По способу установки источники питания сварочной дуги бывают

Классификация и характеристики источников питания сварочной дуги

Время чтения: 7 минут

Дуговая сварка — то самая часто применяемая сварочная технология на сегодняшний день. Существует множество разновидностей дуговой сварки, и все они используются повсеместно: от гаража до завода. В основе технологии лежит применение электрической дуги, которая плавит кромки металла и позволяет сформировать сварное соединение. Температуры дуги достаточно, чтобы расплавить большинство существующих металлов.

Однако, сварочная дуга не автономна и нуждается в источнике питания. В этой статье мы подробно расскажем, какие существуют источники питания для дуговой сварки, чем они отличаются между собой и каковы их основные характеристики.

Общая информация

Для начала немного общей информации о сварочной дуге. Дуга представляет собой мощный электрический разряд, который формируется между основным металлом и концом электрода. Сварочная дуга генерирует высокотемпературное тепло, которого достаточно для сварки большинства металлов.

Чтобы поджечь дугу, необходим внешний источник тока. В общих чертах основные источники питания для сварки — это трансформаторы, выпрямители, генераторы и инверторы. Проще говоря, сварочные аппараты типы трансформатор, выпрямитель или генератор. А также инверторный сварочный аппарат. Но в рамках этой статьи мы дадим больше информации, поскольку источники для питания сварочной дуги имеют множество особенностей.

Далее мы расскажем, какие существуют сварочные источники питания, каковы их характеристики и какие требования к ним предъявляются.

Классификация источников питания сварочной дуги

По типу сварочного тока

Итак, мы уже разобрали, что источником питания может быть трансформатор, выпрямитель и генератор. Но в более широком смысле все эти источники можно поделить еще на несколько подгрупп. Одна из них — тип тока, который генерирует источник.

Источник может генерировать постоянный или переменный ток. Классический трансформатор и генератор повышенной частоты зачастую генерирует переменный ток. Сварочный выпрямитель генерирует постоянный ток.

Чем отличается источник питания на постоянном токе и на переменном?

Сварочный аппарат переменного тока и постоянного в чем разница? Давайте разбираться.

Аппарат на переменном токе очень прост: он собирается из понижающего трансформатора и специального механизма, который регулирует силу сварочного тока. При применении сварочной дуги переменного тока сварка ведется на переменном токе соответственно.

Аппарат на постоянном токе более технологичен. Его основные компоненты — это понижающий трансформатор, устройство, выпрямляющее ток (выпрямитель), которое преобразовывает поступающий переменный ток в постоянный, и устройство, регулирующее силу тока. Соответственно, здесь сварка ведется на постоянном токе.

Это основные конструктивные различия. Есть еще различия эксплуатационные. Сварка постоянным током предпочтительнее, поскольку у этого источника тока больше преимуществ. Аппараты на постоянном токе намного компактнее и проще в применении, они технологичнее, и в целом считаются более современными. Сварка переменным током сложнее и характеризуется нестабильностью горения дуги.

Также упомянем инверторные источники питания, которые на данный момент считаются самыми технологичными и распространенными. Это сложные аппараты, которые многократно преобразовывают ток, сглаживая его с помощью специальных фильтров, и впоследствии выпрямляют. В результате сварщик получает постоянный ток, а значит крайне стабильную дугу, которая легко поджигается. Также инверторные аппараты снабжаются электронным блоком управления, который прост в применении.

Инверторный источник сварочного тока — самый распространенный тип на данный момент. Такие аппараты самые компактные и легкие (в продаже есть модели весом не более 3-5 кг), при этом они оснащаются дополнительным функционалом, упрощающим сварку.

По количество постов и способу установки

Здесь все намного проще. Вне зависимости от типа источника питания, будь он переменный или постоянный, трансформатор или инвертор, в любом из них может быть либо один разъем для сварки, либо 3 и более.

Аппараты с одним разъемом называются однопостовыми и предназначены для генерирования одной сварочной дуги. Т.е., для применения одним сварщиком. Аппараты с большим количеством разъемов называются многопостовыми, и сразу несколько сварщиков могут производить сварку от одного аппарата.

Источники питания по способу установки могут быть мобильными (переносными) или стационарными.

Внешние характеристики источников питания сварочной дуги

Внешняя характеристика может быть крутопадающей, пологопадающей, жесткой и полого-возрастающей. Чтобы сварочная дуга горела стабильно, ее внешние характеристики должны совпадать с вольт-амперными характеристиками.

