Основы сварочного дела

Сварочные аппараты переменного тока

Сварочные аппараты переменного тока, применяемые на заводах и строительно-монтажных площад­ках, подразделяют на четыре основные группы: сварочные аппараты с отдель­ным дросселем; сварочные аппараты со встроенным дросселем; сварочные аппараты с подвижным магнитным шунтом; сварочные аппараты с уве­личенным магнитным рассеянием и подвижной обмоткой. Они от­личаются по конструкции и по электрической схеме. Сварочные аппа­раты состоят из понижающего транс­форматора и устройства—дросселя, подвижного магнитного шунта, под­вижной обмотки—для создания па­дающей внешней характеристики и ре­гулирования сварочного тока. Транс­форматор обеспечивает питание дуги переменным током напряжением 60... 70 В.

Сварочные аппараты с отдельным дросселем (рис. 25) состоят из пони­жающего трансформатора и дросселя (регулятора тока). Трансформатор Тр имеет сердечник (магнитопровод) 2 из пластин, отштампованных из тонкой трансформаторной стали толщиной 0,5 мм. На сердечнике расположены первичная / и вторичная 3 обмотки. Первичная обмотка из изолированной проволоки подключается к сети пере­менного тока напряжением 220 или 380 В. Во вторичной обмотке, изготов­ленной из медной шины, индуцируется напряжение 60...70 В. Небольшое маг­нитное рассеивание и малое омичес­кое сопротивление обмоток обеспечи­вают незначительное внутреннее па­дение напряжения и высокий к. п.д. трансформатора. Последовательно с вторичной обмоткой в сварочную цепь включена обмотка 4 (из голой мед­ной шины) дросселя Др. Обмотка име­ет асбестовые прокладки, пропитанные теплостойким лаком. Сердечник дрос­селя также набран из пластин тон­кой трансформаторной стали и состоит из двух частей: неподвижной 5, на ко­торой расположена обмотка дросселя, и подвижной 6, перемещаемой с по­мощью винтовой пары 7. При враще­нии рукоятки гґо часовой стрелке воз­душный зазор а увеличивается, против часовой стрелки—уменьшается.

При возбуждении дуги (при корот­ком замыкании) большой ток, прохо­дя через обмотку дросселя, создает
мощный магнитный поток, наводящий

э. д.с. дросселя, направленную против напряжения трансформатора. Вторич­ное напряжение, развиваемое транс­форматором, полностью поглощается падением напряжения в дросселе. Напряжение в сварочной цепи почти достигает нулевого значения.

При возникновении дуги свароч­ный ток уменьшается; вслед за ним уменьшается э. д.с. самоиндукции дросселя, направленная против напря­жения трансформатора, и в сварочной цепи устанавливается рабочее напря­жение, необходимое для устойчивого горения дуги, меньшее, чем на­пряжение холостого хода. Изме­няя зазор а между неподвиж­ным (и подвижным магнитопро - водами, изменяют индуктивное со­противление дросселя и тем самым ток в сварочной цепи. При увели­чении зазора магнитное сопротивле­ние магнитопровода дросселя увели­чивается, магнитный поток ослабляет­ся, уменьшается э. д.с. самоиндукции катушки и ее индуктивное сопротив­ление. Это приводит к возрастанию сварочного тока. При уменьшении за­зора сварочный ток уменьшается. Один оборот рукоятки винтовой пары изменяет сварочный ток примерно на 20 А. По этой схеме изготовлены сва­рочные трансформаторы типа СТЭ. Трансформаторы СТЭ-24-У и СТЭ - 34-У не сложны по устройству и безопасны в работе и поэтому их ши­роко применяют при ручной дуговой сварке.

На рис. 26 представлен трансформатор СТЭ-34 с регулятором (дросселем) РСТЭ-34.

25

Трансформатор / и регулятор 2 заключены в от­дельные кожухи из тонкой листовой стали с жалюзи для естественного охлаждения н уста­новлены на колесики для перемещения. Пер­вичная обмотка из изолированной проволо­ки размещена на двух. катушках. Для вклю­чения трансформатора в сеть с напряжением 220 В обмотки катушек соединяют параллель­но, а для сети напряжением 380 В —после­довательно. Вторичная обмотка из голой мед­ной шины расположена поверх первичной обмот­ки на тех же катушках. При этом вторичная обмотка соединена всегда последовательно. На торцовой стенке кожуха на клеммовой доске расположены выводы первичной обмотки, на другой торцовой стенке—выводы вторичной об­мотки.

