СВАРКА, РЕЗКА И ПАЙКА МЕТАЛЛОВ

СВАРОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Современные заводы, как правило, снабжаются переменным трёхфазным током. Поэтому представляется естественным произ­водить сварку непосредственно переменным током, не преобразуя его предварительно в постоянный ток. Против переменного тока в дуге выдвигались следующие основные возражения: мгновенные значения переменного тока периодически проходят через нуль 100 раз в секунду, поэтому дуга переменного тока будет недоста­точно устойчива. В дуге постоянного тока можно менять распреде­ление тепла, меняя полярность; при переменном токе эта возмож­ность теряется.

Многолетний опыт показал, что при современных электродах с хорошей обмазкой устойчивость дуги вполне достаточна как при постоянном, так и при переменном токах. Разница в устойчивости дуги для постоянного и переменного токов становится почти не­ощутимой и возможный некоторый недостаток устойчивости дуги переменного тока может быть всегда скомпенсирован, например, за счёт некоторого повышения напряжения холостого хода свароч­ного трансформатора. Что касается распределения тепла между электродами, то опыт показывает, что для большинства случаев распределение тепла в сварочной дуге переменного тока вполне удовлетворяет требованиям сварочной техники и даёт возможность получить безупречные результаты сварки.

В свою очередь, переменный ток имеет некоторые специфические преимущества перед постоянным током, например, можно отметить практически полное отсутствие магнитного дутья при сварке на пе­ременном токе, в то время как при постоянном токе магнитное дутьё часто заметно мешает работе.

Сварочные трансформаторы просты по устройству, дёшевы, почти не требуют обслуживания и занимают малые площади. Они портативны, обладают малыми размерами и весом, имеют высокий к, п. д., а отсюда и незначительный расход электроэнергии, почти )В два раза меньший по сравнению с агрегатами постоянного тока, к. п. д. сварочных трансформаторов достигает 80—85%, расход электроэнергии равен 3,5—4,25 кет-час на 1 кг наплавленного металла.

Для получения необходимой падающей характеристики на элек­тродах дуги, необходимо' включить последовательно с дугой в сва­рочную цепь достаточное сопротивление. По экономическим сооб­ражениям это сопротивление должно быть по возможности чисто индуктивным с минимальной активной составляющей. Таким об­разом, задача получения необ­ходимой падающей характери­стики сводится к увеличению индуктивного сопротивления в цепи трансформатора. Лучшие результаты получаются при увеличении индуктивности вто­ричной цепи трансформатора, что и применяется на практике.

Увеличение индуктивности вторичной цепи трансформато­ра может быть получено вклю­чением последовательно с ду­гой индуктивного сопротивле­ния дроссельной катушки, кон­структивно отдельной от транс­форматора. В разновидности системы дроссельная катушка может быть объединена кон­структивно в одно целое с трансформатором. . Соответ­ствующим конструированием трансформатора индуктивность вторичной цепи трансформато­ра может быть настолько по­вышена, что необходимость в отдельной дроссельной катушке отпадает, и необходимая падающая характеристика получается за счёт индуктивности самого трансформатора. Таким образом, полу­чается три следующие основные системы сварочных трансформаторов:

1) с отдельной дроссельной катушкой во вторичной цепи;

2) с дроссельной катушкой во вторичной цепи, конструктивно объединённой в одно целое с трансформатором;

3) с увеличенной индуктивностью без дроссельной катушки.

Все эти три вида трансформаторов, принципиальные схемы ко­торых изображены на фиг. 14, находят практическое применение
трансформатора с отдельной дроссельной катушкой могут служить трансформаторы типа СТЭ, выпускаемые нашей промышленностью.

На фиг. 15 показаны такие трансформа­торы изготовления завода «Электрик».

