рис. 8. Позиции условных обозначений электродов на этикетках

I - тип; II - 11-марка; III - диаметр; IV - назначение; V - толщина покрытия;

VI - группа (по качеству); VII - характеристика наплавленного металла шва (по ГОСТ 9467 -75, 10051-75, 10052-75); VIII- вид покрытия; IX - допустимое пространственное положение шва; X - род и полярность тока, допустимое номинальное напряжение холостого хода (табл. 1); XI - ГОСТ 9466-75; XII - ГОСТ на типы электродов (или ТУ)

Таблица 1

Рекомендуемая полярность по­стоянного тока	Напряжение холостого хода и источ­ника переменного тока, В	Обозначение
номинальное отклонение	предельное отклонение
Обратная	-	-
Любая	-	-
Прямая
Обратная	-	-
Любая	-	-
Прямая
Обратная	-	-
Любая	-	-
Прямая
Обратная	-	-

Наиболее распространенные электроды для сварки (ГОСТ 9467-75) и наплавки металлов (ГОСТ 10051-75) приведены в табл. 4.

Примеры условных обозначений электродов.

1. Э-50А-УОНИИ 13/55-УД 2

Е-300/32-2 - Б10 - ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75.

Электроды типа Э50А по ГОСТ 9467-75 марки УОНИИ 13/55, для сварки углеродистых и низколегированных сталей (У), с толстым покрытием (Д), вто­рой группы по качеству, с группой индексов, характеризующих наплавленный металл Е-300/32-2, с основным покрытием (Б), для всех пространственных поло­жений (1) на постоянном токе обратной полярности (0).

2. Э-1 5Г5-ОЗН-400У-НД1

Е-400/44-1-Б40 - ГОСТ 9466-75, ГОСТ 10051-75.

Электроды типа Э-15Г по ГОСТ 10051-75 марки ОЗН-400У, для наплавки поверхностных слоев металла с особыми свойствами (Н), с толстым покрытием (Д), первой группы по качеству (1), с группой индексов, характеризующих на­плавленный металл по ГОСТ 10051-75 (400/44-твердость по Виккерсу/Роквеллу), без термообработки (I), с основным покрытием (Б), для наплавки в нижнем по­ложении (4), на постоянном токе обратной полярности (0).