МЕЖДУНАРОДНЫЙ ИНЖЕНЕР-СВАРЩИК

Требования к источникам питания

Сварочная дуга - мощный электрический разряд в среде ионизированных газов и па­ров между электродами, находящимися под напряжением.

Источник питания сварочной дуги должен удовлетворять следующим основным требо­ваниям: обеспечивать надежное возбуждение дуги, поддерживать ее устойчивое горение, способствовать благоприятному переносу электродного металла и формированию сварного шва, а также обеспечивать возможность настройки требуемого режима сварки.

Эпектрические свойства источника питания при работе в статическом режиме выра­жаются его внешней вольт-амперной характеристикой (ВВАХ) - зависимостью между на­пряжением на его зажимах (клеммах) и силой тока, протекающего через сварочную цепь при нагрузке. Внешняя вольт-амперная характеристика может быть крутопадающей (а), полого­падающей (б), жесткой (в) и возрастающей (г) (рис. 13). Важными параметрами источника питания являются его напряжение холостого хода U0, ток короткого замыкания 1<, номиналь­ное напряжение U„ и ток Ін.

Внешняя характеристика ИП (1) и

Статическая характеристика дуги ИГ

а-крутопадающая, б - пологопадающая, в - жесткая, г - возрастающая

При касании электродом изделия происходит короткое замыкание сварочной цепи, ток которого расплавляет и испаряет металл контактных поверхностей. При последующем от­рыве электрода от изделия в пространстве заполненном ионизированными парами и газа­ми, под действием напряжения источника возникает сварочная дуга Возбуждение дуги про­исходит тем легче, чем выше напряжение хопостого хода источника. Для обеспечения на­дежного возбуждения напряжение холостого хода должно быть не ниже 40 В. По условиям безопасности напряжение холостого хода источников переменного тока не превышает 80 В, постоянного тока - 90 В (за исключением специализированных источников).

При сварке неплавящимся электродом для возбуждения дуги без касания на промежу­ток электрод-изделие подают высоковольтный разряд от специального генератора высоко­частотного напряжения - осциллятора.

Устойчивое горение дуги обеспечивается правильным выбором внешней характери­стики источника питания. Например, при падающей статической характеристике 2 дуги источник питания должен иметь еще более крутопадающую внешнюю характеристи­ку 1.

Как видно из рис. ток и напряжение выдаваемые источником и потребляемые дугой совпадают в точках Л и В.

Из них только точка А соответствует устойчивому горению дуги. Если по какой-либо причине сила тока снизится, то напряжение источника станет больше напряжения дуги, и избыток приведет к увеличению силы тока, т. е. к возврату в точку А.

Если же сила тока увеличится, то напряжение источника снизится и станет меньше на­пряжения дуги, поэтому сила тока уменьшится и режим горения восстановится. Тем самым поддерживается постоянный режим сварки и устойчивое горение дуги.

Точка В соответствует неустойчивому горению дуги, так как всякое случайное измене­ние силы тока развивается вплоть до обрыва дуги или до тех пор, пока сила тока не достиг­нет значения, соответствующего точке устойчивого горения дуги А. Следовательно, устой­чивое горение дуги поддерживается только в той точке, где внешняя характеристика источ­ника питания является более крутопадающей, чем статическая характеристика дуги.

При жесткой статической характеристике дуги внешняя характеристика источника пи­тания может быть и круто-, и пологопадающей. При возрастающей статической характери­стике дуги применяют источники с жесткими внешними характеристиками.

К источникам питания переменного тока предъявляют дополнительные требования, связанные с пониженной устойчивостью дуги переменного тока. При частоте 50 Гц напряже­ние источника в течение секунды 100 раз снижается до нуля, при этом дуга угасает.

После каждого такого угасания дуга может возбудиться лишь при повышенном напря­жении. называемом напряжением повторного возбуждения. Если напряжение источника недостаточно велико, повторного возбуждения может не произойти, и в горении дуги насту­пают значительные перерывы. Для надежного повторного возбуждения дуги переменного тока необходимо увеличивать силу тока и напряжение холостого хода источника, а также применять источники с большой индуктивностью.

При ручной сварке все возможные способы регулирования силы тока и напряжения ду­ги можно свести к двум: изменению напряжения холостого хода U0 и сопротивления Z источ­ника. Если увеличить напряжение холостого хода источника питания, его харак-

Характеристики ИП дуги при увеличении напряжения холостого хода (а) и сопротивления источника питания (б)

При ручной сварке покрытыми электродами испопьзуют источники питания постоянно­го и переменного тока с крутопадающими внешними характеристиками. Благо­даря повышенному напряжению холостого хода обеспечивается надежное первоначальное и повторное возбуждение дуги. При сочетании крутопадающей характеристики источника с жесткой характеристикой дуги выполняется условие устойчивости. Поскольку на рабочем участке (область точки А) характеристика источника близка к вертикальной, то при увеличе­нии длины дуги и ее напряжения, сила тока уменьшается незначительно За счет этого обес­печиваются высокая устойчивость горения, эластичность сварочной дуги и стабильный режим сварки. При крутопадающей внешней характеристике сила тока короткого замыкания сравнительно невелика, поэтому разбрызгивание электродного металла при капельном пе­реносе мало.

При сварке под флюсом и в среде защитных газов применяются автоматические сис­темы с постоянной скоростью подачи проволоки в сочетании с пологопадающей ипи жесткой ВВАХ источника питания. Такие системы работают по принципу саморегулирования дуги, который заключается в том. что при большой силе тока и небольшом диаметре электрода в дуге самопроизвольно устанавливается такая сила тока, при которой скорость плавления проволоки равна скорости ее подачи. При внезапном удлинении дуги сила свароч­ного тока уменьшается, и снижается скорость плавления проволоки В результате возник­шее отклонение длины дуги уменьшается, а сила тока увеличивается до тех пор, пока не восстановятся исходные дпина и сила тока дуги. Аналогичные процессы происходят при укорачивании дуги. Чем больше отклонение силы сварочного тока, тем легче саморегулиро­вание дуги.

При изменении длины дуги отклонение силы тока тем больше, чем меньше наклон внешней характеристики источника.

Для уменьшения разбрызгивания электродного металла последовательно с источни­ком включают дроссель со значительной индуктивностью, ограничивающей пиковое значе­ние силы тока короткого замыкания

В системах с постоянной скоростью подачи проволоки и жесткой или пологопадающей ВВАХ напряжения дуги регулируется через источник питания (подбором параметров ВВАХ). а сила сварочного тока устанавливается в зависимости от скорости подачи проволоки и по­этому настраивается механизмом ее подачи.