ОСНОВЫ СВАРКИ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СВАРОЧНЫХ ГОЛОВОК ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ СПОСОБОВ СВАРКИ

Любая разновидность процесса дуговой сварки связана с после­довательным выполнением ряда операций: зажигания дуги: подачи в зону сварки электрода (проволоки, присадки), защитного газа, флюса; стабильного поддержания заданных режимом параметров (тока, напряжения); перемещения дуги вдоль свариваемых кромок с заданной скоростью; заварки кратера при прекращении процесса сварки. При ручной сварке все эти операции выполняются рабо - чим-сварщлком. при автоматической сварке все операции выпол­няет автомат, при полуавтоматической сварке дугу вдоль шва пере­двигает сварщик.

Остальные операции выполняются автоматически. Автомат (или полуавтомат) входит в состав сварочном установки, а в состав любого автомата (полуавтомата) входит в качестве основного узла свароч­ная головка, осуществляющая подачу электродной проволоки в зону горения дуги. Для стабильного процесса сварки в этом случае необ­ходимо соблюдение условия

г =г,

Н /I ИГ

где v и - скорость гтодачн электродной проволоки; гм - скорость ее плавления.

Скорость плавления, по И. Я, Рабиновичу, приближенно опреде­ляется как

г =* I - k U,

п > С! он і н.1

где kt, - коэффициент саморегулирования дуги по току, см/сА; & -

коэффициент саморегулирования дуги по напряжению, см/с-В.

В настоящее время все .механизированные установки для сварки (включая роботизированные системы) оснащаются двумя типами головок для подачи электродной проволоки:

1) система, основанная на саморегулировании дуги - с постоян­ной скоростью подачн проволоки г - = const (предложена В, И. Дятловым в 1942 г.);

2) система, основанная на принудительном регулировании ско­рости подачи электродной проволоки но изменению напряже­ния на дуге ).

Сварочные головки, работающие по принципу регулируемой ско­рости подачи проволоки, имеют двигатель постоянного тока и сис­тему обратной связи, заключающуюся в том, что при изменении длины дуги (а значит и напряжения на дуге) увеличиваются (или уменьшаются) обороты якоря двигателя, увеличивая (или умень­шая) скорость подачи проволоки, приводя ее в соответствие с кри­терием стабильности процесса (г'п =г' ). Принципиальная упрощен­ная электрическая схема такой головки приведена на рис. 3.11, а. Двигатель М, вращающий через редуктор ролики подающего меха­низма, своей обмоткой возбуждения подключен к независимому источнику питания, а его якорь подключен параллельно дуге (при питании переменным током через выпрямитель). При заданном ре­жиме сварки двигатель обеспечивает постоянную равномерную ско­рость подачи проволоки в зону сварки. При случайном увеличении

НУ

длины дуги возрастет напряжение на якоре двигателя, увеличатся его обороты и увеличится скорость подачи проволоки, доведя дли­ну дуги до заданной. Обратный процесс происходит при случайном уменьшении длины дуги. Для настройки нужного режима но скоро­сти подачи служит реостат; с его помощью изменяют величину на­пряжения на якоре двигателя, число его оборотов и скорость пода­чи проволоки.

Рис. З. ІІ. Принципиальная схема головки: a - с подачей :>лек1 родной проволоки и зависимости от напряжения на дуге; 6 - L' постоянной подачей злекі родной проволоки (принцип саморегулирования):

1 - источник питання: 2 - механизм, подающий проволоку: У - свариваемое изделие; ^ - выпрямительный Гілок; 5 - реостат регулировки напряжения па якоре двигателя (числа оборотов двигателя)

Ю

Собственно схема работы головки повторяет порядок операций, про­изводимых при ручной сварке. Однако такой принцип построения голов­ки приводит, например, к тому, что автомат должен иметь два двигателя: один для подачи проволоки, другоіі для привода каретки.

