ДЖЕРЕЛА ЖИВЛЕННЯ ЗВАРЮВАЛЬНОЇ ДУГИ
Особливістю електродугового зварювання є короткі замикання і коливання довжини дуги. Короткі замикання відбуваються і під час запалювання дуги, і під час перенесення металу із електроду на виріб у вигляді крапель (30...40 крапель/с). Напруга дуги в момент короткого замикання спадає майже до нуля, а значення струму дуже зростає. Для обмеження струму короткого замикання необхідно, щоб джерело живлення мало спадну зовнішню характеристику.
Зовнішньою характеристикою джерела живлення зварювальної дуги називають залежність між напругою Uі силою струму I на вихідних його затискачах. Рис. 5.1.5 (лінія 1) свідчить, що із зниженням напруги величина сили струму зростає, але обмежено. Дуга й джерело її живлення утворюють єдину систему. Тому зовнішня характеристика (лінія 1) і вольт-ампе-рна характеристика (лінія 2) мають спільні точки В і С, що є умовою енергетичної рівноваги системи. Точка В відповідає запалюванню дуги, а точка С — стійкому її горінню. Координати точки С (UД, I3) характеризують режим зварювання. Під час короткого замикання напруга дуги спадає майже до нуля (точка В), а сила струму короткого замикання мало перевищує силу робочого струму Iз. Що крутіша зовнішня характеристика, то менші коливання значень зварювального струму, зумовлені зміною довжини дуги під час ручного зварювання.
| А с |
Рис. 5.1.5. Зовнішня
характеристика джерела
живлення (лінія 1) і вольт-
амперна характеристика
зварювальної дуги (лінія 2):
Vл — напруга дуги; Із — сила
зварювального струму під час
стійкого горіння дуги
Для дугового зварювання використовують постійний та змінний струм.
Джерелами постійного струму є зварювальні генератори та випрямлячі, а джерелами змінного струму — зварювальні трансформатори. Максимальна напруга джерела живлення коливається в межах 60...80 В і не повинна перевищувати 80 В в умовах безпечної роботи.
Зварювальні генераториє спеціальними зварювальними машинами постійного струму, якір яких приводиться в обертання електродвигуном змінного струму або двигуном внутрішнього згорання. На рис. 5.1.6 зображена схема генератора з незалежним збудженням. Він має дві обмотки — намагнічувальну 4, яка створює основний магнітний потік Ф„ і розмагнічувальну 7, через яку пробігає зварювальний струм. Магнітний потік розмагнічувальної обмотки ФР скерований протилежно до основного потоку. Намагнічувальний потік не залежить від зварювального струму, а розмагнічувальний потік залежить. Із збільшенням зварювального струму зростає потік Фр і зменшується загальний потік, створюваний магнітною системою генератора. Цим обмежується струм короткого замикання і створюється спадна зовнішня характеристика зварювального генератора, Зварювальний струм знімається з основних щіток 2 і 6. Його регулюють ступеневим вмиканням відповідної кількості секцій в розмагнічувальній обмотці за допомогою клем 8 або плавно реостатом 5, який ввімкнутий в електричне коло намагнічувальної обмотки. Із зменшенням опору Е реостата струм в намагнічувальній обмотці і потік Фн зростають, а разом з ними зростає зварювальний струм. Щоб зменшити зварювальний струм, необхідно збільшити опір реостата. Ввімкнувши в електричне коло всю розмагнічувальну обмотку, збільшують магнітний потік Фр і зменшують зварювальний струм. На рисунку ввімкнута лише частина витків розмагнічувальної обмотки.
Величина зварювального струму, який індукується в обмотці якоря І генератора, залежить від сумарного магнітного потоку.
Зварювальні випрямлячіналежать до джерел постійного, а точніше пульсувального струму. Випрямляч, схема якого зображена на рис. 5.1.7, має знижувальний трифазний трансформатор і, випрямний блок 2 і дросель 3
Рис. 5.1.6. Схема генератора з незалежним збудженням: 1 — якір; 2,6 — основна щітка; 4 — намагнічувальна обмотка; 5 — реостат; 7 — розмагнічувальна обмотка; 8 — клема; 9 — електрод; 10, 11 — заготовка
Рис. 5.1.7. Схема трифазного випрямляча:
1 — трифазний знижувальний трансформатор;
2 — блок селенових випрямлячів; 3 — дросель
Випрямний блок живиться від знижувального трансформатора. Блок зібраний зі селенових або кремнієвих напівпровідникових елементів — вентилів, які пропускають струм лише в одному напрямку, а в протилежному напрямку — практично не пропускають. Тут випрямляються обидва півперіоди трифазного змінного струму, у зв'язку з чим його пульсація максимально згладжується.
