Источник питания сжатой дуги

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ СЖАТОЙ ДУГИ

6.2.1. Особенности горения сжатой дуги и требования к источникам

Сжатая дуга используется при плазменной сварке, наплавке, резке и напылениии, а также при плазменно-механической обработке.
Плазменная сварка и наплавка выполняются с помощью плазматрона, изображенного на рис. 6.7,а. Дуга, горящая между вольфрамовым электродом и деталью, сжимается потоком аргона, проходящего по каналу сопла диаметром от 0,5 до 6 мм. По сравнению со свободной дугой сжатая дуга имеет более высокую температуру (до 20000 К на оси столба), повышенную проплавляющую способность и высокую пространственную устойчивость.

Рис.6.7. Схемы плазменных процессов: а- сварки на постоянном токе;
б- сварки на переменном токе; в- резки; г- напыления

Начальное зажигание дежурной дуги выполняется осциллятором или возбудителем G1, обычно последовательного включения. Источник дежурной дуги G2 должен обеспечивать небольшой ток (до 20 А). В качестве такого источника используют маломощный выпрямитель с крутопадающей характеристикой или питают дежурную дугу от основного источника через балластный реостат.
Тpебования к основному источнику G3, как и пpи сваpке свободной дугой, опpеделяются pодом сваpочного тока и хаpактеpом его модуляции.
Плазменная резка (рис. 6.7,в) выполняется за счет расплавления металла сжатой дугой и удаления его из полости реза благодаря кинетической энергии плазменной струи. Благодаря использованию электродов со стойкими циркониевыми и гафниевыми вставками резка выполняется с использованием дешевого сжатого воздуха.
Плазменно-механическая обработка (токарная, строгальная) — процесс, родственный плазменной резке. Плазматрон разогревает поверхность обрабатываемой детали, в результате чего значительно повышается подача, а следовательно, и производительность черновой обработки, особенно труднообрабатываемых твердых металлов. Требования к источнику те же, что и при плазменной резке.
Плазменное напыление (см. рис. 6.7,г) происходит при косвенном нагреве детали и плавлении порошка плазменной струей. Дуга горит только в плазматроне между электродом и соплом. Отдельный источник дежурной дуги здесь не нужен, в остальном требования к источнику совпадают с изложенными выше.

Источники для микроплазменной сварки

Аппарат МПА-160 (рис. 6.9) предназначен для плазменной, микроплазменной и аргоно-дуговой сварки на постоянном токе, в том числе пульсирующей дугой. Аппарат имеет неуправляемый выпрямительный блок VD1, многозвенный тиристорный последовательный инвертор UZ1 с выпрямительным блоком VD2 для питания основной дуги и транзисторный инвертор UZ2 для питания дежурной дуги. Схема одного из звеньев основного инвертора приведена на рис. 6.9,б. При

Рис.6.9. Блок-схема (а) и принципиальная схема тиристорного инвертора (б) источника МПА-160

поочередном включении тиристоров VS1 и VS2 происходит заряд и разряд конденсатора C, импульсы этого тока с помощью трансформатора T передаются нагрузке. Сварочный ток регулируется изменением емкости конденсатора и частоты запуска тиристоров, которая может достигать 20 кГц. Достоинством инверторного источника является малая масса и широкие возможности регулирования режима.

ИСТОЧНИКИ ДЛЯ ИМПУЛЬСНО — ДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭДЕКТРОДОМ

Требования к источникам

Управляемый перенос электродного металла может быть реализован посредством модулирования сварочного тока с помощью источника. Способ механизированной сварки плавящимся электродом в аргоне и его смесях с модулированием тока получил название импульсно-дуговой сварки. Главным достоинством импульсно-дуговой сварки является возможность в 2 — 3 раза уменьшить нижний предел тока, при котором еще обеспечивается мелкокапельный перенос, и, следовательно, сваривать металл сравнительно малой толщины без опасности прожога и недопустимого разбрызгивания. Поскольку
импульсный ток гарантирует направление переноса капли вдоль оси электрода, это облегчает сварку в вертикальном положении.
Типы импульсных источников, получившие наибольшее распространение — это приставки с емкостным накопителем энергии, тиристорные источники, источники с полупроводниковыми коммутаторами, инверторные источники.
Требования к источникам для импульсно-дуговой сварки в аргоне и его смесях сформулированы довольно четко. Ток импульса Iи для надежного сбрасывания капли должен превышать критический ток Iкр, соответствующий мелкокапельному переносу. При сварке проволокой от 0,8 до 2,5 мм он настраивается на уровне 200 — 1500 А. Длительность импульса должна регулироваться от 1 до 10 мс. Для того чтобы обеспечить принцип «один импульс на одну каплю», желательно стабилизировать энергию импульса.