Сварочные аппараты со встроен­ным дросселем^рис.27) имеют элект­ромагнитную схему, разработанную акад. В. П. Никитиным. Магни - топровод трансформатора состоит

из основного сердечника /, на котором расположены пе. рвичная 2 и вторичная 6 обмотки собственно трансформато­ра, и добавочного сердечника 4 с

обмоткой 5 дросселя (регулятора тока). Добавочный магнитопровод расположен над основным и состоит из неподвижной и подвижной час­тей, между которыми с помощью винтовой пары 3 устанавливается необходимый воздушный зазор а.

Магнитный поток, создаваемый обмоткой дросселя, может иметь по­путное или встречное направление с потоком, создаваемым вторичной обмоткой трансформатора, в зависи­мости от того, как включены эти обмотки. При встречном соединении магнитные потоки, возникающие при прохождении тока во вторичной обмотке трансформатора Фт и обмотке дросселя Фд, будут направле­ны навстречу друг другу. При этом напряжение холостого хода £Лх = = (/тх— t/дх, где £/тх - напряжение во вторичной обмотке трансформато­ра, В; Uдх — напряжение в обмотке дросселя, В. При попутном включении магнитные потоки Фт и Фд будут иметь одинаковое направление и на­пряжение холостого хода Uxx=ilтх + “Ь Ндх-

Сварочный ток регулируют, изме­няя воздушный зазор а; чем больше зазор а, тем больше сварочный ток.

Сварочный аппарат СТН-500, представлен­ный на рис. 28, предназначен для ручной ду­говой сварки. Здесь применено встречное вклю­чение вторичной обмотки трансформатора и об­мотки дросселя. Обмотки трансформатора раз­мещены на двух катушках для включения в сеть с напряжением 220 и 380 В. Сварочный ток регулируют вращением рукоятки, как и в регуляторе типа РСТЭ. На торцах кожуха сва­рочного аппарата установлены клеммовые дос­ки, к которым выведены с одной стороны кон­цы первичной обмотки, а с другой—одни конец вторичной обмотки и один конец обмотки дрос­селя. Для облегчения перемещения аппарат устанавливают на тележку. Сварочные аппара­ты СТН-500-1 отличаются от СТН-500 тем, что имеют алюминиевые обмотки.

Сварочные аппараты ТСД, приме­няемые главным образом при авто­матической сварке, имеют дистанцион­ное управление регулированием сва­рочного тока. Подвижная часть сер­дечника перемещается с помощью червячной передачи от электродвига­теля, управляемого двумя магнит­ными пускателями. При включении од­ного из них сварочный ток воз­растает, при включении другого— уменьшается. Для охлаждения ап­парата установлен вентилятор с элект­родвигателем трехфазного тока мощ­ностью 0,25 кВт.

Характеристика сварочных аппа­ратов с дросселем приведена в табл. 3.

Сварочные аппараты с увеличе­нным магнитным рассеянием и подвижным магнитным шунтом (рис. 29) имеют целый замкнутый маг­нитопровод, у которого на одном
стержне расположены первичная 4 и вторичная 3 обмотки трансфор­матора, а на другом — реактивная обмотка /. Между ними находит­ся стержень— магнитный шунт 2. Шунт замыкает магнитные потоки, создаваемые первичной и реактивной обмотками. При этом образуются магнитные потоки рассеяния, кото­рые создают значительное индуктив­ное сопротивление. Таким образом обеспечивается падающая внешняя характеристика трансформатора.

Сварочный ток регулируют, пере­мещая магнитный шунт вдоль направ­ления магнитного потока. При выдви­жении шунта рассеяние магнитных потоков первичной и реактивной об­моток уменьшается, вследствие чего уменьшается индуктивное сопро­тивление трансформатора. При этом сварочный ток возрастает. По тако­му принципу работают сварочные ап­параты типа СТАН и СТШ.

Сварочные аппараты типа СТШ имеют магнитный шунт, состоящий из двух половин, которые могут сдви­гаться и раздвигаться. При полностью сдвинутых половинах шунта свароч­ный ток будет минимальный. Если раз­двигать половины шунта, то магнит­ный поток рассеяния уменьшается и поэтому сварочный ток возрастает. В строительстве и промышленности при­меняют сварочные аппараты СТШ - 300, СТШ-500 и СТШ-500-80. Аппа­рат СТШ-500-80 отличается от пер­вых двух типов тем, что имеет два диапазона сварочных токов(катушки обмоток могут переключаться с пос­ледовательного соединения для малых сварочных токов на параллельное сое­динение для больших сварочных то­ков). Для монтажных работ рекомен­дуются аппараты легкого типа CTLLI - 250 массой 44 кг.

