zdg_konspect

струм з точнiстю 5%, при зварюваннi дуже тонких матерiалiв - до 2%. Створення крутоспадної ВАХ досягається за рахунок бiльшого iндуктивного опору джерела або зворотного зв’язку за струмом.

Джерелом живлення для зварювання неплавким електродом в основному є випрямляч, який складається з трифазного понижуючого трансформатора i силового випрямного блока на керованих або некерованих вентилях з широким дiапазоном регулювання струму. Широкий діапазон регулювання викликаний необхiднiстю зниження струму дуги в кiнцi зварювання для заварювання кратера. З цєї причини не використовуються джерела зi ступiнчастим або механiчним регулюванням струму. При плавноступiнчастому регулюваннi дiапазони повиннi перекриватись так, щоб забезпечувати необхiдне для заварювання кратера зниження струму в одному дiапазонi. Крiм цього, джерела зварювального струму цілого ряду установок повиннi забезпечувати плавне наростання струму на початку зварювання, що дозволяє уникнути руйнування вольфрамового електрода i перенесення його в шов через рiзкі стрибки струму при холодному електродi.

Джерела живлення повиннi забезпечувати режими зварювання пульсуючою дугою, якi широко застосовуються в технологiї зварювання неплавким електродом. Час iмпульса i паузи повиннi змiнюватись вiд 0,01 до 1-3 с, глибина модуляцiї – до 10-12 раз. Характер модуляцiї (iмпульсний унiполярний, iмпульсний рiзнополярний, високочастотний) залежить вiд марки i товщини зварюваного матерiалу.

Початкове запалювання дуги повинне виконуватись безконтактним способом за допомогою осцилятора або збуджувача, оскільки при контактному способi запалювання спостерiгаються забруднення шва вольфрамом i пiдвищене руйнування електрода.

Джерела живлення постiйного струму застосовуються для аргоно-дугового зварювання усiх перелiчених матерiалiв, за винятком алюмiнiєвих сплавiв (рис. 17.2).

Зварювання ведеться дугою прямої полярностi, оскільки бiльша частина тепла дуги, розподiляючись на зварюваний вирiб (анод), дозволяє збiльшити струмове навантаження на електродi i, вiдповiдно, збiльшити продуктивнiсть процесу. Як джерела живлення постiйного струму, за винятком спецiальних джерел, можуть застосовуватись зварювальнi випрямлячi з крутоспадною зовнiшньою характеристикою типу ВДУ-505, ВДУ-506, ВДУ-601. Також можуть застосовуватись i багатопостовi випрямлячi з постовими регуляторами струму. Використання таких випрямлячiв доцiльне там, де зосереджено велику кiлькiсть зварювальних постiв.

161

Рис. 17.2. Функціональна схема джерела постійного струму

Джерела живлення змiнного струму використовують при зварюваннi алюмiнiєвих сплавiв (рис.17.3 а).

При горiннi дуги змiнного струму необхiдно враховувати рiзницю у фiзичних властивостях тугоплавкого вольфрамового електрода i легкоплавкого основного металу-алюмiнiю. Протягом пiвперiоду прямої полярностi, коли катодом є нагрiтий вольфрамовий електрод, потужна термоелекронна емiсiя забезпечує значний струм IПР i iнтенсивне плавлення основного металу (рис. 17.3 б). Напруга запалювання приблизно дорiвнює напрузi дуги UПР i при короткiй дузi в аргонi може складати 10 В. У пiвперiодi зворотної полярностi для запалювання дуги потрібна висока напруга , яка сягає 200 В, оскільки термоелектронна емiсiя з холодного алюмiнiєвого катода незначна.

Напруга горiння дуги зворотної полярностi UЗВОР вища, вiд UПР i складає бiльше 20 В, а величина струму зворотної полярностi нижча за IПР на 20-50%. Однак, в

пiвперiодi цієї полярностi іде процес руйнування оксидної плiвки алюмiнiю завдяки бомбардуванню виробу позитивними iонами, що значно покращує процес зварювання. Для надiйного повторного запалювання дуги при переходi до пiвперiоду зворотної полярностi необхiдно надіслати iмпульс, який перевищує напругу UЗВОР в 2-3 рази. Це досягається застосуванням iмпульсного стабiлiзатора горiння дуги (ІСГД), який складається з силової частини i електронної схеми керування.

