Саратовский государственный технический университет
Казаков Ю.Н.
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ
Методические указания
к лабораторным работам
по курсу
«Технологические процессы в машиностроении»
для студентов машиностроительных специальностей:
120100; 120400; 120800; 120700; 170900; 190500 и др.
Саратов – 2006
Лабораторная работа
Источники питания дуговой сварки
Цель работы:
1 - ознакомится с устройством и работой сварочных источников питания (ИП);
2 - снять электрические характеристики ИП;
3 - построить внешнюю вольт-амперную характеристику (ВАХ) ИП и оценить его сварочные свойства
Оборудование и приборы:
сварочный выпрямитель типа ВДУ – 2.01.У3;
сварочный выпрямитель типа ВС -6.00 У4
шунт измерительный 75 ШСМ, кл. точности 0,5;
вольтметр и амперметр постоянного тока – 2 шт.;
наплавочная установка А580М.
1. Содержание работы
Общие сведения. У истоков современного сварочного производства стояли выдающиеся русские учёные: открывший электрическую дугу В.В. Петров (1802 г); создавшие способы электродуговой сварки Н.Н. Бенардос (1882 г) и Н. Г. Славянов (1888 г). Их гениальные идеи нашли широкое воплощение в наши дни - дуговая сварка является ведущей в технологии производства металлоконструкций.
Сущность электродуговой сварки заключается в том, что под действием электрического тока (60-1000 А) и напряжения (16-60 В) от источника питания между электродом и деталью возникает электрический дуговой разряд, представляющий собой концентрацию энергии свободных электронов и ионов, создающих температуру в разрядном промежутке 5000-7000 оС, достаточную для расплавления металла электрода или присадки (рис. 1).
|
Рис. 1. Схема дуговой сварки: 1 – электрод, 2 – механизм подачи электрода, 3 – токосъемник (токопровод), 4 – электрическая дуга, 5 – катодное (анодное) пятно, 6 – жидкая ванна расплавленного металла, 7 – свариваемое изделие, 8 – закристаллизовавшегося металл |
Этот металл заполняет пространство между свариваемыми деталями и, охлаждаясь, кристаллизуется, образуя неразъёмное соединение.
В основе электродуговой сварки лежат
тепловые процессы, которые во многом
определяют качество сварного соединения
.
При электродуговой сварке источником
нагрева является электрическая дуга,
тепловая мощность которой равна:
Q = 0,24 I U , (1)
где
- сварочный ток, А;
- напряжение на дуге, В;
- КПД источника.
Эта мощность расходуется на нагрев и
расплавление электрода
,
основного металла и защитной среды
(флюса, обмазки и пр.)
,
на потери в окружающее пространство
и сопутствующий подогрев детали
:
(2)
Соотношение составляющих теплового баланса дуги (2) во многом определяют ее и условия формирования сварного соединения, то есть фазовые и структурные превращения, взаимодействие расплавленного металла с окружающими его газами и шлаками, переход легирующих элементов из электрода в наплавленный металл, форму шва, образование остаточных напряжений и деформаций, а также производительность сварки.
Требования к источникам питания (ИП). Источник питания должен обеспечивать легкое и надежное возбуждение дуги, устойчивое ее горение и регулирование мощности.
Для возбуждения дуги между электродом
и изделием подводится напряжение,
которое зависит от расстояния между
электродом и изделием, состояния газов
в дуговом промежутке. В момент возбуждения
дуги путем кратковременного замыкания
электрода на изделие появляются пары
ионизированного газа и межэлектродный
промежуток (МЭП) становится электропроводным.
Время возбуждения должно составлять
примерно 0,05 с
.
Надежное возбуждение дуги с оптимальной величиной скорости нарастания тока должно осуществляться при определённом значении напряжения холостого хода (Uхх), которое, как правило, не должно превышать 100 В. Создавшийся канал проводимости должен быть достаточным для прохождения большого тока. Увеличенное значение Uхх приводит к взрывному характеру оплавления металла и резкому увеличению МЭП, что нарушает стабильность процесса горения дуги. Если это нарастание мало, то это затрудняет ионизацию газа в МЭП. Поэтому для стабильного горения дуги источники питания могут иметь дополнительные блоки стабилизации горения дуги.
ИП различаются: по роду тока – на источники постоянного и переменного тока; по количеству постов: на однопостовые и многопостовые; по конструкции: на стационарные и передвижные трансформаторы, выпрямители и преобразователи.
Все ИП подразделяются на сварочные трансформаторы (Т), выпрямители (В), преобразователи (П), агрегаты (А) и инверторы (ИИ). С 1975 г. для электросварочного оборудования принята единая структура обозначения, состоящая из букв и цифр.Первая буква обозначает тип источника (Т – трансформатор, В – выпрямитель, Г – генератор, У – установка, А – агрегат); вторая буква – тип сварки (Д – дуговая, П – плазменная, Ш – шлаковая,); третья буква указывает на способ сварки (Ф – под флюсом, Г – защитных газах, У – универсальная; О – общего назначения); отсутствие буквы означает ручную сварку штучными электродами; четвертая буква дает дальнейшее пояснение назначения источника (М – для многопостовая, И – импульсная сварка). Две или одна цифра после буквы и тире - обозначают номинальный сварочный ток источника в сотнях ампер; две последующие цифры (например, 02) – регистрационный номер изделия; следующие буква и цифра – климатическое исполнение (У – для умеренной широты, или Т – тропическое исполнение) и категорию размещения (1, 2, 3 или 4). Например, ВДФМ–16.02 УЗ, расшифровывается так: выпрямитель для дуговой сварки, под флюсом, многопостовый, номинальный ток 1600А, регистрационный номер изделия 0,2 климатической исполнение У, категория размещения 3.