Характеристика сварочных аппа­ратов с подвижным магнитным шун­том приведена в табл. 4.

Сварочные аппараты с увеличен­ным магнитным рассеянием и подвиж­ной обмоткой. Трансформатор име­ет магнитопровод, на обоих стержнях которого расположены по две катуш­ки: одна с первичной обмоткой, а вто­рая — со вторичной обмоткой. Катуш­ки первичной обмотки закреплены неподвижно в нижней части сердечни­ка, а катушки вторичной обмотки пере­мещаются по стержню с помощью вин­товой пары. Сварочный ток регу­лируют изменением расстояния меж­ду первичными и вторичными обмот­ками. При увеличении этого расстоя­ния магнитный поток рассеяния воз­растает, а сварочный ток уменьшает-

ся. По этому принципу изготовлены трансформаторы типа ТС (рис. 30), ТСК и ТД с алюминиевыми обмотка­ми. Сварочные аппараты ТСК имеют конденсаторы, которые включены па­раллельно первичным обмоткам. Они способствуют повышению коэффи­циента мощности. Трансформаторы типа ТД имеют сварочных токов: при параллельном вичных и вторичных обмоток и ма­лые токи — при последовательном их соединении. Переключение обмоток

производится одновременно пакетным переключателем. В каждом диапазоне ток плавно регулируют, изменяя рас­стояние между катушками первичной и вторичной обмоток. Удобны для ра боты в условиях строительно-монтаж ной площадки трансформаторы ТД 304, отличающиеся от ТД-300 нали чием устройства в виде Дополнитель ной приставки для дистанционного ре гулирования сварочного тока. Харак теристйка сварочных аппаратов с под вижной обмоткой приведена в табл. 5

Для. строительно-монтажных ра бот очень удобны облегченные пере­носные сварочные аппараты ТСП-1 и ТСП-2. Они предназначены для сварки коротких швов, прихваток, т. е. при сварке с большими перерывами. Вто­ричная обмотка трансформатора ТСП- 1 секционирована, что позволяет сту­пенчато регулировать сварочный ток переключением секций с помощью пе­ремычки на броневой доске трансфор­матора. Масса сварочного аппарата ТСП-1 — 35 кг. Пределы свароч­ного тока 105... 180 А. Масса аппа­рата ТСП-2 — 63 кг. Номинальный ток — 300 А.

Трехфазные сварочные аппараты применяют при сварке трехфазной ду­гой спаренными электродами. Процесс сварки осуществляется сварочными дугами, которые возбуждаются меж­ду каждым электродом и сваривае­мой деталью и между электродами. Аппарат (рис. 31) состоит из трех - фазного трансформатора /, регулятора сварочного тока и магнитного контак­тора 3. Первичная обмотка включает­ся в силовую сеть напряжением

220 В (соединение обмоток в треуголь­ник) или 380 В (соединение обмоток в звезду). Вторичная обмотка имеет по две катушки на каждом стерж­не и выполнена из голой медной шины. Регулятор сварочного тока состоит из двух дросселей и трех обмоток. Две обмотки 5 и б расположены на одном магнитопроводе и подключены к спа­ренным в едином электрододержателе, но изолированным друг от друга электродам 7 и 8. Третья обмотка 4 расположена на втором магнитопро­воде и подключена к свариваемой детали 9. Регулятор вмонтирован в общий корпус и снабжен двумя ру­коятками, с помощью которых (изме­нением воздушных зазоров в магнито - проводах) регулируется сварочный ток. Одной рукояткой регулируют ток одновременно в обеих фазах, подклю­ченных к электродам, а второй ру­кояткой— в фазе, подсоединенной к изделию.

Магнитный контактор 3 служит для включения цепи спаренных электродов. В начальный момент при возбуждении дуги сварочная цепь замыкается через сваривае­мую деталь и один из электродов (на рисунке электрод 8). Ток прохо­дит по обмотке 4 регулятора и обмот­ке 2 контактора. Контактор включает обмотку 5 регулятора. Возникает вто­рая дуга. При отводе электродов от де­тали ток в обмотках 4 и 2 прекра­щается и контактор 3 выключает цепь обмотки 5, гасит дугу между электро­дами.