У зв’язку з великою рiзницею напруг горiння дуг прямої i зворотної полярностi виникає постійна складова струму дуги. Оскільки IПР бiльший від ІЗВОР, криву зварювального струму можна подати як суму симетричного змiнного струму i

162

постійної складової IПОСТ (рис.17.3 б). Постійна складова негативно вiдображається на роботi трансформатора, пiдмагнiчуючи осердя магнітопроводу, викликаючи його перегрiв i сильну вiбрацiю. Стримування або зменшення сталої складової виконується спецiальними пристроями, спрощенi схеми яких наведено на рис.17.4.

Рис. 17.3. Функціональна схема (а), осцилограма струму і напруги (б) джерела змінного струму

Найпростiший пристрій складається з дiода VD i резистора R, в якому струм зворотньої полярностi проходить через VD, а струм прямої полярностi йде через

163

R i тому знижується. Такий пристрій застосовується в джерелах малої потужностi через великі втрати на резисторi(рис.17.4 а).

Рис. 17.4. Придушення постійної складової струму за допомогою резистора (а), конденсатора (б) тиристорного комутатора (в)

Повна компенсацiя при зварюваннi на будь-яких режимах досягається за рахунок використання конденсаторної батареї. Для покращання початкового запалювання дуги в схемi передбачений ключ SA, який шунтує коло батареї С. Пiсля запалювання дуги i розмикання SА в пiвперiоди прямої полярностi С заряджається, а при зворотнiй полярностi – розряджається, пiдживлюючи тим самим дугу i лiквiдуючи постійну складову (рис.17.4 б). Недолiком такого способу є наявнiсть в пристрої громiздкої батареї спецiальних конденсаторiв.

Найчастiше для придушення постійної складової струму застосовується комутатор, який складається з двох зустрiчно-паралельно увiмкнених тиристорiв VS1 i VS2, що працюють з рiзними кутами керування (рис.1.4 в). У пiвперiоди прямої полярностi кут вiдкриття «α » VS1 повинен бути бiльшим за «α » тиристора VS2.

17.2. Пристрої для збудження, стабiлiзацiї дуги та придушення постійної складової струму

Для початкового збудження дуги без короткого замикання електрода широко застосовуються осцилятори i збуджувачi. Це високовольтнi, високочастотнi апарати, здатні створювати iскровий розряд мiж електродом i виробом. Пробій мiжелектродного промiжку призводить до його iонiзацiї, завдяки чому запалюється дуга вiд основного джерела живлення. Серiйнi осцилятори i збуджувачi

164

виготовляють на напругу 2-20 кВ, струм розряду 1-10 А, частоту розряду до 1000 кГц. При такiй частотi висока напруга безпечна для зварника, оскільки високочастотний струм протiкає по поверхнi тiла, викликаючи при цьому тiльки опiки.

Пiдпалюючі пристрої безперервної (iскровi осцилятори) й iмпульсної дії (збуджувачi) з основним джерелом можуть вмикатись паралельно або послiдовно.

Iскровi зварювальнi осцилятори із джерелами живлення постiйного струму застосовують для початкового збудження дуги. Із джерелами змiнного струму їх застосовують як для початкового збудження дуги, так i для збудження дуги при змiнi полярностi, тобто пiсля переходу струму через нуль. Принципова електрична схема осцилятора паралельного вмикання типу ОСПЗ-2М наведена на рис.17.5.

Рис. 17.5. Принципова електрична схема осцилятора паралельної дії

Пiдвищуючий трансформатор Т створює напругу 3-6 кВ, яка через вторинну обмотку Т пiдводиться до розрядника FV, що входить до коливального контура С4-L3-FV. При наростаннi напруги на вториннiй обмотцi Т конденсатор С4 заряджається i в його електричному полi нагромаджується енергiя С4ЧU2/2. При досягненнi визначеної величини напруги вiдбувається пробій повiтряного промiжку розрядника i С4 розряджається на iндуктивнiсть L3, яка є первинною обмоткою iмпульсного трансформатора Т1. В коливальному контурi виникає струм I. Енергiя С4ЧU2/2 перетворюється в енергiю магнiтного поля iндуктивностi L3ЧI2/2, i в коливальному контурi створюється знакозмiнний згасаючий за амплiтудою коливальний процес з кутовою частотою, що залежить вiд параметрiв С4 i L3. Високовольтна напруга пiдвищеної частоти передається на вторинну обмотку Т1, котушка якої L2 здiйснює введення цiєї напруги на дуговий промiжок. Захистом джерел вiд такої напруги є Г-подібний фiльтр, який складається з iндуктивностi L1 (великогабаритного дроселя) i ємностi С1. Якщо трансформатор джерела живлення має розвинене магнiтне розсiяння, то необхiднiсть в його захистi вiдпадає.