Тиристорные источники

Серийно выпускается тиристорный выпрямитель ВДГИ-302 (рис. 6.11). Сетевое напряжение с помощью автоматического выключателя QF и пускателя K подается на однофазный понижающий трансформатор T с нормальным рассеянием. Напряжение вторичной обмотки выпрямляется блоком вентилей VD1, VD2, VS1 — VS6 с двумя дросселями L1, L2. В этом блоке диоды VD1, VD2 работают в любом режиме. Тиристоры VS1, VS2 используются для генерирования пиковых импульсов. Амплитуда и длительность импульсов задается углом управления тиристоров, частота (50 или 100 Гц) зависит от того, один или оба тиристора используются. Тиристоры VS3, VS4 создают базовый ток, сглаженный дросселем L1 . Фазовое управление тиристорами VS3, VS4 используется для настройки среднего значения напряжения дуги. Однако при глубоком регулировании в кривой базового тока появляются провалы. Поэтому схема дополняется цепью подпитки, обеспечивающей небольшой, но хорошо сглаженный ток. В ней применены оптронные тиристоры VS5, VS6, управляемые световым потоком светодиодов, что обеспечивает гальваническую развязку, т.е. независимость работы цепей управления от воздействия высокочастотных помех сварочной цепи. В цепи подпитки используется дроссель L2 с большой индуктивностью.

Рис.6.11. Схема силовой части выпрямителя ВДГИ-302 У3

Выпрямитель может работать как в режиме импульсного , так и базового тока . Однако преимущественно используется совместный режим работы всех цепей, при котором сварочный ток получается как сумма токов импульсного, базового и подпитки.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ И МОНТАЖУ

Методика выбора

Требования технологического процесса сварки стоят на первом месте среди критериев выбора. К ним относятся способ и вид сварки, род тока, диапазон сварочных режимов и т.д. Немаловажное значение имеют также цена и технико- экономические показатели источника. Все эти сведения обычно приводятся в справочниках, каталогах и номенклатурных списках заводов- изготовителей.
Систему обслуживания принимают в зависимости от количества постов сварки, компактно расположенных в цехе или на стройке. Многопостовые системы экономичны уже при количестве однотипных постов более четырех.
Способ сварки следует задать уже в начале выбора, поскольку от него зависят такие важные параметры источника, как тип внешней характеристики, напряжение холостого хода, кратность тока короткого замыкания и т.д.
Тип источника принимается в основном по соображениям экономичности и мобильности. Сварочные трансформаторы в 2 — 3 раза дешевле выпрямителей, просты в обслуживании и неприхотливы в эксплуатации. Выпрямители как источники постоянного тока обеспечивают более устойчивое горение дуги и, следовательно, более высокое качество сварки, особенно при токе менее 100 А. Агрегаты используются на монтаже и в строительстве в отсутствии сети электрического тока.
Уточнение выбора может быть выполнено с помощью критериев отраслевого стандарта ОСТ 16.0.800.669-79 «Оборудование электросварочное. Оценка уровня качества», хотя обычно он используется для аттестации оборудования перед массовым выпуском.

Размещение и подключение

Категория размещения источников питания учитывается при конструировании их кожухов и оболочек. Сварочные агрегаты, имеющие категорию размещения 1, могут эксплуатироваться на открытом воздухе, поскольку имеют собственную крышу и капот, защищающие их от дождя и снега. Сварочные трансформаторы, допускающие категорию размещения 2, могут работать под навесом. При этом они подвержены колебаниям температуры и влажности воздуха, но защищены от воздействия осадков. Большинство остальных источников (трансформаторы, выпрямители, преобразователи) изготавливаются по категории размещения 3, т.е. могут работать в закрытых помещениях (цехах) без регулирования климатических условий. Четвертая категория размещения (в помещениях с регулируемым климатом) рекомендуется только для источников с водяным охлаждением.
В сварочном цехе источники располагаются в отдельном помещении (машинном зале) или непосредственно у рабочих мест. В машинном зале улучшаются условия эксплуатации, обслуживания и ремонта, особенно многопостовых источников, но при этом увеличиваются расход сварочных кабелей и потери энергии. При размещении источников в цехе их устанавливают вблизи стен или колонн, чтобы не занимать производственную площадь. Сварочные источники не нуждаются в фундаменте и устанавливаются прямо на полу.