Трехфазный сварочный аппарат ЗСТ конструкции проф. Н. С. Силунова имеет мощность 45 кВ-А, вторичное напряжение — 60 В, сварочный ток— 450 А. Заводом «Электрик» для руч­ной сварки выпущены трехфазные сва­рочные аппараты ТТС-400 на 400 А, состоящие из двух спаренных транс­форматоров СТН в едином корпусе. Схема питания трехфазной сварочной дуги приведена на рис. 32. Для авто­матической сварки заводом «Элект­рик» выпущены трехфазные сварочные аппараты ТТСД-1000 на 1000 А, сос­тоящие из двух спаренных трансфор­маторов ТСД-1000-4.

Трехфазные сварочные аппараты обеспечивают высокую производитель­ность, экономию электроэнергии (к. п.д. достигает 0,9) и равномерную загрузку фаз сети при высоком коэф­фициенте мощности (cos ф= 0,8), од­нако ввиду сложности сварочного обо­рудования и трудностей при сварке потолочных и вертикальных швов при­меняются ограниченно.

При необходимости обеспечить большой сварочный ток и при отсутст­вии сварочных аппаратов достаточной мощности можно применять парал­лельное включение трансформаторов Схема такого включения сварочных аппаратов представлена на рис. 33. Для параллельной работы нужно при­менять трансформаторы с одинаковы­ми внешними характеристиками и на­пряжениями первичной и вторичной цепей. Одноименные концы первичных обмоток а соединяют между собой и общие клеммы 1 включают в силовую сеть переменного тока. Одноименные концы вторичной обмотки Ь также сое­динены между собой: клеммы 2 под-

тмл-^

Рис. 33

ключают к дросселям Др, а клеммы 3— к детали. Дроссели соединяют между собой также параллельно. Сва­рочный ток регулируют вращением ру­кояток дросселей так, чтобы обеспе­чить равенство нагрузок на трансфор­маторы. Равенство нагрузок проверя­ют амперметром.

В некоторых случаях для повыше­ния устойчивости горения дуги, питае­мой переменным током, применяют способ наложения на сварочный ток частотой 50 Гц токов высокой час­тоты (150...500 кГц) и высокого нап­ряжения (1500...6000 В). Такие меры предпринимают при сварке тонкостен­ных изделий дугой малой мощности и при сварочном токе 20...40 А, а также при сварке в защитных газах, сварке специальных сталей и некото­рых цветных металлов.

Для получения токов высокой час­тоты и высокого напряжения приме­няют осцилляторы - параллельного и последовательного включения. Прин­ципиальная схема осциллятора парал­лельного включения ОСПЗ-2М и его включения в сварочную цепь показа­на на рис. 34. Осциллятор ОСПЗ-2М включают непосредственно в питаю­щую сеть напряжением 220 В. Он состоит из повышающего (с 220 В до 6000 В) трансформатора ПТ и ко­лебательного контура. Колебательный контур, состоящий из высокочастотно­го трансформатора ВЧТ, конденсато­ра Сз и разрядника Р, вырабатывает высокочастотный ток. Контур связан со сварочной цепью индуктивно через трансформатор ВЧТ, выводы вторич­ной обмотки которого присоединяют: один — к клемме «земля» выводной панели, а другой—ко второй клемме через конденсатор Сб и предохрани­тель Ярг Конденсатор Сб препятствует прохождению тока высокого напряже­ния и низкой частоты в сварочную цепь и служит для защиты сварщика в случае пробоя конденсатора Сз. Пре­дохранитель Пр'2 выключает осцилля­тор в случае пробоя конденсатора Се. Для устранения радиопомех в питаю­щей сети осциллятор снабжен фильт­ром из двух защитных дросселей Др і и Др-2. и четырех конденсаторов Сі, Сч, С з и Са. Фильтр защищает цепь питания от токов высокой час­тоты. Для общей защиты от радио - помех осциллятор имеет экранирую­щий металлический кожух.

Осцилляторы последовательного включения ( М-3, ОС-1) применяют в установках для дуговой сварки в за­щитных газах. Они обеспечивают бо­лее надежную защиту генератора (или силового выпрямительного блока) от пробоя высокочастотным напряже­нием осциллятора.

При применении осциллятора дуга загорается легко, даже без прикосно­вения электрода к изделию (при зазо­ре 1...2 мм), что объясняется предва­рительной ионизацией воздушного промежутка между электродом и сва­риваемой деталью.

Институтом электросварки им. Е. О. Патона разработан импульсный генератор ГИ-1, который. подает ток высокого напряжения (200...300 В) им­пульсами в те моменты, когда напря­жение в сварочной цепи переходит через нулевое значение. Тцкие гене­раторы более надежны в работе и более экономичны, чем осцилляторы, так как требуют меньше энергии.