Особенности источников питания для электрошлаковой сварки (ЭШС)

Большое влияние на стабильность электрошлакового процесса оказывают внешние характеристики источников питания. Электрошлаковый процесс протекает устойчиво при крутопадающих и жёстких характеристиках, однако колебания напряжения сети, изменения скорости подачи электродной проволоки меньше сказываются на проплавлении кромок свариваемых деталей при жёстких внешних характеристиках источников питания.

Для питания аппаратов при ЭШС и электрошлаковом переплаве разработана серия специальных трансформаторов с нормальным магнитным рассеянием типа ТСШ-100, ТРМК-1000 и др.

Основные параметры источников питания дуги. По современным стандартам все источники питания характеризуются рядом параметров, получаемых при работе на установившихся режимах. Что же входит в понятие установившегося режима?

Это работа источника питания при:

а) холостом ходе;

б) рабочей нагрузке;

в) коротком замыкании.

Главный параметр – номинальный ток, находится в пределах 50 – 5000 а.

Напряжение холостого хода (U_хх) – оно определяет условия зажигания дуги и повторного возбуждения дуги и измеряется на клеммах источник5а пр отсутствии нагрузки силовой цепи. U_хх = 30 – 90в.

Условное рабочее напряжение – определяется напряжением на зажимах источника под нагрузкой:

а) для источников питания до 600 а:

U^р_в = 20 + 0,04 I_св.

б) для более мощных:

U^р_в ≥ 44в.

Продолжительность работы (ПР):

ПР = t_р/t_цикла · 100, t_цикла – продолжительность цикла

t_р – рабочий период.

ПР = 60-65% - для однопостовых; t_цикла ≈ 5-10 мин.

ПР = 100% - для многопостовых.

КПД – характеризует потери энергии в самом источнике:

η_и = N_д/N_с · 100, N_д – мощность дуги;

где: N_c - мощность, потребляемая из сети.

N_д – мощность дуги;

η_и = 45 – 98%.

Оборудование для механизированной сварки под флюсом. В судостроении применяются установки с автоматами переносного типа – сварочными тракторами. Помимо сварочного трактора, в состав установки входят шкаф управления и, обычно, источник питания сварочной дуги. Для примера, приведём некоторые ТТД автоматов для сварки под слоем флюса.

Автомат АДС-1000-2 (автомат дуговой сварочный, ток до 1000 а, тип 2) – универсальный, предназначенный для сварки стыковых и угловых швов (Рис.6.3.) Практика показывает, что этот автомат обеспечивает стабильные качества соединений при сварке стыковых швов, а угловых только в положении «в лодочку». При сварке наклонным электродом трудно получить угловые швы удовлетворительного качества. Автомат пригоден только для сварки прямолинейных швов, либо кольцевых швов большого диаметра (свыше 5 м.).

Автомат ТС-17- МУ (Рис.6.4.) – универсальный, пригоден для сварки стыковых и угловых швов (как в положении «в лодочку», так и наклонным электродом». Каретка этого автомата значительно легче и комплектнее, чем у автомата АДС-100-2. Это позволяет применять его даже для сварки внутренних кольцевых швов барабанов диаметром более 1,5 м.

Автомат АДФ-500 – малогабаритный (вес 250 Н), универсального типа, для сварки стыковых и угловых швов электродной проволокой диаметром до 2 мм на постоянном токе. Трактор может перемещаться либо непосредственно по изделию, либо по направляющей линейке.

Автомат АСУ-2 – специализированный для сварки угловых швов (Рис.6.5.) наклонным электродом (наклон до 40^о), при высоте стенки от 40 мм и выше; (катет 3-8 мм). Диаметр электродной проволоки – 1,6 – 2 мм. Трактор имеет два электродвигателя (для перемещения каретки и для подачи проволоки), конструктивно связанных в одну общую трёхколёсную каретку с барабаном для проволоки, бункером с флюсом и пультом управления. Автомат применяют для приварки набора к полотнищам в секциях бортов, днища, палуб, переборок и т. п. Есть и его модификации – АСУ-5 и АСУ-6.