Комплектный сварочный аппарат состоит из трансформатора СТЭ и дроссельной катушки или регулятора РСТЭ, включаемого во вторичную - цепь последовательно с дугой. Магни- топровод дроссельной катушки сделан разъёмным. Устройство регулятора схе­матически показано на фиг. 16, а кон­структивное выполнение с габаритными размерами — на фиг. 17. Подвижной сердечник магнитопровода мо­жет перемещаться вращением рукоятки регулятора. Перемещение подвижного сердечника меняет воздушный зазор магнитопровода и тем самым индуктивное сопротивление дросселя, а следовательно, и сварочный ток, так как меняется характеристика, отнесённая к электродам дуги. Величина воздушного зазора и приблизитель­

ная величина сварочного тока показывается указателем, скреплён­ным с подвижной частью магнитопровода, на шкале, укреплённой сбоку кожуха дросселя. Сварочный ток изменяется в том же на­правлении, что и воздушный зазор магнитопровода дроссельной катушки. В первом приближении можно принять, что сварочный ток изменяется прямо пропорционально величине воздушного зазора.

гразмеры делают сварочные трансформаторы весьма портативными. Для удобства перемещения трансформатор и дроссель поставлены на ролики и снабжены ручками.

Вторичное напряжение трансформаторов для ручной дуговой сварки с отдельной дроссельной катушкой, выпускаемых нашей •промышленностью, принято 60—65 в. Повышение вторичного на­пряжения сварочного трансформатора облегчает зажигание дуги и повышает её устойчивость. С другой стороны, увеличение вторич­ного напряжения повышает размеры, вес и стоимость трансформа­тора и дроссельной катушки и увеличивает опасность поражения свар­щика током. Уменьшение напряжения приводит к уменьшению раз­меров, веса и стоимости оборудования и снижает опасность пораже­ния током, но вместе с тем ухудшает зажигание дуги и делает её ме - неё устойчивой. Напряжение 60—65 в, выбранное на основании мно­голетней практики, является приемлемым для большинства случаев.

Дуговая сварка, в особенности ручная, создаёт прерывистую нагрузку для источника тока; за горением дуги следуют перерывы на смену электродов, зачистку швов и т. д. Режимом нагрузки определяется максимальный ток, который может быть получен без

V перегрева обмоток источни­

ка. Режим определяется ко­эффициентом ПВ — повтор­ной работы, представляющим собой отношение рабочего периода к продолжитель­ности полного цикла работы, і 1 которая не должна превы­

шать 5 мин. ПВ 100% озна­чает горение дуги без пере - Фиг. 18. Схема трансформатора СТН. рывов. ПВ 60% показывает,

что в 5-минутном цикле дуга торит 3 мин., а перерывы в горении занимают 2 мин. Чем мень­ше ПВ, тем больше максимальная допустимая сила тока.

Примером сварочных трансформаторов, конструктивно объеди­нённых в одно целое с дроссельной катушкой, могут служить транс­форматоры СТН, предложенные академиком В. П. Никитиным ещё в 1925 г. и получившие широкое распространение после войны, когда в них был внесён ряд конструктивных изменений и улучшений. Пер­воначальная схема трансформатора СТН показана на фиг. 18.

На фиг. 19 показан трансформатор типа СТН-700 в современном исполнении завода «Электрик», а на фиг. 20 приведена его электри­ческая схема. Трансформатор имеет вторичное напряжение холо - 'Стого хода 60 в. Сварочный ток может регулироваться в пределах от 200 до 900 а. Максимально допустимый сварочный ток 540 а при ПВ 100% и 700 а для ПВ 60%. Вес трансформатора 380 кг. Регу­лирование сварочного тока производится перемещением подвиж­ного сердечника в дроссельной обмотке посредством рукоятки, ана­логично трансформаторам СТЭ.

«сварки имеют электромоторный привод перемещения сердечника. Управление электромотором может быть сделано дистанционным и вынесено к месту сварки на значительное расстояние от трансфор­матора. Наиболее со­вершенными и эко­номичными однопо­стовыми сварочными тр а н с ф о рматорами являются трансфор­маторы без дроссель­ной катушки с уве­личенным внутрен­ним магнитным рас­сеянием. Примером могут служить сва­рочные трансформа­торы, впервые раз­работанные С. Т. Назаровым. Повышенное индуктивное сопротив­ление в цепи трансформатора достигается введением пакета рас­сеяния, набранного из листового железа, между первичной и вто­ричной обмотками трансформатора, расположенными на различных стержнях. Передвижение пакета производится плавно с помощью червячного винта с приводным маховичком и позволяет регулиро­
вать сварочный ток в широких пределах с большой точностью. От* сутствие дроссельной катушки обеспечивает минимальные размеры и вес трансформатора и даёт значительную экономию в расходе материалов, железа и меди на изготовление трансформатора.

