Тема 15.

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ИМПУЛЬСНО-ДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В ЗАЩИТНОМ ГАЗЕ.

3. Требования к источникам

Управляемый перенос электродного металла может быть реализо­ван посредством модулирования сварочного тока с помощью источника. Способ механизированной сварки плавящимся элек­тродом в аргоне и его смесях с модулированием тока получил название импульсно-дуговой сварки. Главным достоинством импульсно-дуговой сварки является возможность в 2-3 раза уменьшить нижний предел то­ка, при котором еще обеспечивается мелкокапельный перенос, и, следо­вательно, сваривать металл сравнительно малой толщины без опасности прожога и недопустимого разбрызгивания. Поскольку импульсный ток гарантирует направление переноса капли вдоль оси электрода, это облег­чает сварку в вертикальном и потолочном положениях.

Типы импульсных источников, получившие наибольшее распростра­нение — это приставки с емкостным накопителем энергии, тиристорные источники, источники с полупроводниковыми регуляторами, инвертор­ные источники. Первые генераторы импульсов (рис. 6.25) являлись при­ставками с конденсаторной батареей С, питающими дугу параллельно с основным источником G. В одном из полупериодов переменного тока бата­рея запасается энергией от трансформатора Т через зарядный вентиль VD. В другом полупериоде открывается тиристорный ключ VS и батарея раз­ряжается импульсом на дугу. Форма импульса — затухающая синусоида или экспонента, частота импульсов фиксирована — 50 Гц. Энергия им­пульса (одновременно ток и время) настраивается ступенчато изменением емкости конденсаторной батареи или напряжения зарядного трансформатора.

Рис. 6.25. Схема (а) и осциллограмма (б) при использо­вании приставки с емкостным накопителем энергии

Более совершенны импульсные приставки с тиристорным выпрямительным блоком (рис. 6.26). В одном из полупериодов импульсный ток идет по цепи T-VSl-дуга –VDl-T. Тиристор VS1 отпирается на спаде по­луволны переменного тока, поэтому импульс имеет форму отрезка си­нусоиды. При уменьшении угла управления тиристора увеличиваются амплитуда и длительность импульса. При работе одного тиристора ча­стота импульсов 50 Гц, при поочередном включении двух тиристоров — 100 Гц. Частоту можно снизить до 25 и 33 Гц, если отпирать тиристоры реже, чем раз в период. При использовании трехфазного трансформатора легко получить импульсы с частотой 150 Гц. На основе тиристорного бло­ка может быть выполнен комбинированный источник, обеспечивающий и базовый, и импульсный ток.

Рис. 6.26. Схема (а) и осциллограмма (б) при использова­нии тиристорной приставки

Последним достижением в разработке импульсных источников явля­ется конструкция с транзисторным регулятором (рис. 6.27). Транзистор VT управляет током выпрямителя V, обеспечивая необходимый ток и в импульсе, и в паузе. Закон изменения сварочного тока определяется ха­рактером тока базы транзистора (не путать с базовым сварочным током). Ток базы, в свою очередь, сформирован слаботочной системой управления с широкими возможностями раздельной настройки импульсного и базо­вого тока, а также времени импульсов и периода их следования. Таким образом, частота импульсов может настраиваться плавно в диапазоне от 20 до 200 Гц. При этом частота может меняться даже в процессе свар­ки, например, при изменении толщины детали и силы тока (рис. 6.27,6). Импульс может иметь различную форму — прямоугольную, экспоненциальную с регулируемой скоростью нарастания и спада тока, ступенчатую и т. д. (рис. 6.27,в).

Рис. 6.27. Схема (а), осциллограмма (б) и форма импуль­сов (в) источника с транзисторным регулятором

Перспективны также высокочастотные источники, обычно они со­здаются на базе инвертора (рис. 6.7). Сбрасывание капли может выпол­няться кратковременным увеличением амплитуды высокочастотного то­ка (рис. 6.7,6). Чаще импульс получают кратковременным увеличением частоты инвертирования (рис. 6.7,г). Поскольку в этом случае на высокую регулярную частоту (1-60 кГц) накладывается низкая частота сбрасыва­ющих импульсов 20-200 Гц, такой прием называют двойным модулиро­ванием тока.

Требования к источникам для импульсно-дуговой сварки в аргоне и его смесях сформулированы довольно четко (рис. 2.29). Ток импульса I_и для надежного сбрасывания капли должен превышать критический ток I_кр, соответствующий мелкокапельному переносу. При сварке проволо­кой от 0,8 до 2,5 мм I_и настраивается на уровне 200-1500 А. Длитель­ность импульса должна регулироваться от 1 до 10 мс. Для того, чтобы обеспечить принцип «один импульс на одну каплю», желательно стаби­лизировать энергию импульса или пропорциональную ей величину I_и² t_и. Например, при сварке алюминиевых сплавов эта величина должна быть 180-280 А²с, а при сварке сталей — 500-1000 А²с. Частота импульсов f_и должна настраиваться от 20 до 200 Гц, иногда ограничиваются легко достижимыми величинами 50 и 100 Гц, кратными частоте сетевого напря­жения. Соотношение между периодом следования импульсов Т = 1 / f_и и их длительностью t_и может достигать значения Т/ t_и = 10.

Базовый ток Iq существенно ниже тока импульса. Среднее значение тока назначается в зависимости от толщины сваривае­мого металла и положения шва в пространстве. Средний ток настраивает­ся изменением скорости подачи электродной проволоки. В этих условиях независимая настройка базового тока затруднена. Стремятся только, что­бы он не упал ниже значения 50-100 А, при котором заметно снижается устойчивость процесса.

Внешние характеристики источников базового 1 и импульсного 2 тока различны (рис. 6.28). Рассмотрим их совместно с характеристикой дуги 3 при ее нормальной длине, а также при короткой (l_дmin) и длинной (l_дmax) дуге. Источник базового тока должен иметь жесткую или пологопадаю­щую характеристику 1, с тем чтобы при колебаниях длины дуги отклоне­ния тока от точки А к А₁или А₂ были значительными, что и обеспечивает высокое быстродействие процесса саморегулирования. Но при малых то­ках для повышения устойчивости горения дуги при ее удлинении до l_дmax (точка А₂) необходимо значительное увеличение напряжения, что дости­гается применением крутопадающего участка 1'. В целом характеристика базового тока имеет L-образный вид. Источник импульсного тока должен иметь характеристику с основным вертикальным участком 2, в этом слу­чае при колебаниях длины дуги в точках В и В₁ обеспечивается стабиль­ность тока и энергии импульса. В то же время при чрезмерном удлинении дуги до l_дmax нежелательно сбрасывание капли каждым импульсом, по­этому полезно уменьшение тока импульса в точке В₂ благодаря наличию жесткого участка 2'. В целом характеристика импульсного тока должна иметь 7-образную форму.

Рис. 6.28. К выбору внешних характе­ристик импульсного источника

Требования к источнику для сварки с управляемым переносом в угле­кислом газе существенно сложней. Реализация этих требований возможна только при исполь­зовании быстродействующих транзисторных регуляторов или инвертор­ных источников.