Выбор источника питания

Для сварки на переменном токе основным источником питания являются сварочные трансформаторы. Их основными функциями являются питание сварочной дуги и регулирование сварочного тока. Такие трансформаторы делят на две группы: трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием и дополнительной реактивной катушкой-дросселем и трансформаторы с повышенным магнитным рассеянием. Применяют их при ручной и автоматической сварке под флюсом. Упрощенно схему работы трансформатора можно представить так: на стальном сердечнике находятся первичная и вторичная обмотки. Ток из сети, проходя через первичную обмотку, намагничивает сердечник, образуя тем самым переменный магнитный поток, который индуктирует ток во вторичной обмотке. Первичная обмотка сварочного трансформатора ТСК-500 неподвижна, в то время как вторичная передвигается по сердечнику, регулируя сварочный ток. Обмотка состоит из двух катушек, которые закреплены на двух стержнях магнитопровода. Она находится в нижней части сердечника. На определенном расстоянии от первичной расположена вторичная обмотка. Она также состоит из двух катушек, соединенных параллельно. Обмотка перемещается по сердечнику с помощью винта и рукоятки, находящейся на крышке кожуха трансформатора. Вторичная обмотка жестко соединена с плитой. Изменение расстояния между обмотками регулирует сварочный ток. Если рукоятку вращать по часовой стрелке, то вторичная обмотка приближается к первичной, уменьшая индуктивное сопротивление. Наблюдается возрастание сварочного тока. Вращение рукоятки против часовой стрелки увеличивает расстояние между обмотками. Это способствует возрастанию индуктивного сопротивления и уменьшению сварочного тока. С вторичной обмотки ток поступает на выход. Сварочный ток можно регулировать в пределах от 165 до 650 А. Сварочные генераторы постоянного тока обеспечивают устойчивость горения сварочной дуги, так как изменение величины сварочного тока влечет за собой уменьшение или увеличение магнитного потока. Питание электродуги происходит за счет съема напряжения с зажимов угольных щеток на коллекторе. Движение сварочного агрегата происходит при помощи двигателя внутреннего сгорания. В сварочных преобразователях ту же функцию выполняет электродвигатель. Соединение сварочного трансформатора и блока выпрямителя образует сварочный выпрямитель. Иногда для получения падающей характеристики сюда подключают дроссель. Принцип действия выпрямителей основан на свойстве полупроводников проводить ток только в одном направлении. Наибольшее распространение получили выпрямители с кремниевыми и селеновыми полупроводниковыми элементами. В сварочных выпрямителях применяют трехфазную мостовую схему выпрямления. При такой схеме возникает меньшая импульсация выпрямленного напряжения, и питающая сеть переменного тока получает более равномерную загрузку. Выпрямители имеют высокие динамические свойства из-за меньшей электромагнитной инерции. Здесь ток и напряжение при переходных процессах меняются почти мгновенно. Здесь отсутствуют вращающиеся части, что делает установку надежной и простой в эксплуатации. Выпрямители с падающими внешними характеристиками используются как для ручной дуговой сварки и резки, так и для автоматизированной. Существует несколько типов выпрямителей. Выпрямитель типа ВДГ используется при механизированной сварке в углекислом газе. Переключение режимов сварки дистанционное. Выпрямители типа ВДУ (универсальные сварочные) применяются для однопостовой механизированной сварки под флюсом и в углекислом газе. Обратная связь по току используется для получения падающих внешних характеристик. Магнитный усилитель применяется в качестве датчика. Тип ВДГУ можно использовать для ручной дуговой сварки электродами. Выпрямители типа ВДГИ предназначены для импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом в защитных газах.

Выпрямители типа ВКСМ, В ДМ, В ДУМ (многопостовые сварочные) рассчитаны на номинальные длительные токи 1000–5000 А. По номинальной силе тока одного поста и коэффициенту одновременности нагрузки (0,6–0,7), устанавливается число постов. Например, выпрямитель ВДМ-1601УЗ предназначен для питания семи и девяти сварочных постов ручной дуговой сварки. Имеет жесткие внешние характеристики. Другой выпрямитель – ВДУМ-4Х401УЗ – предназначен для питания четырех сварочных постов при механизированной сварке в углекислом газе и ручной дуговой сварке. Выпрямитель здесь тиристорный, имеющий жесткие и падающие внешние характеристики. Во время эксплуатации выпрямитель должен подвергаться планово-предупредительному контролю. Один раз в два месяца необходимо очищать кремниевые вентили от пыли и грязи сжатым воздухом и тщательно проверять затяжку контактных соединений. У нового выпрямителя следует проверить сопротивление изоляции относительно корпуса. Сопротивление изоляции первичного контура должно быть не ниже 1 мОм, а вторичного – не ниже 0,5 мОм. Если сопротивление снижено, то выпрямитель просушивают внешним нагревом или обдувом теплым воздухом. Выпрямители, хранившиеся более одного года, следует включать на 20 минут на напряжение, равное половине номинального значения, а затем на 4 часа – на номинальное переменное напряжение без нагрузки.

1.5. Выбор электродов

Для ручной дуговой сварки применяют стержни сварочной проволоки, на которые наносится покрытие – вещество для усиления процесса ионизации. В состав такого покрытия входят:

– шлакообразующие компоненты, представляющие собой руды (титановые и марганцевые) и различные минералы (полевой шпат, гранит, кремнозем, плавиковый шпат);

– газообразующие – неорганические (мрамор СаСО3, мащезит MgCO3 и др.) и органические (крахмал, древесная мука и т.п.) вещества;

– легирующие элементы и элементы-раскислители – кремний, марганец, титан и другие, а также сплавы этих элементов с железом, алюминий как раскислитель вводится в покрытие в виде порошка-пудры;

– связующие компоненты – водные растворы силикатов натрия и калия, называемые жидким стеклом;

– формовочные добавки – вещества, придающие покрытию лучшие пластические свойства (бетонит, каолин, декстрин, слюда и др.).