Дросель створює спадну зовнішню характеристику й регулює значення зварювального струму. Якщо замість звичайного використати знижувальний трансформатор зі збільшеним магнітним розсіюванням та рухомими обмотками, то дросель не потрібен.
Зварювальні випрямлячі забезпечують високу стабільність горіння дуги, особливо на малих струмах, мають високий ККД, а через відсутність обертальних частин вони прості й надійні в роботі. Недоліком випрямлячів є необхідність інтенсивного охолодження напівпровідникових елементів за допомогою вентилятора.
Зварювальні трансформатори прості за конструкцією, дешеві й надійні джерела живлення зварювальної дуги змінним струмом. Більшість з них однофазні зі спадною зовнішньою характеристикою. Зварювальні трансформатори поділяють на такі основні групи:
— трансформатори з окремим дроселем;
— трансформатори із збільшеним магнітним розсіюванням і
рухомою обмоткою.
Найпростіші за конструкцією є однофазні зварювальні трансформатори з окремим дроселем. Такий зварювальний апарат складається із знижувального трансформатора А (рис. 5.1.8) і дроселя Б. Первинна обмотка 9 трансформатора під'єднується до силової мережі напругою 220 або 380 В. Напруга вторинної обмотки 5 не повинна перевищувати 80 В.
Дросель служить для створення спадної зовнішньої характеристики та регулювання значення зварювального струму. Осердя дроселя має дві частини — нерухому 2 та рухому 4. На нерухомій частині намотані витки обмотки 3, ввімкнуті послідовно з вторинною обмоткою у зварювальне коло. Коротке замикання зумовлює в обмотці дроселя струм самоіндукції, спрямований
Схема однофазного зварювального трансформатора з окремим дроселем:
А — трансформатор; Б — дросель; 1 — осердя; 2 — нерухома, 4 — рухома
частини дроселя; 3 — обмотка дроселя; 5 — електрод; 6,7— заготовка;
в — вторинна, 9 — первинна обмотки трансформатора;
а — зазор між 2 і 4 рухомою частиною дроселя
протилежно струмові короткого замикання, внаслідок чого останній обмежується. Збільшуючи зазор а між нерухомою й рухомою частинами осердя, зменшують індуктивний опір котушки. Від цього збільшується сила зварювального струму і зменшується крутість зовнішньої характеристики. Щоб зменшити силу зварювального струму, необхідно зменшити зазор а між частинами осердя, В цьому випадку крутість зовнішньої характеристики зростає.
Однофазний трансформатор з окремим дроселем застосовують у ручному зварюванні покритим електродом, аргонно-дуго-вому зварюванні та механізованому зварюванні під флюсом.
Зварювальний трансформатор із збільшеним магнітним розсіюванням і рухомою обмоткою складається з феромагнітного осердя І (магнітопроводу) та двох обмоток — первинної 2 (рис. 5.1.9) нерухомої і вторинної 3 рухомої. Ці обмотки розсунуті, їх індуктивний опір підвищений, внаслідок наявності магнітних потоків розсіювання, що замикаються через повітря. Змінюючи відстань І між обмотками, регулюють індуктивний опір, а разом з ним — зварювальний струм. Із збільшенням відстані І збільшуються потоки розсіювання, що приводить до підвищення індуктивного опору і зменшення зварювального струму. Зближуючи обмотки, підсилюють взаємодію протилежно спрямованих потоків розсіювання, від чого зменшується індуктивний опір вторинної обмотки і зварювальний струм зростає.
Потоки розсіювання індукують ЕРС самоіндукції, скеровану протилежно до основної напруги. Раптове збільшення зварювального струму зумовлює зростання потоків розсіювання, внаслідок чого зростає індуктивний опір, який обмежує струм короткого замикання. Так створюється спадна зовнішня характеристика цього трансформатора.