Второй тип головок - с постоянной скоростью подачи (рис. 3.11, о)- возник после открытия явления саморегулирования дуги. Электро­двигатель А/ имеет независимое питание якоря, а намагничиваю­щая обмотка питается отдельно с регулируемым напряжением, что позволяет регулировать скорость подачи проволоки при установле­нии режима в довольно широких пределах. В промышленности широко распространен тип головок, приводимых в действие асин­хронным двигателем переменного тока. Установление нужной для данного режима скорости подачи производится сменой пар шестере­нок в редукторе. Здесь один и тот же двигатель может служить двум целям: для подачи проволоки в зону дуги и для передвижения карет­ки автомата вдоль свариваемого стыка. В выбранном режиме про­волока подается в зону дуги с постоянной скоростью, и колебания длины дуги не изменяют число оборотов двигателя.

Стабильный режим сварки обеспечивается за счет явления само­регулирования дуги. Путем саморегулирования, при г, = const, уда­ется сохранить заданные изначально параметры режима сварки, обес­печив критерий стабильности процесса Само явление

заключается в том, что при случайных нарушениях длины дуги в свя­зи с изменением силы сварочного тока / u и напряжения на дуге самопроизвольно изменяется и скорость плавления проволоки г> . Каждой фиксированной скорости подачи электродной проволоки со­ответствует свои режим горения дуги, при котором скорость нодачн равна скорости плавления.

Качественно механизм саморегулирования можно представить следующим образом. Даже при небольшом изменении длины дуги меняются режим плавления электрода и две вышеназванные скорос­ти. В результате длина дугового промежутка восстанавливается. Ско­рость этого восстановления

Предположим, что но какой-то причине длина дуги изменилась (например, случайный подъем сварщиком головки полуавтомата). При этом статическая ВАХ дуги, соответствуя новой увеличенной длине дуги, зквидистапно займет новое положение с точкой пересе­чения А, (см. рис. 3.12). Видно, что при переходе точки устойчивого равновесия Ли в точку А, (/ > / ) происходит уменьшение сварочно­го тока (/ < ) и увеличение напряжения дуги ({/. > {/„). Такое

изменение тока и напряжения приводит к уменьшению количества выделяемой в дуге теплоты и. как следствие, уменьшению скорости плавления электродной проволоки (см. зависимость?<п| от парамет­ров режима). Здесь замедление скорости плавления при riM=const приводит к восстановлению первоначально заданной длины дуги

f <7 )

1~<0 и параметров режима / и Utt. Если по какой-то случайной

причине режим устойчивого горения переместится в точку А.„ то наступит увеличение сварочного тока (/ > 7 ) и уменьшение на­

пряжения на дуге (/', < увеличится количество выделяемой в дуге теплоты и. как следствие этого, возрастет скорость плавления
электродной проволоки (г =г ), что восстановит. заданную длии

11 ') " '(!

(Г1* )

дуги I j и первоначально установленные параметры режима свар­

ки I и 1',,.

сЗтот краткий качественным анализ показывает, что процесс са­морегулирования происходит тем энергичнее, чем больше меняется величина сварочного тока при отклонении длины дуги на одну и ту же величину, что характерно для более пологих внешних характе­ристик источника питания. Отсюда следует вывод о том, что голов­ки, построенные по первому принципу (принудительного регулиро­вания), хорошо работают с источником, имеющим крутопадающие внешние характеристики, головки с постоянной скоростью подачи - с пологопадаюшими и жесткими ВАХ.

Система саморегулирования весьма надежна при высоких плот­ностях тока (проволока диаметром 1,0...3,0 мм) и при колебаниях напряжения в питающей сети до 8%. Определенным недостатком этой системы является нарушение ее действия при различных возму­щениях (резкое изменение длины дуги из-за неровности изделия, изменение вылета электрода, резкие колебания напряжения в питаю­щей сети и др.). Система с принудительным регулированием скорос­ти подачи рациональна при относительно небольших плотностях тока (диаметр электродной проволоки 4,0...6,0 мм в диапазоне токов

400.. .700 А). Поэтому головки системы с саморегулированием целе­сообразно использовать при автоматической и полуавтоматической сварке под флюсом н в СО, при малых диаметрах проволок 1,0...2,0 мм и в роботизированных комплексах, а систему с принудительным регулированием - в автоматах для сварки под флюсом при диаметре электродной проволоки 4,0 мм и выше.