книги / Сварка в машиностроении. 4

Рис. 4. Циклограмма плазменной резки (уп­ рощенная):

U — напряжение; / ток; ВЧ ~ ток высокого напряжения высокой ча­ стоты; В — расход плаз­ мообразующего газа (в данном случае ■* сжа­

того воздуха). / по­ дача напряжения и газа; II зажигание вспомо­ гательной дуги; III — возбуждение промежу­ точной дуги; IV — рез­ ка; V — холостой пере­ ход; VI —■ отключение напряжения и рабочего газа

наиболее теплонапряженный элемент плазмотрона. Чтобы при стабилизации мощных дуг с температурой плазмы 10—20 тыс °С и скоростью, превышающей скорость звука, между стенками канала и потоком плазмы в столбе дуги существо­ вал слой относительно холодного газа, ток и расход газа выбирают в соответствии с диаметром и длиной сопла. Наилучшим материалом для изготовления сопел служит медь высокой чистоты. Для охлаждения сопел используют систему водя-

12. Техническая характеристика промышленных аппаратов для плазменно-дуговой резки

П р и м е ч а н и я ; 1. Охлаждение источника у аппарата ОПР-6 водяное; у всех УПР-201УЗ воздушное, всех остальных аппаратов — водяное.

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ДЛЯ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ РЕЗКИ

Источник питания при плазменно-дуговой резке должен обеспечивать устойчивое горение и постоянство рабочего тока дуги, горение которой сопровождается рядом флуктуационных, термодинамических и электрических процессов, приводящих к изменению напряжения с различными частотами. Вольт-амперная характери­ стика (ВАХ) такой дуги представляет собой полосу, ширина которой определяется амплитудой имеющихся колебаний (рис. б).

При резке также важно, чтобы рабочий ток в момент зажигания нарастал либо плавно, либо ступенчато. Время нарастания определяется секундами. Источ­ ники питания плазменных резаков должны иметь

рована применением силовых трансформаторов с соответствующей характе­

мостом на кремниевых вентилях VI—V6 (рис. 6). Вторичные обмотки трансформа­ торов выполнены двумя изолированными шинами, поэтому при пересоединении их последовательно можно вдвое увеличить напряжение и соответственно умень­ шить ток. Если при этом обмотки трансформатора соединить по схеме треуголь­ ник—звезда, то выпрямленное напряжение достигает 300 В. Эти аппараты харак­ теризуются значительными массой и габаритами и имеют пологопада­ ющие ВСХ.

Формирование крутопадающих ВСХ источника питания с дросселями насы­ щения осуществляется изменением реактивного сопротивления путем регулиро­ вания постоянным током величины подмагничивания магнитопровода. ДН пред­ ставляет собой замкнутый магнитопровод,на который надеты реакторная (силовая) рбмотка и обмотка подмагничивания. Наиболее совершенной схемой выпрямителя С дросселем насыщения является схема источника ИПР-120/600 (рис. 7, а).

Неизменное направление тока в реакторных обмотках дросселя (обмотки WC), включенных последовательно с кремниевыми вентилями выпрямительного моста, дает возможность осуществить внутреннюю обратную связь. Сердечники дросселя намагничиваются рабочим током, что позволяет существенно уменьшить расчет­ ную мощность, габариты, ток управления и резко повысить коэффициент усиле­ ния. Благодаря дополнительным обратным связям ВСХ выпрямителя ИПР-120/600 отличаются высокой крутизной, неизменной в широком диапазоне рабочего тока и напряжения (рис. 7, б).

Выпрямители ВПР-602 и ВПР-403 выполнены по принципиальной схеме без внутренней обратной связи. Особенностью такой схемы являются параметрическая стабилизация выпрямленного тока в диапазоне изменения напряжения дуги, что исключает необходимость введения внешних обратных связей. Однако для увели­ чения длины крутопадающего участка В6Х вместе с обмоткой управления уло­ жено несколько витков, включенных в силовую цепь и выполняющих роль отри­ цательной обратной связи по току. Данные выпрямители по сравнению с выпрями­ телем ИПР-120/600 отличаются более простой схемой и меньшей инерционностью.