7.1.3. Соединение источников на параллельную и
последовательную работу

Особенности соединения на параллельную работу иллюстрирует рис. 7.1. Первичные обмотки трансформаторов T1 и T2 с помощью рубильников или автоматических выключателей Q1 и Q2 подключают обязательно к одинаковым линейным проводам трехфазной питающей сети, с тем, чтобы фазы вторичных ЭДС совпадали (рис. 7.1,а). Со вторичной стороны необходимо попарно соединить зажимы одинаковой полярности. С этой целью произвольно соединяют пару зажимов, например, X1 и X3, и на холостом ходу прибором PV проверяют напряжение между зажимами X2 и X4. Если напряжение близко к нулю,зажимы найдены верно. Если напряжение равно сумме U01 + U02, следует поменять соединение зажимов. Во вторичной цепи устанавливают также рубильник Q3, с его помощью одна из пар зажимов (X2 и X4) соединяется уже после включения в сеть обоих трансформаторов, что предотвращает появление внутриконтурного тока большой величины.
Особенности соединения выпрямителей иллюстрирует рис. 7.1,б. Соединение диодных выпрямителей не вызывает особых трудностей. Внутриконтурные токи в таких схемах невозможны, поскольку к выпрямительному блоку они прикладываются в обратном направлении. Наиболее часто на параллельную работу соединяют многопостовые выпрямители. Они подключаются к общей магистрали тока по мере необходимости, причем некоторые из них могут находиться в резерве на случай выхода из строя работающего источника. Вентильные генераторы соединяются так же, как и диодные выпрямители. Выпрямители с тиристорными выпрямительными блоками соединять на параллельную работу не рекомендуется, поскольку у них даже при незначительном различии углов управления сильно отличается загрузка.

Рис.7.1. Схемы соединения на параллельную работу трансформаторов (а)
и выпрямителей (б)

Последовательное соединение источников используется в том случае, когда необходимо повысить напряжение холостого хода и рабочее напряжение, например, при плазменных процессах. При этом плюсовой зажим одного источника соединяется с минусовым другого, а два оставшиеся соединяются с нагрузкой. Напряжение холостого хода в такой схеме, а ток

Устранение неисправностей

Перед поиском неисправностей следует ознакомиться с устройством, принципом действия и электрической схемой источника по его техническому описанию.
Поиск неиспpавностей начинают с внешнего осмотpа источника со снятым кожухом. Иногда пpи обнаpужении подозpительного элемента или блока его заменяют заведомо испpавным и включают источник, на-блюдая поведение этого элемента и pаботу источника в целом. Более эффективен способ поочеpедного отключения блоков или элементов, после каждого отключения на источник подают напpяжение и одновpеменно наблюдают, не исчез ли пpи этом пpизнак дефекта. Возможен и обpатный этому способ последовательного подключения элементов и блоков. Тpудоемким, но и более эффективным является способ измеpения сопpотивлений элементов (пpозвонка) и напpяжений в контpольных точках, а также осциллогpафиpование.

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ СЖАТОЙ ДУГИ

6.2.1. Особенности горения сжатой дуги и требования к источникам

Сжатая дуга используется при плазменной сварке, наплавке, резке и напылениии, а также при плазменно-механической обработке.
Плазменная сварка и наплавка выполняются с помощью плазматрона, изображенного на рис. 6.7,а. Дуга, горящая между вольфрамовым электродом и деталью, сжимается потоком аргона, проходящего по каналу сопла диаметром от 0,5 до 6 мм. По сравнению со свободной дугой сжатая дуга имеет более высокую температуру (до 20000 К на оси столба), повышенную проплавляющую способность и высокую пространственную устойчивость.

Рис.6.7. Схемы плазменных процессов: а- сварки на постоянном токе;
б- сварки на переменном токе; в- резки; г- напыления

Начальное зажигание дежурной дуги выполняется осциллятором или возбудителем G1, обычно последовательного включения. Источник дежурной дуги G2 должен обеспечивать небольшой ток (до 20 А). В качестве такого источника используют маломощный выпрямитель с крутопадающей характеристикой или питают дежурную дугу от основного источника через балластный реостат.
Тpебования к основному источнику G3, как и пpи сваpке свободной дугой, опpеделяются pодом сваpочного тока и хаpактеpом его модуляции.
Плазменная резка (рис. 6.7,в) выполняется за счет расплавления металла сжатой дугой и удаления его из полости реза благодаря кинетической энергии плазменной струи. Благодаря использованию электродов со стойкими циркониевыми и гафниевыми вставками резка выполняется с использованием дешевого сжатого воздуха.
Плазменно-механическая обработка (токарная, строгальная) — процесс, родственный плазменной резке. Плазматрон разогревает поверхность обрабатываемой детали, в результате чего значительно повышается подача, а следовательно, и производительность черновой обработки, особенно труднообрабатываемых твердых металлов. Требования к источнику те же, что и при плазменной резке.
Плазменное напыление (см. рис. 6.7,г) происходит при косвенном нагреве детали и плавлении порошка плазменной струей. Дуга горит только в плазматроне между электродом и соплом. Отдельный источник дежурной дуги здесь не нужен, в остальном требования к источнику совпадают с изложенными выше.