165

Блокувальнi конденсатори С2, С3 затримують низькочастотну складову зварювального струму вiд основного джерела, захищають вторинну обмотку iмпульсного трансформатора Т1 i створюють умови безпечної роботи зварювальника. Перешкодо-захисний фiльтр ПЗФ призначений для захисту мережi живлення вiд високочастотних коливань, оскільки осцилятор створює значнi перешкоди радiоприйому, i тому його безперервна робота допускається не довше ніж 1 с.

Для надiйного запалювання дуги осцилятор генерує згасаючі iмпульси тривалiстю бiля 2 мкс по 10-15 iмпульсiв за пiвперiод. Амплiтуда напруги iмпульса може сягати 6 кВ.Осцилятори паралельного вмикання застосовують в основному із джерелами живлення постiйного струму.

В осциляторах послiдовної дiї типу ОСППЗ-300М зварювальний струм проходить через котушки iндуктивностi L1 коливального контуру С2-L1-FV, внаслiдок чого рiзко зростає перерiз котушки L1. Захист джерела живлення вiд дiї високовольтної високочастотної напруги здiйснюється конденсатором С1, який має малий опiр для високих частот (рис.17.6).

Рис. 17.6. Принципова електрична схема осцилятора послідовної дії

Осцилятори послiдовної дiї простiшi i компактнiшi нiж пристрої паралельного вмикання i застосовуються в основному на струми, не бiльші 400 А. В них вiдсутнiй крупногабаритний захисний дросель, зменшуються втрати вихiдної напруги на елементах зварювального кола, знижується рiвень радiоперешкод.

Iмпульснi стабiлiзатори (IС) призначенi для повторного запалювання дуги змiнного струму i застосовуються в установках для зварювання алюмiнiя i його сплавiв неплавким електродом. Стабiлiзатор повинен генерувати пiковий iмпульс з амплiтудою напруги Ui=200-600 В.

У стабiлiзаторi для аргоно-дугового зварювання неплавким електродом

166

конденсатор С заряджається вiд трансформатора Т через дiод VD i струмообмежуючий резистор R1 (рис.17.7).

Наявнiсть VD запобiгає розряду С на трансформатор. У коло розряду конденсатора увiмкнено тиристор VS i баластовий резистор R2. Розряд конденсатора на дуговий промiжок вiдбувається при вiдкриттi комутуючого пристроя VS блоком керування БК пiсля змiни полярностi дугової напруги з прямої на зворотню. Така схема є загальною для стабiлiзаторiв дуги в деяких установках аргоно-дугового зварювання змінним струмом.

Рис. 17.7. Спрощена електрична схема ІСГД для аргоно-дугового зварювання неплавким електродом

17.3. Джерела живлення постiйного струму для аргоно-дугового зварювання неплавким та плавким електродами

Установка типу УДГ-101 призначена для зварювання неплавким електродом виробiв з корозiйно-стiйких сталей постiйним струмом у середовищi аргону. Функцiональна схема її наведена на рис.17.8.

Магнiтний пiдсилювач А, увiмкнений до вторинного кола силового трифазного трансформатора Т призначений для отримання спадних зовнiшнiх характеристик i плавної змiни струму навантаження на двох ступенях регулювання. Випрямний блок VD, зiбраний за трифазною мостовою схемою, служить для отримання зварювального струму з частотою пульсацiй 300Гц. Задання величини зварювального струму здiйснюється резистором блоку БЗС, увiмкненим в коло керування магнiтного пiдсилювача. Лiнiйний дросель L згладжує пульсацiю випрямленого струму i напруги, зменшує стрибки струму при збудженнi дуги.