Схема устройства транс­форматора показана на фиг. 21. Трансформатор изготов­ляется двух типов, габарит­ные размеры которых даны на фиг. 22. Меньший тип СТ-150 или «Комсомолец» имеет максимально допусти­мый сварочный ток 150 а при ПВ 60%, больший тип СТ-480—480 а при ПВ 60%. Трансформаторы изготовля­ются заводами промкоопе­рации. В дальнейшем эти трансформаторы при участии автора их были конструктивно дора­

ботаны и усовершенствованы секцией электросварки Академии наук СССР под руководством акад. В. П. Никитина и выпускаются за­водами промышленности, как тип СТАН.

Существенным недостатком сварочных трансформаторов яв­

ляется низкий коэффициент мощности cos?. Этот недостаток вызы­вается самым принципом устройства сварочного трансформатора,

Столь низкий коэффициент мощности весьма нежелателен для электростанций, производящих электроэнергию. Нормальным значе­нием считается cos 9 = 0,8. За снижение cos 9 против нормы

потребители электроэнергии штрафу - ________________

ются.

Коэффициент мощности может быть улучшен включением в сеть, питающую сварочные трансформаторы, ёмкостной нагрузки с опережающим cos 9 , для чего удобнее всего параллельно к за­жимам первичной обмотки каждого отдельного сварочного трансформатора Фиг. 23. Схема выправления

присоединять конденсатор (фиг. 23). cos 9 сварочного трансфор-

Для каждого трансформатора при руч - матора.

ной сварке обычно достаточен конден­сатор ёмкостью около 100 мкф, который может быть встроен в ко­жух трансформатора.

3. ОСЦИЛЛЯТОРЫ

Зажигание сварочной дуги может быть облегчено и устойчи­вость горения её повышена посредством наложения на дуговой промежуток вспомогательного переменного тока повышенного напря­жения, высокой частоты и небольшой мощности. Повышенное на­пряжение пробивает газовый промежуток при отсутствии или ослаб­лении основного сварочного тока и охлаждении и деионизации газа между электродами. Искровой разряд при пробое газа создаёт канал с достаточно высокой степенью ионизации и электропровод­ностью и открывает путь прохождению сварочного тока. Высокая частота вспомогательного зажигающего тока выбирается для устра­нения физиологического воздействия тока на организм сварщика. Ток высокой (радио) частоты, примерно 50 тысяч герц и выше, вследствие поверхностного эффекта проходит по тонкому наруж­ному слою кожных покровов человеческого тела, не задевая нерв­ных окончаний. Мощность вспомогательного тока приходится огра­ничивать несколькими десятками ватт, так как тепловое действие тока остаётся и при высокой частоте, и ток значительной мощности может причинять тяжёлые ожоги сварщику, разрушать изоляцию при замыканиях и т. п. Одновременное наложение на дуговой про­межуток параллельно действующих основного сварочного тока низ­кой частоты и вспомогательного зажигающего тока высокой часто­ты может быть осуществлено за счёт зависимости индуктивного я ёмкостного сопротивлений от частоты тока.

Rh = 2KfL и R,

где f — частота тока;

L — коэффициент самоиндукции;

С — ёмкость цепи.

Вес обычного осциллятора около 20 кг, потребляемая мощность- 0,2—0,3 кет, частота генерируемого тока — несколько сотен тысяч герц.

Осциллятор значительно облегчает зажигание сварочной дуги и повышает её устойчивость. Несколько лет тому назад, когда сред­нее качество электродов было ещё сравнительно низким, осцилля­торы довольно широко применялись в нашей промышленности сов­местно со сварочными трансформаторами. В настоящее время,, когда среднее качество электродов повысилось и они в большин­стве случаев обеспечивают достаточную устойчивость дуги, приме­нение осцилляторов сильно сократилось. Это объясняется также усложнением схемы при осцилляторах, наличием в осцилляторе - разрядника, требующего квалифицированного ухода, необходимо­стью проводов с повышенной прочностью изоляции на пути высоко­частотного тока; кроме того, осцилляторы создают помехи радио­приёму.