Однако они уступают ему по

лизируется рабочий ток. Тиристорные выпрямители обычно укомплектованы элементами управления процессом плазменной резки. Поэтому в их схемы включают дополнительный маломощный источник питания V7— V12 для дежурной дуги, блок поджигания БП и другие так, что в комплексе такие устройства пред­ ставляют собой полнокомплектные режущие аппараты, отличающиеся друг от друга по назначению, техническим характеристикам, а также по схемно-конструк­ тивному решению. Отечественная промышленность выпускает тиристорные аппа­ раты «Киев-2» и АПР-402-У4 для машинной плазменной резки, УПР-201УЗ для ручной резки, универсальный аппарат ОПР-6-ЗМ для ручной и машинной резки.

Несмотря на преимущества тиристорных выпрямителей для плазменно­ дуговой резки (компактность, незначительная масса, высокие КПД и cos ф), они имеют сложную электрическую схему и требуют высококвалифицированной на­ стройки при изготовлении и эксплуатации. С этой точки зрения определенными преимуществами обладает выпрямитель на базе индуктивно-емкостного преобразо­ вателя, к которому относится источник питания аппарата «Киев-4» (ИЭС им. Е. О. Патона). Преобразователь такого типа (рис. 9) имеет три однофазных дрос­ селя L1—L3 и три конденсаторные батареи С1—СЗ, настроенные в резонанс. В его силовую часть входит трехфазный трансформатор Т с жесткой ВСХ и выпрями­ тельный мост (диоды VI— V6). ВСХ такого источника (рис. 10) обеспечивают ста­ бильный ток сравнительно низкое напряжение холостого хода, высокие КПД и

cos ф. Однако такие источники имеют большую массу по сравнению с тиристорными и для обеспечения динамической устойчивости дуги требуют дополнительной индуктивности в цепи выпрямленного тока.

В ряде случаев при отсутствии специальных выпрямителей для плазменно­ дуговой резки можно применять стандартные сварочные источники тока: выпря­ мители, электромашинные преобразователи и в особых случаях передвижные сварочные агрегаты. При использовании сварочных источников следует руковод­ ствоваться следующим: 1) подбирать источники с падающими ВСХ; 2) учитывать, что все однопостовые сварочные источники при нагрузке их на номинальный ток

рассчитаны на продолжительность работы (ПР) не более 65% ; 3) рабочее напряже­ ние при резке превышает номинальное напряжение сварочных источников пита­ ния. поэтому возникает необходимость в последовательном соединении двух или трех идентичных агрегатов; 4) для обеспечения нормальной работы плазмен­ ного резака должна быть смонтирована дополнительная система управления. При выборе источника питания предпочтение отдается сварочным выпрямителям, которые отличаются от генераторов бесшумностью, имеют более высокий КПД н cos ф и надежны в эксплуатации. В качестве источников тока для питания ручных плазмотронов можно использовать сварочные выпрямители ВКС-500, ВД-502, ВДУ-504 или сварочный преобразователь ПД-501 и др.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВОЗДУШНО-ДУГОВОЙ РЕЗКИ

Комплект оборудования для воздушно-дуговой резки представлен на рис. 11. Ручной воздушно-дуговой резак представляет собой устройство для контактного закрепления электрода, снабженное каналами и сопловой системой для подачи струй сжатого воздуха в зону режущей дуги. В качестве электродов при воздушно­ дуговой резке используют угольные, графитовые или графитированные цилиндри­ ческие стержни диаметром 6—20 мм или пластинчатые электроды сечением до 400 мм2. Обычно применяют электроды длиной 250—350 мм. Для уменьшения окис­ лительного износа боковые поверхности электрода покрывают тонким слоем меди или алюминиево-окисным покрытием.