Тип внешней характеристики зависит от типа сварочной технологии. Например, для сварки в защитных газах характеристика должна быть либо полого-возрастающей, либо жесткой. А для РДС сварки или автоматической сварки под слоем флюса характеристика должна быть падающей. Только при соблюдении этих условий дуга будет гореть стабильно.

Требования к источникам питания сварочной дуги

Ко всем источникам питания дуги предъявляются требования, обязательные для осуществления дуговой сварки. Так источники питания должны генерировать стабильную дугу, которая при этом должна легко поджигаться. Также источник должен выдавать необходимые вам характеристики, а именно силу сварочного тока и напряжение дуги.

Еще одно немаловажное требование — это возможность быстрого восстановления напряжения дуги после короткого замыкания, когда напряжение падает до нулевой отметки. И, наконец, источник должен быть оснащен устройством, которое позволит регулировать силу сварочного тока до, вовремя и после выполнения работ.

Классификация видов сварки по физическим признакам

Классификация процессов сварки по физическим признакам хоть не относится напрямую к теме статьи, но она косвенно связана с источниками питания. Поскольку именно благодаря им удается выполнить тот или иной вид сварки.

Существует три разновидности сварки по физическому признаку:

• Термическая
• Термомеханическая
• Механическая

При термической сварке источник питания должен генерировать дугу, которая будет плавить металл только с помощью своей тепловой энергии. Дуговая сварка, плазменно-, электронно-, ионно-лучевая сварка, электрошлаковая, индукционная, газовая сварка — все это термические виды сварки.

Термомеханическая сварка предполагает не только использование тепловой энергии, но и применение давления. Эти параметры необходимы, например, для контактной сварки. А еще для диффузионной, дуго-, шлако-, индукционно-прессовой и печной сварки.

Классификация сварочных процессов ни обходится без механических видов сварки металлов. При таком типе сварки детали соединяются под действием давления и механической энергии. Это сварка взрывом, холодная сварка, сварка трением и т.д. Данный тип сварки не использует сварочную дугу и не нуждается в источнике питания.

Вместо заключения

Теперь вы знаете, каковы особенности при сварке на переменном токе и на постоянном, какие существуют источники питания дуги, каковы их внешние характеристики и особенности. Мы также рассказали, какие требования предъявляются к источникам, ведь именно от них зависит стабильность горения дуги и ее легкий поджиг. Надеемся, этот материал будет полезен для всех новичков и практикующих сварщиков. Желаем удачи в работе!

Источник

По способу установки источники питания сварочной дуги бывают

Глава III
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ И ЕГО ОБСЛУЖИВАНИЕ

§ 7. Классификация источников питания сварочной дуги

Источники питания сварочной дуги классифицируются по следующим основным признакам.
По роду сварочного тока источники питания сварочной дуги бывают переменного и постоянного тока. К источникам переменного тока относятся сварочные трансформаторы и генераторы повышенной частоты. Источниками постоянного тока являются сварочные преобразователи и сварочные выпрямители.
По виду внешних вольт-амперных характеристик источники питания сварочной дуги бывают с пологопадающей характеристикой, применяемой в основном при автоматической сварке под флюсом; с жесткой и возрастающей вольт-амперной характеристикой, применяемой при сварке в защитных газах и электрошлаковой сварке; с крутопадающей вольт-амперной характеристикой, используемой при ручной дуговой сварке. Бывают источники питания сварочной дуги и универсальные, т. е. обеспечивающие получение в нужный момент соответствующей вольт-амперной характеристики: крутопадающей, пологопадающей, жесткой или возрастающей.
По количеству используемых сварочных дуг источники питания могут быть однопостовыми или многопостовыми.
По способу установки источники питания сварочной дуги бывают стационарными или подвижными — переносными.

Источник

Тема 2.2 Источники питания сварочной дуги постоянного и переменного тока.

Источники питания для сварки представляют собой различные преобразователи тока промышленной частоты либо генераторы, самостоятельно вырабатывающие электроэнергию необходимых параметров.

По причине того, что для электродуговой сварки требуются особые параметры питающего тока и напряжения (приводя усредненный пример — напряжение низкое, а ток очень большой), стандартное напряжение бытовой или промышленной сети требуется, как минимум, понизить.

Как максимум — привести рабочие характеристики питания в соответствие с заданной потребностью. Поэтому к источникам питания сварочной дуги выдвигаются особые требования.

Основные требования

На сегодняшний день все источники питания должны соответствовать следующим основным требованиям:

• иметь в наличии плавную регулировку режимов сварки во всём диапазоне;
• иметь в наличии приборы для контроля режимов сварки;
• обеспечивать стабильное горение дуги;
• иметь высокие динамические характеристики;
• соответствовать основным требованиям по электробезопасности.