Для устойчивого горения дуги в покрытие вводят вещества, содержащие элементы с низким потенциалом ионизации (соли щелочных металлов, калиевое и натриевое жидкое стекло и др.).

С целью повышения производительности сварки в покрытие добавляют железный порошок, содержание которого может составлять до 60% массы покрытия.

Все электроды для ручной сварки можно разделить на следующие группы:

В-для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами – 49 типов;

Л – для сварки легированных конструкционных сталей в временным сопротивлением разрыву свыше 60 р МПа – пять типов (Э70, Э85, Э100, Э125, Э150);

Т – для сварки легированных теплоустойчивых сталей – девять типов;

У – для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву;

Н – для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами – 44 типа.

Цифры в обозначениях типов электродов для сварки конструкционных сталей означают гарантируемый предел прочности металла шва.

Ниже дана таблица применения электродов.

Таблица 2. Электроды для дуговой сварки

Тип электрода	Относительное удлинение, %	Назначение
Э70 Э85 Э100 Э125 Э150	14 12 10 8 6	Сварка легированных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности с временным сопротивлением свыше 600 МПа
Э55 Э60	20 18	Сварка углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением 500–600 МПа
Э38 Э42 Э46 Э50	14 18 18 16	Сварка углеродистыхи низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением до 500 МПа
Э42А Э46А Э50А	22 22 20	Сварка углеродистыхи низколегированных конструкционных сталей с повышенными требованиями к пластичности и ударной вязкости

Примечание. Для электродов типа Э70, Э85, Э100, Э125, Э150 механические свойства указаны после термообработки.

1.6. Режим сварки

Все параметры режима сварки можно разделить на основные и дополнительные. Основные параметры – это величина и полярность тока, диаметр электрода, напряжение на дуге, скорость сварки. Дополнительные параметры – состав и толщина покрытия электрода, положение электрода и положение изделия.

Сварочный ток. Увеличение его вызывает (при одинаковой скорости сварки) рост глубины проплавления (провара), что объясняется изменением погонной энергии (теплоты, приходящейся на единицу длины шва) и частично изменением давления, оказываемого столбом дуги на поверхность сварочной ванны

Таблица 3. Режимы сварки стыковых соединений без скоса кромок

Характер шва	Диаметр электрода, мм	Ток в амперах	Толщина металла в мм	Зазор в мм
Односторонний				1.9
Двусторонний				1.5
Двусторонний			7–8	1.5–2.0
Двусторонний				2.0

Примечание. Максимальные значения тока должны уточняться по паспорту электродов.

Таблица 4. Режимы сварки стыковых соединений со скосом кромок

Диаметр электрода, мм	Среднее значение тока, А	Толщина металла, мм	Зазор, мм	Число слоев, кроме подварочного и декоративного
первого	последующего
		180–260		1.5
		180–260		2.0
		180–260		2.5
		180–260		3.0
		220–320		3.5

Род и полярность тока также влияют на форму и размеры шва. При сварке постоянным током обратной полярности глубина провара на 40–50% больше, чем постоянным током прямой полярности, что объясняется различным количеством теплоты, выделяющейся на аноде и катоде. При сварке переменным током глубина провара на 15–20% меньше, чем При сварке постоянным током обратной полярности.

Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла, положения, в котором выполняется сварка, а также от вида соединения и формы подготовленных кромок под сварку. При сварке встык «листов стали толщиной до 4 мм в нижнем положении диаметр электрода обычно берется равным толщине свариваемого металла. При сварке стали большей толщины используют электроды диаметром 4–6 мм при условии обеспечения полного провара соединяемых деталей и правильного формирования шва.

Напряжение определяет, главным образом, ширину шва. На глубину провара напряжение оказывает весьма незначительное влияние. Если при увеличении напряжения скорость сварки увеличить, ширина шва уменьшится.

Сила тока в основном зависит от диаметра электрода, а также от длины его рабочей части, состава покрытия, положения сварки. Чем больше ток, тем выше производительность, т.е. больше наплавляется металла.

Рисунок 1. Сварка стыковочных швов

1 – сварка шва «на весу»; 2 – сварка на медной подкладке (съемной); 3-сварка на стальной остающейся подкладке; 4 – сварка с предварительным и подварочным швом.

Однако при чрезмерном для данного диаметра электрода токе электрод быстро нагревается выше допустимого предела, что приводит к снижению качества шва и повышенному разбрызгиванию.

На рис. 1. представлены схемы сварки стыковых швов навесу, на медной съемной подкладке, с предварительным подварочным швом и на стальной подкладке.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Раскрой металла

Для изготовления ёмкости под воду с крышкой и сливным краном используется сталь низкоуглеродистая, она содержит до 0,25% углерода и имеет хорошую свариваемость. При выборе типа и марки электрода для сварки низкоуглеродистых сталей, руководствуются следующими требованиями:

• обеспечением равнопрочного сварного соединения с основным металлом
• отсутствием дефектов в швах
• получение требуемого химического состава металла шва
• обеспечение стойкости сварных соединений

Такую сталь сваривают электродами марок: УОНИ, АНО, МР и т.д.