Назад: 1.6. Особенности горения дуги на переменном токе

1.7. Настройка режимов сварки и обозначение источников

Энергетические параметры режима сварки – величина тока I_д и напряжение дуги U_д – обычно устанавливаются перед началом процесса с помощью регуляторов, имеющихся в составе источника или технологического оборудования. У параметрических источников питания величина тока дуги I_д определяется выражением

I_д = (U_о ─ U_д)/Z_и, (1.23)

где Z_и – внутреннее сопротивление.

Из (1.23) следует, что для увеличения сварочного тока нужно либо увеличивать U_хх, либо снижать сопротивление источника Z_и при U_д ═ const.

Сварочная дуга и источник питания являются нелинейными электрическими элементами. Параметры режима сварки определяются точкой пересечения ВАХ источника U_и = f(I_д) и ВАХ дуги U_д = f(I_д), рис.1.14. Для поддержания постоянной длины дуги с ростом тока необходимо увеличивать и напряжение. Поэтому при настройке параметров режима ВАХ дуги заменяют графиком условной рабочей нагрузки Uр = f(I_д). Например, при ручной дуговой сварке такой график описывается эмпирической зависимостью:

U_р =f(I_д) или U_д = 20 + 0,04×I_д.

Рис. 1.14. Настройка режима сварки изменением: а – напряжения холостого хода источника; б – внутреннего сопротивления

Источник питания характеризуется диапазоном регулирования тока I_{д max} – I_{д min} или кратностью регулирования тока I_{д max} /I_{д min}.

Для механизированной сварки электродными проволоками диаметром до двух миллиметров применяются подающие механизмы, у которых скорость подачи не зависит ни от тока, ни от напряжения дуги. В этом случае характеристика регулятора описывается уравнением

I_д = V_п/k_ст + k_сн×U_д/k_ст, (1.24)

где k_ст и k_сн – коэффициенты саморегулирования по току и напряжению соответственно; V_п – скорость подачи электродной проволоки (при условии, что дуга имеет жесткую характеристику ρ_д=0).

Первое слагаемое (1.24) определяется скоростью подачи проволоки и представляет собой заданное значение, т.е. V_п/k_ст = I_зт. Характеристика регулятора в этом случая принимает вид

I_д = I_зт + k_сн×U_д/k_ст. (1.25)

При малых величинах V_п второе слагаемое мало и характеристика регулятора близка к вертикальной. С ростом V_п второе слагаемое начинает оказывать существенное влияние и наклон характеристики возрастает. Точки устойчивой работы (5,6,7,8) определяются пересечением ВАХ источника питания (1, 2) с характеристикой регулятора (3, 4), рис.1.15.

Рис.1.15. Настройка режима при механизированной сварке

тонкими электродными проволоками

В этой системе ток дуги, в основном, устанавливается скоростью подачи электрода V_п, а напряжение дуги – за счет настройки источника питания. При этом ВАХ источника питания должны быть пологопадающими.

Z_и1

U₀₂

Для механизированной сварки электродными проволоками свыше 4 мм под флюсом применяется зависимая система подачи электродной проволоки от напряжения на дуге. Уравнение вольтамперной характеристики такого регулятора описывается уравнением [2,11]

U_д = k_нд×U_зн/(k_нд + k_cн) + k_ст×I_д/(k_нд + k_cн), (1.26)

где k_нд, k_ст , k_cн – коэффициент усиления системы, коэффициент саморегулирования по току и напряжению соответственно. Первое слагаемое (1.26) – приведенное заданное напряжение k_нд×U_зн/(k_нд + k_cн) =U_зн′ при I_д = 0. Тогда (1.26) запишется как

U_д = U_зн′ + k_ст×I_д/(k_нд + k_н). (1.27)

Ток дуги определяется в точке пересечения ВАХ источника питания (3, 4, 5) с характеристикой регулятора (1, 2) (рис.1.16).

Z_и1

U₀₁

Наклон ВАХ источника питания назначается из условия обеспечения высокой стабильности тока, которая достигается при использовании крутопадающих характеристик.