Наличие плавной регулировки и приборов контроля, обеспечивает точную настройку необходимых режимов сварки.

Динамические свойства сварочного аппарата определяются временем восстановления напряжения холостого хода после короткого замыкания в процессе сварки. Чем быстрее восстанавливается напряжение, тем лучше его динамические характеристики. Восстановление не должно превышать 0,05с.

Для повышения стабильности горения дуги дополнительно могут применяться осцилляторы. Они преобразующие низкое напряжение промышленной частоты в импульсы высокого напряжения и высокой частоты. Наложение этих импульсов на дуговой промежуток повышает устойчивость горения дуги.

Классификация источников питания сварочной дуги

Источники питания сварочной дуги имеют множество классификаций, а именно:

• по напряжению питающей сети:

1. однофазные (220В);
2. трёхфазные (380В).

• по внешней статической характеристики:

1. падающие;
2. жёсткие;
3. штыковые.

• по числу питаемых постов:

1. однопостовые;
2. многопостовые.

• по роду тока:

1. переменный;
2. постоянный.

Общая информация

Для начала немного общей информации о сварочной дуге. Дуга представляет собой мощный электрический разряд, который формируется между основным металлом и концом электрода. Сварочная дуга генерирует высокотемпературное тепло, которого достаточно для сварки большинства металлов.

Чтобы поджечь дугу, необходим внешний источник тока. В общих чертах основные источники питания для сварки — это трансформаторы, выпрямители, генераторы и инверторы. Проще говоря, сварочные аппараты типы трансформатор, выпрямитель или генератор. А также инверторный сварочный аппарат. Но в рамках этой статьи мы дадим больше информации, поскольку источники для питания сварочной дуги имеют множество особенностей.

Далее мы расскажем, какие существуют сварочные источники питания, каковы их характеристики и какие требования к ним предъявляются.

Трансформатор

На сегодняшний день это самый простой источник питания сварочной дуги который выдаёт на выходе только переменный ток.

Плавное регулирование сварочного тока осуществляется за счёт изменения зазора в катушке дросселя или между обмотками. Ступенчатое – за счёт переключения числа витков первичной и вторичной обмотки.

Трансформаторы очень просты, что даёт возможность изготовить его самостоятельно. В настоящее время трансформаторы не актуально.Это связано с тем, что постоянный ток не даёт стабильного горения дуги, а применение его при сварке нержавеющих сталей невозможно.

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ

Классификация методов сварки.

Электродуговая сварка плавлением классифицируется по следующим основным признакам:

1. По роду тока сварки — на переменном и постоянном токе.
2. По виду полярности при сварке на постоянном токе — сварка на прямой полярности («плюс» на свариваемой детали) и на обратной полярности («плюс» на электроде).
3. По типу используемых электродов — плавящимися металлическими и неплавящимися (вольфрамовыми или угольными) электродами.
4. По способу защиты зоны сварки — штучными плавящимися электродами с покрытием (защита парами минеральных покрытий электродов), под флюсом, в среде защитных газов (инертных или активных), самозащитными порошковыми проволоками.
5. По степени механизации — ручная, механизированная (полуавтоматическая), автоматическая.

В технической литературе часто встречаются общепризнанные аббревиатуры, обозначающие различные способы сварки. Приведём некоторые из них:

• MMA (Manual Metal Arc) — ручная дуговая сварка штучными металлическими плавящимися электродами с покрытием;

• MIG/MAG (Mechanical Inert/Active Gas) — механизированная (полуавтоматическая) сварка в среде защитных газов (инертных или активных);
• TIG (Tungsten Inert Gas) — сварка неплавящимся (вольфрамовым) электродом в среде инертных защитных газов, например, так называемая аргоно-дуговая сварка.

Источники питания для сварки

Требования к источникам питания для дуговой сварки

Важными параметрами процесса сварки являются вольт-амперная характеристика сварочной дуги и внешняя характеристика источника питания. От их согласования во многом зависят устойчивость горения дуги и стабильность протекания процесса сварки.

На рис.1 показаны вольт-амперные характеристики дуги, представляющие собой зависимость между напряжением UД и током IД при различной длине дуги l(l2>l1). Вольт-амперная характеристика дуги нелинейна, поскольку в общем случае электрический ток в газах не подчиняется закону Ома (дуга является электрическим разрядом в газе, и ее сопротивление не равняется постоянной величине).

Рис.1 Вольт-амперные характеристики дуги

При малых токах (примерно до 100А) с его увеличением интенсивно возрастают степень ионизации и число заряженных частиц. Сопротивление столба дуги уменьшается, и для поддержания тока необходимо меньшее напряжение.

