§ 4. Источники тока для дуговой сварки

1. Общие сведения. Для дуговой сварки применяют как постоянный, так и переменный ток. Источниками постоянного тока являются свароч- ные генераторы постоянного тока и сварочные выпрямители — селеновые, германиевые и кремниевые. Генераторы постоянного тока изготовляют стационарными и передвижными с приводом от электродвигателя и от двигателя внутреннего сгорания.

При сварке переменным током используют преимущественно свароч­ные трансформаторы, которые применяются значительно чаще, чем источ­ники постоянного тока. Сварочные трансформаторы более просты в из­готовлении и эксплуатации, имеют небольшой вес и меньшую стоимость, а также обладают более высоким к. п. д. и более долговечны.

Источники постоянного тока для дуговой сварки изготовляют одно-постовыми и многопостовыми, а источники переменного тока — только однопостовыми.

2. Основные требования, предъявляемые к источникам сварочного то- ка. Источники сварочного тока должны обеспечить легкое зажигание

и

А

и устойчивое горение дуги, огра­ничивать ток короткого замыка-

ния и быть безопасными в рабо-"тёТ~В связи с тем что в момент зажигания дуги, когда электрод, свариваемое изделие и воздушный промежуток между ними еще не­достаточно нагреты, для иониза­ции воздушного промежутка тре­буется большая кинетическая энергия электронов, а следова-

тельно, и более высокое напряжение, чем при горении дуги. Величина напряжения, необходимого для зажигания дуги, называемого напряже­нием холостого хода источника сварочного тока, должна быть не ниже 30—35 В для источников постоянного тока и не менее 50—55В для ис­точников переменного тока. Из соображений безопасности оно не должно превышать 80 В. Наиболее часто напряжение источников постоянного и переменного тока находится в пределах 60—80 В. Для устойчивого горения открытой дуги в большинстве случаев достаточно напряжения 18—30 В.

Во время коротких замыканий электрода с изделием, происходящих в моменты зажигания дуги и переноса электродных капель через дуго­вой промежуток (до 30—40 замыканий/с) при сварке плавящимся элект­родом, сопротивление сварочной цепи падает почти до нуля, а сварочный ток даже при незначительном напряжении сильно возрастает. Для ограни­чения тока короткого замыкания необходимо, чтобы с увеличением тока нагрузки напряжение на зажимах источника тока снижалось. Иначе го­воря, нужно, чтобы источники тока имели так называемую падающую внешнюю характеристику / (рис. У.З, а). Внешней характеристикой называется зависимость между напряжением на зажимах источника тока и током нагрузки, выраженная графически. Падающая внешняя характе­ристика обеспечивает устойчивый режим горения дуги. Он определяется точкой С (рис. У.З, а) пересечения падающей внешней характеристики / источника сварочного тока и жесткой статической характеристики 2 дуги. При случайном увеличении тока против значения /_св напряжение источника тока уменьшится (кривая /), а это приведет к уменьшению тока до первоначального значения /_св. С уменьшением тока против зна­чения /_св параметры тока и напряжения изменяются в противоположном направлении. Следовательно, для питания дуги с жесткой характерис­тикой необходимо, чтобы источники тока имели падающую (крутую 3 или пологую 4, рис. У.З, б) внешнюю характеристику. Для питания дуги с возрастающей статической характеристикой более пригодны источники тока с жесткой 5 или возрастающей 6 внешней характеристикой.

Важное значение для источников тока имеет время восстановления напряжения от момента короткого замыкания, когда оно почти равно нулю, до значения 18—20 В, когда происходит зажигание дуги. Это время не должно превышать 0,05 с.

3. Сварочный трансформатор снижает высокое напряжение сети (220 или 380 В) до напряжения холостого хода трансформатора (60—80 В). Кроме этого, трансформатор создает на дуге падающую внешнюю харак­теристику. Для этого последовательно с дугой и вторичной обмоткой

89

трансформатора включают так называемую дроссельную, т. е. реактивную, обмотку или используют трансформаторы с увеличением магнитных по­токов рассеяния. Во время прохождения сварочного тока в витках дрос­сельной обмотки индуктируется э. д. с. (электродвижущая сила) самоин­дукции, имеющая направление, противоположное направлению основной э. д. с. трансформатора. Поэтому напряжение, подведенное к дуге, сни­жается от значения холостого хода до 18—30 В во время горения дуги и почти до нуля при коротком замыкании.

Применяют две схемы включения дроссельной обмотки с транс­форматорными. В первой схеме (рис. У.4, а) первичная / и вторичная // обмотки понижающего однофазного трансформатора размещены на желез­ном сердечнике /, а дроссельная обмотка /// — на сердечнике 2 и пред­ставляют собой два отдельно выполненных аппарата. Во второй схеме включения (рис. У.4, б) трансформаторные (/, //) и дроссельная (///) обмотки размещены на общем железном сердечнике и представляют собой один аппарат. Та часть сердечника, на которой размещены обмотки / и //,— это собственно трансформатор, а часть, где размещена обмотка ///,— дроссель. Ток в трансформаторах этих двух типов регулируется изменением величины самоиндукции дросселя при увеличении или умень­шении воздушного зазора между подвижной и неподвижной частями его сердечника. С увеличением зазора самоиндукция дросселя, которая зави­сит От магнитного потока сердечника, уменьшается, а напряжение на ду­ге и, следовательно, сварочный ток увеличиваются. Уменьшение зазора обусловливает обратное явление.

