Назад: 5.3. Высокочастотные источники
питания
5.4. Источники питания для специальных методов сварки
5.4.1. Источники питания для сварки сжатой дугой
Сжатая (плазменная) дуга
используется при сварке, наплавке, резке и напылении, а также при
плазменно-механической обработке.
Плазменная сварка и
наплавка выполняются с помощью плазмотрона, изображенного на рис.5.20. Дуга,
горящая между вольфрамовым электродом и деталью, сжимается потоком аргона,
проходящего по каналу сопла диаметром от 0,5 до
Рис.5.20. Схемы плазменных процессов: а –
сварка на постоянном токе; б – сварка на переменном токе; в – резка; г –
наплавка
Увеличение глубины
проплавления в 1,5…2 раза по сравнению со сваркой свободной дугой позволяет
соединить за один проход металл толщиной до 20…30 мм. Малые размеры и высокая
пространственная стабильность сжатой дуги позволили рекомендовать ее и для
соединения сверхтонких материалов (до
Оригинальное решение
найдено при микроплазменной сварке тонколистового алюминия (рис.5.20,б). В этом
случае между электродом и деталью основная дуга 3 прямой полярности питается от
сварочного трансформатора Т через тиристор VS1. От того же трансформатора, но
уже через тиристор VS2 питается дуга 4 обратной полярности, горящая между
соплом и деталью. Высокая стойкость электрода гарантируется здесь
использованием его только в полупериоде прямой полярности. Надежному повторному
зажиганию способствует непрерывно горящая дежурная дуга 2.
Плазменная резка (рис.5.20,в) выполняется за счет расплавления металла сжатой дугой и
удаления его из полости реза благодаря кинетической энергии плазменной струи.
Для повышения плавящей способности дуги служат двухатомные плазмообразующие
газы (водород, азот), обладающие большой теплопроводностью. После разработки
электродов с химически стойкими циркониевыми и гафниевыми вставками резка
выполняется в основном дешевым сжатым воздухом. Длина дуги при плазменной резке
с учетом большой внутрисопловой составляющей (не менее
Высокое напряжение Uxx – 180…500 В – специфическое требование к источнику для плазменной
резки. Режущая дуга непрерывно перемещается по глубине реза, при этом амплитуда
колебаний напряжения дуги может достигать 40…60% от его среднего значения. В
этом случае устойчивость дуги может быть достигнута не просто при
положительной, но еще и сравнительно большой величине коэффициента устойчивости
системы «источник-дуга» (Ку = rд – rи >> 0). Внешняя
характеристика источника должна быть вертикально падающей с величиной
дифференциального сопротивления не ниже |rи| = 5В/А. Остальные
требования к источнику совпадают с требованиями для плазменной сварки.
Технические характеристики источников для плазменной резки приведены в прил.15.
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.
Плазменная напыление (рис.5.20,г) происходит при косвенном нагреве
детали и плавлении порошка плазменной струей.
Дуга горит только в
плазматроне между электродом и соплом. Отдельный источник дежурной дуги не
нужен. В остальных случаях требования к источнику совпадают с изложенными для
других способов плазменной обработки деталей. Технические характеристики
источников питания для плазменной сварки, наплавки и напыления приведены в прил.15.
Источник питания для сварки сжатой дугой. Принципиальная схема
установки УПНС-З04 дана на рис.5.21,а. Она предназначена для сварки большинства
металлов сжатой дугой током прямой полярности и алюминиевых сплавов током
обратной полярности как в непрерывном, так и в импульсном режиме. В состав
установки входят порошковый питатель и насадка на плазматрон, позволяющие
выполнять плазменную наплавку. Установка может использоваться и для
аргонодуговой сварки (свободной дугой). Ее источник питания имеет
автоматический выключатель QF, мощный пускатель К, понижающий трансформатор Т,
силовой выпрямитель, собранный из диодов VD4-VD6, выпрямитель дежурной дуги
VD1-VD3 с балластными реостатами R1, R2, переключатель диапазонов S и блок
поджигания с возбудителем G.
В диапазоне больших токов
(315 А) основная дуга «электрод-деталь» питается от вторичных обмоток w2
трансформатора Т, соединенных треугольником, и от полууправляемой трехфазной
мостовой схемы, собранной из диодов VD4-VD6 и тиристоров VS7-VS9. Крутопадающие
внешние характеристики (рис. 5.21,б) формируются тиристорами за счет обратной
связи по току.
Рис. 5.21. Упрощенная принципиальная
электрическая схема (а) и внешние характеристики в диапазоне больших токов (б),
малых токов (в) специальной установки УПНС-304
Диапазон малых токов (18
А) обеспечивается после перестановки разъема в положение 18 А благодаря
включению в цепь силового блока выпрямления балластного реостата R2. Полученные
при этом крутопадающие характеристики показаны на рис. 5.21,в. Сглаживание сварочного
тока осуществляется в обоих диапазонах фильтром V10, L1. Так как при большом
угле управления тиристоров ток сглаживается неэффективно, дополнительно
используется подпитка, которую по совместительству обеспечивает блок питания
дежурной дуги. В этом случае вторичные обмотки w2 и w3
образуют треугольник с продолжительными сторонами, что приводит к увеличению Uxx.
Выпрямленный ток подпитки
создается трехфазной мостовой схемой, собранной из диодов V1-V6, а крутопадающая
характеристика формируется балластными резисторами R1 и R2.
Зажигание дежурной дуги
выполняется возбудителем по цепи в G-Cl-C2-L2-сопло-электрод-G, после чего
появляется ток дежурной дуги в цепи VD1, VD2, VD3,
-R1-R2-R3-L2-сопло-электрод-G-VD4, VD5, VD6. В момент касания потоком плазмы
поверхности изделия возникает основная дуга «электрод-деталь», ее ток плавно
нарастает. В конце сварки предусмотрено плавное снижение тока. Модуляция тока
при сверке пульсирующей дугой осуществляется с помощью тиристоров VS7-VS9.
Аналогичный принцип
действия имеют источники питания, входящие в состав установок УПН-303-I для
механизированной плазменной наплавки, УПВ-301 - для плазменной сварки и
наплавки, а также УПС-302 – для сварки, наплавки, химического упрочнения.
Для плазменной сварки
может применяться специализированный источник типа ВСВУ, который предназначен
для аргонодуговой сварки как непрерывной, так и пульсирующей дугой (прил.14).
Установка ВСВУ-400 выпускается с микропроцессорным устройством. Подобное
устройство имеет и выпрямитель ВПН-630, который входит в состав установки для
плазменного напыления УПУ-8Д.
Далее: 5.4.2. Источники питания для
воздушно-плазменной резки