При возрастании тока увеличение степени ионизации происходит медленнее, рост количества носителей заряда уменьшается, и напряжение дуги становится мало зависящим от тока.

При больших плотностях тока степень ионизации высокая, дуга не расширяется, так как ограничена диаметром электрода, и ее сопротивление становится постоянным. На этом участке она подчиняется закону Ома — ток и напряжение прямо пропорциональны.

Для каждого способа сварки наиболее характерен свой участок характеристики дуги. Например, при ручной сварке покрытыми электродами и неплавящимся электродом в среде аргона сила тока относительно невелика, а диаметр электрода значителен. Эти условия соответствуют подающему участку характеристики дуги. При сварке под флюсом сила тока больше, чем при ручной сварке, поэтому характеристика переходит на пологий и частично на возрастающий участок. Сварка в углегислом газе характеризуется применением проволок малого диаметра, что пропорционально квадрату диаметра увеличивает плотность тока. Характеристика дуги становится возрастающей.

Рассмотрим особенности выбора внешней характеристики источника питания для различных способов сварки.

Ручная дуговая сварка

Одна из основных особенностей ручной сварки — частое изменение длины дуги. Оно связано с манипуляцией сварщиком электродом, его плавлением и необходимостью подачи электрода вниз, а также выполнением швов в неудобных и труднодоступных местах. Особенно частые колебания длины дуги возникают при недостаточной квалификации сварщика. Для обеспечения стабильности процесса сварки, требуемой глубины проплавления и хорошего качества шва необходимо, чтобы сила тока при колебаниях длины дуги изменялась минимально.

Если при ручной дуговой сварке использовать источник питания с пологопадающей характеристикой, то при удлинении дуги возможен ее обрыв из-за малого тока, а при укорочении дуги возможен прожог из-за чрезмерно большой силы тока. Поэтому при ручной сварке применяются источники питания с крутопадающей характеристикой, обеспечивающей максимальную стабильность процесса сварки.

Полуавтоматическая сварка

Особенностью полуавтоматической сварки является постоянная, независимая от сварщика скорость подачи сварочной проволоки. Для обеспечения устойчивого процесса сварки необходимо обеспечить постоянство длины дуги. В противном случае возможен обрыв дуги или короткое замыкание проволоки на изделие. Для обеспечения постоянства длины дуги необходимо, чтобы в процессе сварки соблюдалось соотношение:

Vпод = Vпл
где:	Vпод — скорость подачи сварочной проволоки; Vпл — скорость плавления сварочной проволоки.

Характеристика источника питания должна быть такой, чтобы при случайном нарушении этого соотношения она позволяла вернуться к его соблюдению в максимально короткие сроки.

Рассмотрим, что происходит при механизированной сварке при неожиданном увеличении или уменьшении длины дуги. На рис.2 изображена возрастающая характеристика дуги при различной ее длине l, l1, l2, а также жесткая характеристика источника питания. При увеличении длины дуги рабочая точка О перемещается в O1 и сила тока уменьшается — I1. После уменьшения силы тока снижается количество теплоты, выделяемой в дуге, и скорость плавления проволоки уменьшается. В этот период времени скорость подачи проволоки становится больше скорости плавления: Vпод> Vпл. Конец проволоки приближается к изделию, и длина дуги самостоятельно восстанавливается. Этот процесс называется саморегулированием длины дуги.

Рис.2 Зависимость изменения тока от колебания длины сварочной дуги (Ж — жесткая характеристика источника питания)

Процесс сварки будет стабильным, если реакция по изменению скорости плавления проволоки после изменения длины дуги будет быстрой. В этом случае говорят, что процесс саморегулирования проходит активно.

Рассмотрим, как влияет на активность саморегулирования вид внешней характеристики источника питания. На рис.3 приведены три различные характеристики источников питания: пологопадающая (П), жесткая (Ж), возрастающая (В).

Рис.3 Влияние формы внешней характеристики источника на изменение тока при колебаниях длины дуги

Наиболее резкие колебания силы тока, обеспечивающие активное саморегулирование, будут при возрастающей характеристике источника питания, при жесткой характеристике саморегулирование происходит менее активно, еще менее активно оно будет происходить при пологопадающей характеристике. Поэтому если проволока при сварке подается относительно медленно, возможно использование пологопадающих или жестких характеристик. Это обычно бывает при сварке под флюсом, когда диаметры проволок достаточно большие и скорости их подачи относительно невелики и колеблются в пределах 50-200 м/ч. При сварке в углекислом газе диаметры проволок ниже, поэтому для обеспечения высокой производительности их скорости подачи выше — до 400 м/ч. В этом случае обязательно применение жестких характеристик. При сварке на форсированных режимах при очень высоких скоростях подачи проволоки возможно применение источников питания с возрастающими характеристиками.