Типоразмеры ручных воздушно-дуговых резаков установлены стандартом ГОСТ 10796—74 (табл 14). Определяющим параметром резаков является номиналь-

Рис. 12. Схема расположения электрода в резаке и ориентировка воздушных струй в начале (/) и конце (//) резки одним электродом:

1 — неподвижная контактная колодка; 2 — подвижная колодка; 3 — поворотная соп­ ловая губка; 4 — воздушная струя; 5 — электрод; 6 — обрабатываемый металл; 7 — продукты резки; 8 — выстроганная канавка; 9 — направление выброса струи; /шах ~-

максимальная и /т1п — минимальная свободная длина (вылет) электрода

щих коммуникаций. Контактно-зажимные устройства монтажных и универсаль­ ных резаков, как правило, имеют две сжимаемые пружинами контактные поверх­ ности (колодки), между которыми закрепляют электрод. Это обеспечивает наиболь­ шее быстродействие при смене электродов. Такие зажимы предусматривают воз­ можность установки электрода под произвольным углом к рукоятке. Литейные резаки снабжают клиновыми или винтовыми контактно-зажимными устройствами, обеспечивающими надежный контакт, необходимый для передачи тока значи­ тельной величины.

Сопловые устройства современных воздушно-дуговых резаков, как правило, выполняют в виде цилиндрических каналов в контактных колодках (рис. 12). Такие сопла формируют наиболее целесообразные для резки воздушные струи, ориентированные под небольшим углом вдоль боковой поверхности электрода. Для удаления металла, расплавленного дугой, обычно достаточно двух парал­ лельных струй, следующих за электродом в направлении резки. Поэтому сопловые устройства часто выполняют только в одной из контактных колодок. Положение такого резака соответственно ориентируют относительно направления резки.

Для подачи воздуха в резак применяют резинотканевые рукава, в воздушном канале которых прокладывают гибкий провод, подводящий рабочий ток. Источ­ никами тока при воздушно-дуговой резке служат сильноточные сварочные гене­ раторы или выпрямители постоянного тока, а при резке на переменном токе — трансформаторы с пологопадающей или жесткой вольт-амперной характеристикой. Сжатый воздух отбирают из заводской магистрали или от передвижного компрес­ сора, обеспечивающего часовой расход 20—50 м^ч при давлении на выходе 4— 7 кгс/см2. Присутствие влаги в воздухе не является вредным при воздушно-дуго-

Г л а в а 10

ОБРАЗОВАНИЕ СОЕДИНЕНИЙ И СПОСОБЫ ПАЙКИ

Образование непрерывной межатомной связи между соединяемыми деталями при пайке достигается без расплавления их кромок путем смачивания твердых поверх­ ностей более легкоплавким расплавленным жидким металлом (припоем). Поэтому смачивание следует считать основным процессом в образовании соединений при пайке [3]. Смачивание жидкими металлами твердой поверхности сопровождается установлением прочных химических связей между атомами жидкости и твердого тела и считается химическим или необратимым смачиванием [2].

Для химического смачивания характерно наличие порога смачивания, опре­ деляющегося температурой, при которой краевой угол начинает резко умень­ шаться, а работа адгезии возрастать (рис. 1).

Для оценки смачивания поверхности жидкостью рассматривается равновесие капли, нанесенной на твердую поверхность. Равновесие ее определяется соотноше­ нием сил поверхностного натяжения. По мнению В. К. Семенченко, поверхностное натяжение можно рассматривать не только как энергию единицы поверхности, но и как силу, действующую на единицу длины. На рис. 2 через ож_т обозначено поверхностное натяжение на границе жидкость—твердое тело, через аж_г — по­ верхностное натяжение жидкость — газообразная фаза и через ат_г — поверх­ ностное натяжение твердое тело — газообразная фаза; 0 — краевой угол смачи­ вания. Для равновесия сил, действующих в плоскости, нормальной к поверхности твердого тела, справедливо равенство

Степень смачивания можно охарактеризовать углом 0; тогда рассмотрим два Крайних случая: 1) полного несмачивания (0 = 180°); 2) полного смачивания (0 = 0). При полном несмачивании (0 = 180°, cos 0 = —1) Ладг = 0. При полном смачивании (0 = 0, cos 0 = 1 ) Ладг = 2сгж_г. Величина 2ож_г представляет собой Работу, которую нужно затратить для того, чтобы разорвать столб жидкости Сечением, равным единице, и образовать две новые поверхности с поверхностным Натяжением ож_г. Эта работа, определяемая силами сцепления внутри жидкости, Называется удельной работой когезии ЛКОг* В момент наступления полного смачинания жидкостью твердой поверхности работа адгезии оказывается равной работе Когезии