167

Пристрій ПЗК плавно знижує струм у кiнцi зварювання з метою запобiгання утворення в швi кратера. У корпусi установки є також осцилятор паралельної дiї G i водоохолоджувальний пальник зi змiнними цангами для електродiв. Перемикач S забезпечує можливiсть проводити зварювання на прямiй i зворотнiй полярностi. Установка облаштована також педальною кнопкою вмикання струму, вимiрювальними пристроями, апаратурою для увімкнення води i захисного газу. Виносний пульт керування забезпечує регулювання зварювального струму i часу заварювання кратера, перевiрку роботи осцилятора i газового клапана.

Рис. 17.8. Функціональна схема джерела УДГ-101

Тиристорнi джерела живлення серiй ВСВУ, ВСВ призначенi для автоматичного зварювання неплавким електродом виробiв зі звичайних, корозiйно-стiйких i жаромiцних сталей та титанових сплавiв. Вони виконанi на базi єдиної електричної схеми, яка реалiзована у виглядi унiфiкованих блокiв. Джерела забезпечують стабiлiзацiю зварювального струму при змiнах напруги мережi, довжини дуги i температури навколишнього середовища. Випрямлячi серiї ВСВУ призначенi для зварювання на струмах 40, 80, 160, 315, 400 i 630 А в неперервному та iмпульсному режимах вiдкритою i стиснутою дугою. Вони можуть здiйснювати автоматичне, плавне, регульоване в часi нарощування струму на початку зварювання з метою

168

рiвномiрного розiгрiвання вольфрамового електрода i, вiдповiдно, пiдвищення його стiйкостi. Вони можуть також забезпечувати плавне регулювання струму чергової дуги в iмпульсному режимi, модулювати iмпульси вiд прямокутної до трикутної форми, плавно знижувати струм в кiнцi зварювання при заварюваннi кратера. Функцiональна схема джерела типу ВСВУ подана на рис.17.9, де Т-зварювальний трансформатор, VS-силовий тиристорний блок, RS-датчик струму, ДДЖ-допомiжне джерело живлення для збудження дуги, БФК i БРС -блоки фазового керування i регулювання струму, ТБ i РБ -тригерний i релейний блоки, L, G -згладжуючий дросель i осцилятор.

Рис. 17.9. Функціональна схема джерела живлення типу ВСВУ

Спрощена принципова електрична схема силової частини джерела подана на рис.17.10.

Силовий трифазний трансформатор має одну первинну i двi вториннi обмотки, з’єднанi в «зiрку». Основне джерело живлення – тиристорний випрямляч VS, який має положистоспадну зовнiшню характеристику i увiмкнений на дугу паралельно з допомiжним малопотужним джерелом ДДЖ, яке формує крутоспадну ВАХ з напругою неробочого ходу U =100В для зварювання в аргонi i 200В – в середовищi

20

гелiю. U можна змінювати вiд 65 до 200В за рахунок секцiонування вторинних обмоток20i змiни їх з’єднання за допомогою перемикача допомiжного джерела.

169

Крутоспадна характеристика ДДЖ забезпечується регулюючими однофазними лiнiйними дроселями L1 з роз’ємними феромагнiтними осердями. Вони також виконують функцiї згладжуючих фiльтрiв на малих струмах i запобiгають виникненню автоколивального режиму при глибокому регулюваннi. У процесi зварювання горять одночасно двi дуги. Сполучення двох рiзних за формою зовнiшнiх характеристик (рис. 17.11), коли ДДЖ має достатню напругу для надiйного запалювання дуги-2, а основне джерело VS-вертикальну характеристику в дiапазонi робочих напруг-1, дозволяє значно знизити напругу неробочого ходу основного джерела. Це призводить до зниження потужностi, яка споживається, масо-габаритних показникiв, а також до пiдвищення ККД i соsϕ.

Рис. 17.10. Спрощена електрична схема силової частини джерела ВСВУ-315

Датчик струму RS видає сигнал зворотного зв’язку за струмом i являє собою водоохолоджувальну трубку з корозiйно-стiйкоi сталi. Блок БФК виконано за «вертикальним» принципом керування тиристорами, який полягає в порiвняннi пилкоподібної напруги i напруги керування з наступним формуванням керуючих імпульсiв на запуск силових тиристорiв блока VS.

Блок регулювання струму БРС виконано за схемою диференцiйного

170