Характеристики сварочных источников

Вид характеристики внешней вольт-амперной характеристики однофазного сварочного трансформатора переменного тока определяется величиной его индуктивного сопротивления. Величина индуктивного сопротивления простого источника (рис. 4.3, а) регулируется за счет изменения расстояния между первичной 1 (неподвижной) и вторичной 2 (подвижной) обмотками трансформатора, расположенными на общем магнитопроводе 3. Чем ближе обмотки, тем меньше индуктивное сопротивление. Чем больше индуктивное сопротивление, чем более круто падает характеристика.

а)                    б)

Рисунок 4.3 – Принципиальная схема сварочного трансформатора:

1- первичная обмотка, 2 – вторичная обмотка, 3 – магнитопровод, 4 – магнитный шунт

При неподвижных обмотках индуктивное сопротивление можно изменять введением между ними магнитного шунта 4 (рис. 4.3, б), увеличивающего рассеяния силовых линий магнитного поля.

При использовании сварочных трансфор­маторов, падающая характеристика может быть получена, если в цепь со сварочной дугой последовательно включить регулируемый дроссель (индук­тивное сопротивление).

В более сложных сварочных источниках переменного тока наряду с основными обмотками, размещенными на различных стержнях магнитопровода, имеется дополнительная обмотка, охватывающая обе основные обмотки. Включая дополнительную обмотку встречно или согласно основным, изменяют сопротивление трансформатора и его характеристику. Выпускаются трансформаторы с шунтом, магнитное устройство которых регулируется подмагничивающей катушкой, а также трансформаторы с магнитной коммутацией потоков. Все что позволяет регулировать наклон вольт-амперных характеристик.

Устойчивость процесса сварки тонкой проволокой в защит­ных газах на автоматах или полуавтоматах с постоянной скоро­стью подачи электродной проволоки обеспечивается при жесткой либо пологопадающей характеристике источника питания, когда небольшие отклонения длины дуги от заданной будут вести к существенному изменению силы тока и, как следствие, к быст­рому восстановлению исходных параметров.

Источники питания для автоматической и механизированной сварки под флюсом должны иметь пологопадаюшую характерис­тику, для сварки в защитных газах - жесткую или пологопадаю­щую.

При сварке под флюсом с постоянной скоростью подачи сварочной проволоки используются источники с пологопадающей внешней характеристикой. Такая характеристика обеспечивает саморегулирование дуги. Свойство саморегулирования дуги заключается в том, что при небольшом диаметре электрода в дуге самопроизвольно устанавливается такой ток, при котором скорость плавления проволоки равна скорости ее подачи. При внезапном удлинении длины дуги сварочный ток уменьшается, уменьшается и скорость плавления проволоки. Длина дуги постепенно уменьшается, и система возвращается в исходное состояние.

При сварке в среде углекислого газа при высокой плотности тока используются источники с жесткой и возрастающей внешней характеристикой для повышения быстродействия процесса саморегулирования.

При сварке неплавящимся электродом, когда процесс саморегулирования отсутствует, внешняя характеристика источника должна быть крутопадающей.

Электрические свойства дуги выражаются статической вольтамперной характеристикой, которая представляет собой зависимость между напряжением на дуге и током дуги (рис. 4.4 а).

а)                                                   б)

Рисунок 4.4 – Вольтамперная характеристика дуги (а) и совмещенная вольтамперная характеристика дуги и источника тока (б)

Характеристика состоит из трех участков: I, II, Ш, каждому из которых присущи свои особенности. Объяснение им можно дать, если рассматривать дуговой промежуток как цилиндрический газовый проводник, проводимость которого зависит от количества находящихся в нем ионов и электронов. Так при увеличении тока до 100 А (участок I) соответственно возрастает количество ионов и электронов в дуговом промежутке, при этом его проводимость увеличивается, а, следовательно, напряжение на дуге уменьшается (падающая характеристика). При токе в 100 А наступает полная ионизация дугового промежутка. Если же продолжать увеличивать ток до 1000 А, то происходит увеличение площади поперечного сечения дуги (пропорционально увеличению тока) и поэтому напряжение на дуге практически постоянно (участок II, жесткая характеристика). При дальнейшем увеличении тока (участок III) площадь поперечного сечения дуги изменяется мало, дуговой промежуток ионизирован полностью и его проводимость остается постоянной, следовательно, напряжение на дуге увеличивается (возрастающая характеристика).

Источники сварочного тока для дуговой электрической сварки должны иметь падающую (или пологую) внешнюю характеристику (рис. 4.4, б). Внешней характеристикой источника электрического тока называют зависимость напряжения на его выходных клеммах от тока цепи при нагрузке. Режим горения сварочной дуги определяют точкой пересечения характеристики дуги (кривая 1) и источника тока (кривая 2).

На рис. 4.4, б точка А соответствует режиму холостого хода источника тока (величина сварочного тока I =0; напряжение холостого хода U_X.X = 60…80 B). Дуга отсутствует. Точка D соответствует режиму короткого замыкания (напряжение короткого замыкания U_К.З =0; I_{К.З .} = I_МАХ). Точка В соответствует моменту зажигания и неустойчивому горению дуги. Точка С соответствует рабочему сварочному режиму с устойчивым горением дуги и величиной сварочного тока I_СВ.

Нормальное горение дуги обеспечивает источник сварочного тока с крутопадающей характеристикой (рис. 4.4, б, кривая 2), которая необходима для облегчения зажигания дуги, для ограничения тока короткого замыкания, для сохранения стабильной проплавляющей способности дуги.

Одна из основных особенностей ручной сварки - частое изменение длины дуги. Оно связано с манипуляцией сварщиком электродом, его плавлением и необходимостью подачи электрода вниз, а также выполнением швов в неудобных и труднодоступных местах. Особенно частые колебания длины дуги возникают при недостаточной квалификации сварщика. Для обеспечения стабильности процесса сварки, требуемой глубины проплавления и хорошего качества шва необходимо, чтобы сила тока при колебаниях длины дуги изменялась минимально.

Если при ручной дуговой сварке использовать источник питания с пологопадающей характеристикой, то при удлинении дуги возможен ее обрыв из-за малого тока, а при укорочении дуги возможен прожог из-за чрезмерно большой силы тока. Поэтому при ручной сварке применяются источники питания с крутопадающей характеристикой, обеспечивающей максимальную стабильность процесса сварки.

Для ручной дуговой сварки (РДС) используют источники питания сварочной дуги переменного и постоянного тока. Сварка на переменном токе производится с использованием сварочных трансформаторов. Питание дуги постоянным током осуществляется от сварочных преобразователей и выпрямителей. При выборе источника питания необходимо учитывать требования, предъявляемые к роду тока маркой электрода и величину тока. Для некоторых электродов необходим только постоянный ток. Другие – являются универсальными.

Широкому применению дуговой сварки на переменном токе в значительной степени способствует высокая надежность в эксплуатации сварочных трансформаторов. В зависимости от применяемого способа регулирования, режима сварки и получения падающей внешней вольт-амперной характеристики (ВАХ) различают трансформаторы с нормальным и повышенным магнитным рассеянием. У трансформаторов с нормальным магнитным рассеянием вторичная обмотка наматывается на первичную таким образом, что весь магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой, охватывает и вторичную обмотку.

Требования к сварочным трансформаторам: напряжение холостого хода должно быть достаточным для возбуждения дуги, они должны изменять величину сварочного тока в требуемых пределах, выдерживать нагрузки тока короткого замыкания, иметь специальную вольт-амперную характеристику.