В трансформаторах с увеличенным магнитным рассеянием использу­ется свойство магнитных потоков, которые замыкаются через воздух, индуктировать в соответствующих обмотках э. д. с. самоиндукции, ко­торая, как и в трансформаторах первых двух типов, направлена против основной э. д. с. трансформатора. Для этого первичную и вторичную об­мотки помещают на разных стержнях сердечника трансформатора или на одном сердечнике (рис. У.4, в), но с некоторым расстоянием между ними. При этом магнитные силовые линии рассеиваются и замыкаются через воздух только вокруг одной обмотки, не затрагивая другую. Ток в трансформаторах этого типа регулируют изменением расстояния меж­ду первичной / и вторичной // (рис. У.4, в) обмотками при перемещении катушек вторичной обмотки. С увеличением расстояния между ними потоки рассеяния увеличиваются, а ток уменьшается, и наоборот. Для увеличения потоков рассеяния, а также для регулирования силы свароч-

а д~

Рис. У.5. Схемы сварочных генераторов постоянного тока.

ного тока в некоторых конструкциях трансформаторов этого типа на пути потоков рассеяния устанавливают стальные шунты. Изменением их положения регулируют силу сварочного тока.

Для сварки трехфазной дугой используют специальные сварочные трансформаторы трехфазного тока.

4. Однопостовые сварочные генераторы постоянного тока имеют па- дающую внешнюю характеристику, которая создается непосредственно в самом генераторе. Это достигается размагничиванием основного потока генератора магнитным потоком последовательной обмотки возбуждения или магнитным потоком обмоток якоря (реакцией якоря).

Принципиальная электрическая схема однопостового генератора, работающего по принципу намагничивающего действия параллельной и размагничивающего действия последовательной обмоток возбуждения, представлена на рис. \Л5, а. Генератор имеет обмотку 3, подключенную к главной щетке Ъ и вспомогательной щетке с, и обмотку /, которая под­ключается к главным щеткам а и Ь. Напряжение между щетками Ь и с при холостом ходе и всех режимах нагрузки остается постоянным. По­этому постоянным является и магнитный поток Ф_п, создаваемый обмот­кой 3, подключенной к этим щеткам (генератор с самовозбуждением). Во время холостого хода э. д. с. генератора, а следовательно, и напряже­ние на главных щетках а, & и на дуге будут зависеть только от потока параллельной обмотки. При горении дуги сварочный ток проходит через последовательную (сериесную) обмотку 1, включенную так, что ее маг­нитный поток Ф_с направлен против магнитного потока Ф„. Поэтому э. д. с. генератора, индуктируемая в обмотке якоря генератора результирующим магнитным потоком, также снизится, и это вызовет снижение напряже­ния на дуге. При коротком замыкании поток Ф_с будет почти равен потоку Ф_п. Поэтому результирующий магнитный поток, а следовательно, и на­пряжение на главных щетках а, Ь и на дуге также понизятся почти до нуля.

Сварочный ток в генераторах этого типа регулируется изменением тока возбуждения параллельной обмотки с помощью реостата 2 или измене­нием числа витков параллельной и сериесной обмоток.

5. Многопостовые сварочные генераторы постоянного тока (рис. У.5, б) имеют последовательную У и параллельную 3 обмотки возбуждения, создающие магнитные потоки соответственно Ф_с и Ф_п одного направления. Поэтому внешняя характеристика у этих генераторов не падающая, а жесткая. Для создания падающей характеристики- на дуге на каждом

92

рабочем посту последовательно с дугой включают балластные реоста­ты 4. При замыкании сварочной цепи часть напряжения генератора теря­ется в балластном реостате согласно уравнению

V, = /Д.

где с/_р — потеря напряжения в реостате, В; # — сопротивление реоста­та, Ом.

При коротком замыкании потеря напряжения в балластном реостате почти равна напряжению на зажимах генератора, и поэтому напряжение на дуге падает почти до нуля. Балластным реостатом пользуются также для регулирования сварочного тока, а реостат 2 изменяет напряжение холостого хода генератора.

6. Сварочные выпрямители состоят из полупроводниковых элементов-вентилей. Полупроводниковый вентиль хорошо проводит ток только в одном направлении. Для сварочных выпрямителей в основном исполь­зуют селеновые вентили на алюминиевой основе. В настоящее время раз­работаны и выпускаются германиевые и кремниевые выпрямители, которые лучше селеновых по техническим данным.

Выпрямительные установки состоят из трансформатора и полупровод­никового выпрямителя. Все выпрямители имеют высокий к. п. д., неболь­шие размеры, легки и сравнительно дешевы; дают возможность плавно регулировать ток и обеспечивают устойчивое горение дуги. Подобно сва­рочным генераторам они могут быть однопостовыми и многопостовыми и иметь падающую, пологую или жесткую внешнюю характеристики. Для создания падающей характеристики используются сварочные транс­форматоры с увеличенным магнитным рассеянием или для этой цели слу­жит дроссель. Для ручной сварки применяют выпрямители с падающей внешней характеристикой, для полуавтоматической в углекислом газе — выпрямители с жесткой или пологопадающей характеристикой.