Рис. 1.16. Настройка режима при механизированной сварке толстыми электродными проволоками

Настройка напряжения дуги в этой системе производится за счет изменения U_зн с помощью датчиков напряжения, которые находятся на сварочных автоматах. Настройка силы тока выполняется регулятором источника питания, изменяющим напряжение холостого тока U₀, или сопротивлением источника Z_и.

Большинство выпускаемых источников питания имеют плавную настройку напряжения. Иногда регуляторы источников позволяют изменять U₀ или Z_и только дискретно. Например, при витковом управлении число витков может быть только целым. В этом случае настройка получается ступенчатой.

При настройке режима сварки следует учитывать возможности источника. Источник рассчитывается на определенную величину тока нагрузки I_н и напряжения U_н, называемых номинальными. Расчет режима сварки должен выполняться с учетом теплового режима работы источника. Поэтому различают продолжительный, перемежающийся и повторно-кратковременный режимы работы источника.

При продолжительном режиме работы источника дуга горит непрерывно длительное время. Если величина тока при этом равна номинальной I_н, то температура нагрева токоведущих частей устанавливается на уровне, предельно допустимом для электропроводящих материалов и изоляции. При продолжительном режиме работы источника устанавливать ток выше номинального не допускается.

При перемежающемся режиме в течение цикла Т_ц = t_гд + t_хх продолжительность периода горения дуги t_гд, когда источник нагревается, перемежается с периодами работы источника на холостом ходу t_хх, когда источник остывает. Такой режим принято характеризовать относительной продолжительностью нагрузки (ПН):

или . (1.28)

При повторно-кратковременном режиме в течение цикла Т_ц = t_гд + t_отк продолжительность горения дуги t_гд чередуется со временем полного отключения источника от питающей сети t_отк. Такой режим характеризуется относительной продолжительностью включения ПВ и используется при работе на автоматических установках:

или . (1.29)

Источники, предназначенные для ручной дуговой сварки, обычно рассчитываются на номинальную относительную продолжительность нагрузки ПН = 60 % при времени цикла Т_ц = 5 мин. Это означает, что источник при номинальном токе I_н не будет перегре-ваться, если в течение пятиминутного цикла дуга будет гореть не менее 3 мин. При любом другом режиме источник не будет перегреваться, если тепловыделение в источнике с внутренним сопротивлением R_и за время цикла не будет превышать тепловыделения при номинальном режиме:

I²×R_и×t_гд £ I_н²×R_и×t_гд. (1.30)

Разделив обе части уравнения (1.21) на Т_ц, после преобразований получим

I²×ПН £ I_н²×ПН_н. (1.31)

По соотношению (1.31) можно определить допустимую величину тока источника I_с при ПН, отличную от номинальной:

I_с = I_н×(ПН_н/ПН)^0,5.

Можно определить ПН, допустимую при токе I_с, отличающемся от номинального Iн:

ПН = ПН_н×I_н²/I².

Единая система обозначений. Сварочное оборудование, выпускаемое отечественной промышленностью, имеет единую систему обозначений, которая состоит из буквенной и цифровой части (рис.1.17).

Рис. 1.17. Структура обозначений типа электросварочного оборудования

Буквенные и цифровые обозначения в структуре обозначений расшифровываются следующим образом:

1 – наименование изделия (А – агрегат, В – выпрямитель, И – источник питания, П – преобразователь, Т – трансформатор);

2 – вид сварки (Д – дуговая, П – плазменная);

3 – способ сварки (О – открытой дугой, Ф – под флюсом, Г – в защитных газах). Отсутствие буквы означает ручную дуговую сварку штучными электродами. Дополнительно могут использоваться буквы: М – для многопостовой сварки, И – импульсной, Б – с бензиновым двигателем, Д – с дизельным двигателем;

4 – номинальный ток в десятках ампер;

5 – регистрационный номер разработки,

6 – климатическое исполнение (У – умеренного, Т – тропического или ХЛ – холодного климата);

7 – цифровое обозначение категории помещения, для которого предназначено оборудование (1 – открытый воздух, 2 – палатки-прицепы и кузова автомобилей, 3 – помещения с естественной вентиляцией, 4 – помещения с принудительной вентиляцией и отоплением, 5 – помещения с повышенной влажностью).

Вопросы для самопроверки (глава 1)

Далее: 2.1. Особенности сварочных трансформаторов