Современное и высокопроизводительное оборудование для сварки в судостроении. Целесообразность широкого применения механизированных и автоматизированных способов сварки в судостроении достаточно актуально и, в первую очередь потому, что переход производства судов по международным стандарты ИСО 9000, требует значительного повышения качества продукции при снижении её стоимости и повышения конкурентоспособности на мировом рынке.

Автоматическая сварка под слоем флюса имеет несколько разновидностей [4,9] из которых выбирают наиболее целесообразный вариант для конкретных условий.

Односторонняя сварка «на весу» (Рис.6.6, а) осуществляется без всяких подкладок с нижней стороны шва; шов формируется в свободном состоянии. Достаточное проплавление и правильное формирование шва достигаются при условии, что зазор не превышает 0,5 мм. Сварку применяют для листов любой толщины, если не требуется сквозного провара сечения, т.е. для неответственных конструкций.

Односторонняя сварка на флюсовой подушке (Рис.6.7, б) обеспечивает полный провар стыкуемых кромок при удовлетворительном формировании шва с обратной стороны. Флюсовой подушкой называется слой флюса, находящийся под кромками шва, поджатый к ним снизу и препятствующий протеканию жидкого металла. Флюсовую подушку встраивают в жёлоб сборочного стенда. Этот способ сварки требует меньшей точности сборки, и применим для толщин 2-10 мм. При этом, как показала практика, современные конструкции стендов с флюсовой подушкой не обеспечивают правильного формирования шва с обратной стороны на всём протяжении; из-за необходимости частичной подварки обратной стороны шва (обычно на длине до 15-20% от общей протяжённости) на большинстве судостроительных заводов одностороннюю сварку на флюсовой подушке не стали применять.

Однако достаточно широко эту разновидность сварки начали применять

в 70-80-е годы прошлого столетия в несколько ином варианте. Оказалось целесообразным вести сварку на флюсовой подушке при выполнении первого прохода в тех случаях, когда листы толстого металла собраны без подготовки кромок с повышенными (до 2 – 6 мм) зазорами. При таком способе сварки не требуется предварительной обработки кромок, объём подгонки и подрубочных работ в процессе сборки листов резко уменьшается. Благодаря повышенному зазору неровности кромок не препятствуют сборке. Сварку первого прохода на флюсовой подушке по повышенным зазорам применяют при толщинах листов от 7 до 30 мм.

Односторонняя сварка на медной подкладке (Рис. 6.6, в) разработан в Японии и применяется для выполнения монтажных швов в тех случаях, когда формирующую медную подкладку можно установить и поджать с обратной стороны.

Подкладка, обладая большой теплопроводностью, не приваривается к стыкуемым листам и обеспечивает правильное формирование шва с обратной стороны.

Односторонняя сварка на медно-флюсовой подкладке автоматами с обратным формированием шва. Разработанный в Японии метод, в СССР получил в 80-е годы прошлого века дальнейшее усовершенствование. В ЦНИИ ТС был разработан и внедрён автомат типа «Мир» с тремя сварочными головками (дугами), который помещался на портал. Этот портал перемещался в направлении перпендикулярном свариваемым стыковым соединениям, а сварочные головки с бункером для флюса перемещались по порталу, осуществляя сварку стыковых соединений плоского полотнища палубной, бортовой и других секций на первой позиции механизированной поточной линии (МПЛ). Обратная сторона сварного шва формировалась на медной подкладке, в канавке которой размещался тонкий (толщиной 5-7 мм) слой мелкого порошкообразного флюса. Медная подкладка при этом охлаждалась проточной водой. На таком стенде размещалось 4-5 медных подкладок из отдельных секций длиной 800-1000 мм каждая. По мере сварки одного стыка, портал перемещался для сварки последующего. В зависимости от толщины свариваемых листов включались в работу от одной до трёх сварочных головок (дуг) одновременно в общую сварочную ванну. Такой агрегат позволял сваривать за один проход листы толщиной до 32 мм с обратным формированием шва при достаточно высоком его качестве. Эффективность работы такого агрегата достигалась при большом объёме сварки на предприятии.