>>> Перейти на мобильный размер сайта >>>

Учебное пособие

Глава 8. Аппаратура для ручной дуговой сварки в защитном газе

Оборудование рабочего места для ручной дуговой сварки в защитном газе

Специально оборудованное рабочее место для сварки называется сварочным постом. На рис. 8.1 показаны схемы устройства простейших стационарных сварочных постов для аргонодуговой сварки переменным и постоянным токами. Посты эти укомплектованы сварочным оборудованием общего назначения, в состав которого входят: источник питания (трансформатор, генератор, выпрямитель); осциллятор или возбудитель; балластный реостат (для постоянного тока вольтметр); амперметр; вольтметр, сварочная горелка, ротаметр, редуктор-расходомер, баллон с газом. На посту может быть также шкаф управления.

Посты для сварки вольфрамовым электродом постоянным током прямой полярности применяют при сварке практически всех металлов, за исключением легкоплавких — алюминия, магния, бериллия и их сплавов. При прямой полярности обеспечиваются лучшая стабильность дуги, незначительный расход вольфрамового электрода и возможность сварки на большом токе. При обратной полярности ухудшается устойчивость дуги и резко повышается расход вольфрама. Если при прямой полярности для электрода диаметром 3 мм можно допустить ток до 200—250 4, то при обратной не более 20—40 А. Эти недостатки ограничили применение обратной полярности при аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом. Однако дуга обратной полярности имеет и положительные свойства, так как хорошо очищает поверхность свариваемого металла от оксидов и загрязнений вследствие того, что образующиеся под действием электрического поля дуги положительные тяжелые ионы аргона, двигаясь с большой скоростью от плюса к минусу (от электрода к изделию), бомбардируют поверхность металла, разрушают и удаляют оксидную пленку и загрязнения. Это явление называют катодным распылением.

Рис. 8.1. Простейшие стационарные посты для аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом постоянным током (а) и переменным током (б)
I — источник питания; 2 — осциллятор; 3 — балластный реостат; 4 — амперметр; 5 — вольтметр; 6 — сварочная горелка; 7 — ротаметр; 8 — редуктор расходомер; 9 — баллон с газом

Посты для сварки переменным током в основном предназначены для сварки легкоплавких металлов — алюминия, магния, бериллия и их сплавов. При переменном токе достигается удаление оксидной пленки, активно образующейся на поверхности этих металлов и имеющей температуру плавления значительно выше температуры плавления металла. Процесс катодного распыления — разрушение и удаление оксидной пленки — происходит в моменты, когда изделие становится катодом. Вследствие мгновенных изменений полярности тока вольфрамовый электрод не перегревается, его расход практически не увеличивается. Сварка возможна токами значительной величины, что обеспечивает эффективность применения переменного тока для сварки легкоплавких металлов.

Источники питания для сварки неплавящимся электродом подбирают с крутопадающей характеристикой, которая обеспечивает наибольшую стабильность процесса сварки. Кроме того, у источника должно быть достаточно высокое напряжение холостого хода, превышающее напряжение дуги в 4—6 раз. В посту для сварки переменным током применяют в качестве источника питания сварочные трансформаторы. Для получения более высокого напряжения холостого хода иногда соединяют последовательно два трансформатора их вторичными обмотками, однако при этом должны быть приняты дополнительные меры электро-безопасности (установка ограничителя напряжения холостого хода и др.). Ранее выпускались специализированные установки, укомплектованные оборудованием общего типа УДАР-300 и УДАР-500 на токи 300 и 500 А. Они комплектовались серийно выпускаемыми трансформаторами, дросселями, шкафами управления, горелками с водяным охлаждением и газовыми баллонами с редукторами.

Трансформатор имел две ступени регулирования сварочного тока; плавное регулирование в пределах каждой ступени достигалось реостатом. Дуга возбуждалась с помощью осциллятора; включение и выключение газа осуществлялось автоматически с помощью газового клапана. Осциллятор включался за 2—3 с до возбуждения дуги и выключался через 6—10 с после ее зажигания, которое производилось без касания электродом изделия. Для подавления постоянной составляющей тока в этих установках были применены батареи конденсаторов. Постоянная составляющая возникает в связи с большим различием величины напряжения и времени горения дуги на прямой и обратной полярности переменного тока. Когда катодом является электрод, вследствие его разогрева увеличивается эмиссия электронов, сопротивление дуги уменьшается и ток растет. Когда катодом становится изделие из легкоплавкого металла, свойства которого резко отличаются от металла электрода, эмиссия электронов уменьшается, сопротивление дуги растет и ток уменьшается. Это явление выпрямления переменного тока графически представлено на рис. 8.2.

Рис. 8.2. Диаграмма, характеризующая причину появления постоянной составляющей тока

Как видно из графика, ток в полупериоды при минусе на электроде растет, что при промышленной частоте 50 Гц практически происходит мгновенно, и разница между величиной тока прямой и обратной полярности становится постоянной составляющей тока, которая нарушает стабильность процесса сварки, увеличивает разбрызгивание и вредно влияет на магнитную систему сварочного трансформатора. Применение конденсаторов сглаживает разницу амплитуд прямой и обратной полярности, однако батареи конденсаторов громоздки (масса 15 кг на 100 А тока), поэтому в новых установках они не применяются. В сборных установках для этой цели используют балластные реостаты, которые принимают на себя значительную часть постоянной составляющей. Однако балластные реостаты не полностью компенсируют постоянную составляющую тока, ухудшают стабильность дуги, приводят к бесполезной потере энергии и требуют подстройки при регулировании тока. Эти недостатки ограничили применение балластных реостатов только в сборных установках.

В качестве источников постоянного тока используются преобразователи и выпрямители с крутопадающей внешней характеристикой ПСУ-502-2, ВДУ-305, ВДУ-505 и др. Кроме того, используют многопостовые источники — выпрямители типа ВДМ, ВДУМ-4Х401 с балластными реостатами, обеспечивающими падающую внешнюю характеристику на каждом посту. При этом балластные реостаты следует ставить по 2 шт. на пост, соединяя последовательно. Это вызвано тем, что реостат РБ-300 рассчитан на падение напряжения в 30 В, а при сварке неплавящимся электродом из-за низкого напряжения дуги (12— 16 В) напряжение на балластном реостате значительно превышает это значение.