Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”

В. І. Голошубов, М. В. Шевченко

Конспект лекцій з дисципліни

“ЗВАРЮВАЛЬНІ ДЖЕРЕЛА ЖИВЛЕННЯ”

Київ 2010

Рецензенти:

В. В. Андрєєв - кандидат технічних наук, завідувач відділом Джерела живлення ІЕЗ ім. Є. О. Патона

Н. М. Махлін - Начальник електротехнічного відділу НІЦ ЗКАЕ ІЕЗ ім.

Є.О.Патона

В.І.Голошубов, М.В. Шевченко

ЗВАРЮВАЛЬНІ ДЖЕРЕЛА ЖИВЛЕННЯ: Консп. лек.

В даному конспекті лекцій викладено короткі відомості про стійкість енергетичної системи “джерело живлення - зварювальна дуга”, подані поняття зварювальних властивостей джерел і сформульовані вимоги до них.

Описані принципи дії зварювальних джерел в різних режимах. Наведено їх структурні та спрощені електричні схеми.

Для студентів технічних спеціальностей вищих закладів освіти.

ЛЕКЦІЯ 1.

1.1. Iсторiя розвитку зварювальних джерел живлення, їх сучасний стан I

перспективи розвитку

У 1881 роцi Н.Н.Бенардос уперше застосував дуговий розряд для зварювання металiв, використовуючи в якостi джерела потужну батарею свинцево-кислотних акумуляторiв. Значнi удосконалення в зварювальний процес внiс iнженер

Н.Г.Славянов, який у 1888 роцi розробив спосiб дугового зварювання плавким електродом. Джерелом була динамомашина, а для полiпшення стабiльностi горiння зварювальної дуги застосовувався баластовий реостат, увімкнений послiдовно в коло навантаження. Уперше зварювальний генератор, який згодом отримав широке застосування в промисловостi, був удосконалений у 1905р. У 1924 роцi пiд керiвництвом В.П.Нiкiтiна був розроблений зварювальний генератор системи з розщепленими полюсами та трансформатор із вбудованою дросельною котушкою на загальному магнiтному осердi. Широкому використанню зварювання у промисловостi сприяло збiльшення виробництва трансформаторiв для зварювання пiд флюсом у виглядi потужних трансформаторiв на струми 1000 i 2000 А з дистанцiйним керуванням. Для механiзованного зварювання в середовищі СО₂ були розробленi джерела з жорсткими характеристиками, якi значно збiльшували продуктивнiсть зварювального процесу. Розвиток напiвпровiдникової технiки дозволив перейти до створення зварювальних випрямлячiв i спецiалiзованих джерел живлення. Потужним iмпульсом удосконалення їхніх конструкцiй стала поява силових тиристорiв, на основi яких розробленi унiверсальнi випрямлячi, трансформатори для рiзних способiв зварювання зі стабiлiзацiєю вихiдних параметрiв. У сучасних зварювальних джерелах використовуються складнi електричнi схеми, пристрої автоматики i програмного керування.

При розробцi нових i вдосконаленнi джерел, що виготовляються серійно, основна увага повинна придiлятись їх зварювальним властивостям. Вимоги до них безперервно пiдвищуються, що є наслiдком пiдсилення вимог до точностi вибору режимiв зварювання, а також автоматизацiї i роботизацiї зварювального виробництва. Недивлячись на зростаючу технiчну складнiсть джерел живлення тенденцiя їх розвитку не є визначальною, оскільки складне схемне рiшення не завжди сприяє покращенню їх зварювальних властивостей. Тому прості дешевi джерела знаходять також широке застосування в промисловостi. У першу чергу

3

необхiдно вiдзначити застосування джерел змiнного струму, якi мають високі ККД, відзначаються простотою та надiйнiстю в експлуатацiї, низькою вартістю виготовлення. Для пiдвищення стiйкостi горiння дуги змiнного струму застосовують вiдповiднi пристрої у виглядi iмпульних стабiлiзаторiв горiння дуги (IСГД). Завдяки їх застосуванню також удається суттєво знизити напругу неробочого ходу силового трансформатора, що дозволяє отримати економiю активних матерiалiв i електроенергiї за рахунок пiдвищення cosji ККД. Крiм того, за умови необхiдностi можна застосувати «гарячий» (пiдвищення струму на початку зварювання) або «холодний» старт (зниження струму на початку процесу при зварюваннi неплавким електродом тонкого металу), модуляцiю зварювального струму, усунення постiйної складової струму при зварюваннi неплавким електродом.

Широке застосування знаходять джерела з iндуктивними накопичувачами енергiї, якi дозволяють здiйснювати зварювання змiнним струмом, форма кривої якого близька до прямокутної. При цьому амплiтуди i тривалiсть iмпульсiв як прямої так i зворотної полярностi можуть регулюватись незалежно.Такi джерела застосовуються при аргоно-дуговому зварюваннi алюмiнiю та його сплавiв, високолегованих сталей, титану, плазмового зварювання змiнним струмом. Наявнiсть великих накопичувачів енергiї робить дугу безвiдривною i еластичною, при цьому вiдпадає необхiднiсть у використанні спецiальних стабiлiзаторів горiння дуги. Значного удосконалення зазнають джерела живлення для iмпульсно-дугового зварювання, в яких поряд із плавним регулюванням параметрiв iмпульса передбачене однокнопочне (синергетичне) керування, а також цифрова iндикацiя частоти та iнших параметрiв режиму зварювання.

Вимоги до зварювальних джерел живлення, що висуваються на базi сучасних технологiй, автоматизованого устаткування, робототехнiчних комплексiв найбiльш повно можуть бути задоволенi застосуванням iнверторних випрямлячів як на тиристорнiй, так i на транзисторнiй елементних базах. До переваг джерел такого типу можна вiднести можливiсть формування зовнiшнiх характеристик рiзної форми та динамiчних властивостей, необхiдних для здiйснення рiзних зварювальних процесiв (наприклад, для зварювання методами TIG, MIG i MAG), малi габарити i масу, високi cosj i ККД. Крiм iнверторних джерел отримують поширення джерела живлення з транзисторними ключами в колi постiйного струму. Вони так само як iнверторнi джерела вiдзначаються малою iнерцiйнiстю i з використанням комп’ютерних систем, дозволяють здiйснювати керування такими швидкодiючими процесами, як перенесення металу при зварюваннi у вуглекислому газi, i виключити

4

розбризкування електродного металу. Вартiсть джерел iнверторного типу значно вища від вартостi джерел звичайного типу, тому простi i надiйнi традицiйнi джерела з покращеними зварювальними властивостями можуть успiшно застосовуватись поряд з iнверторними в окремих видах зварювання.

Централiзоване живлення на основi багатопостових систем дозволяє значно скоротити кiлькiсть однопостових джерел живлення, не зменшуючи при цьому числа зварювальних постiв. Перехiд до багатопостової системи живлення є доцiльним у зв’язку із потребою загальної економiї енергiї, зменшення витрат на амортизацiю, обслуговування, ремонт, а також економiї виробничих площ.