Источники питания с крутопадающими характеристиками, предназначенные для ручной полуавтоматической и автоматической сварки, применяться не могут, так как не обеспечивают саморегулирования длины дуги и стабильность процесса сварки.

Кроме принципа саморегулирования в некоторых сварочных аппаратах используется принцип автоматического регулирования длины дуги. Он заключается в том, что в процессе сварки скорость подачи проволоки не постоянна, а изменяется в зависимости от длины дуги, а следовательно, и напряжения на ней. Управление скоростью подачи проволоки осуществляется за счет обратной связи между дугой и двигателем подающего механизма.

Классификация источников питания для сварки.Основными элементами любой сварочной установки являются: источник сварочного напряжения или источник питания (далее — ИП); исполнительный механизм; соединительные элементы (шланги, кабели); вспомогательные элементы (баллоны, приспособления, оснастка и т.д.). В зависимости от выбранного вида сварки различают следующие виды сварочного оборудования: Для ручной дуговой сварки штучными плавящимися электродами с покрытием (метод ММА): — трансформаторы (предназначены для сварки на переменном токе); — выпрямители (предназначены для сварки на постоянном токе); — инверторы (для сварки на постоянном токе — постоянный ток получают по инверторной схеме). Для полуавтоматической сварки металлической проволокой в среде защитных газов (метод MIG/MAG) — сварочные полуавтоматы, состоящие из источника питания (встроенного или автономного), блока управления, подающего механизма и специальной сварочной горелки. Для автоматической сварки металлической проволокой в среде защитных газов или под флюсом — сварочные автоматы (самоходные тракторного типа, подвесные или планетарные головки). Для ручной дуговой сварки неплавящимся (вольфрамовым) электродом в среде инертных защитных газов (метод TIG) — специализированные сварочные установки переменного и/или постоянного тока. Одной из основных характеристик сварочного процесса является статическая вольт-амперная характеристика (ВАХ) сварочной дуги, отражающая связь между напряжением и силой тока сварочной дуги. Вследствие особенностей ионизации атомов металла в столбе дуги характеристика самой дуги состоит из трёх участков — падающего, статического и возрастающего. Статическая вольт-амперная характеристика сварочной дуги показана на рис. 4.

Рис.4 Статическая вольт-амперная характеристика дуги.

Для стабильного горения дуги требуется равенство между напряжением и током дуги (Uд и Iд) и источника питания (Uип и Iип). Легко заметить, что такое равенство возможно в случае, когда точки пересечения вольт-амперных характеристик дуги и источника питания являются точками устойчивого горения дуги, как показано на рис.5.

падающие жесткая возрастающая

Рис.5 Вольт-амперные характеристики источников питания

в соотнесении их со статической ВАХ дуги.

Ручную дуговую сварку (метод ММА) ведут на токе малой плотности (отношение силы тока к диаметру электрода). При этом из-за колебания длины дуги меняется и напряжение дуги, и ее вольт-амперная характеристика имеет падающую форму (зона 1 на рис. 4.). Поэтому для ручной дуговой сварки в основном применяют ИП с падающей вольт-амперной характеристикой, имеющей очень большой угол наклона к оси тока (крутопадающая характеристика); такая вольт-амперная характеристика обеспечивает отсутствие колебаний тока при изменении напряжения дуги. При полуавтоматической сварке методом MIG/MAG дуга горит на стабильном участке вольт-амперной характеристики (зона 2 на рис. 4.), поэтому ИП для такого метода сварки должен иметь жёсткую или пологопадающую вольт-амперную характеристику. ИП с возрастающей характеристикой применяют в основном для автоматической сварки под флюсом и наплавки. Сварочные трансформаторы. Одной из особенностей сварочной дуги переменного тока является периодическое изменение тока и напряжения ИП из-за перерывов в горении дуги при переходе кривой тока через нулевые значения (дуга гаснет). Внешне это проявляется резким звуком горящей дуги и повышенным разбрызгиванием жидкого металла. Все сварочные трансформаторы являются трансформаторами напряжения. Вольт-амперные характеристики трансформаторов, применяемых для ручной дуговой сварки, являются крутопадающими. Для повышения стабильности горения дуги увеличивают индуктивное сопротивление цепи дуги, для чего в цепь вторичной обмотки трансформатора обычно включают дополнительную реактивную катушку. Наиболее распространёнными являются трансформаторы с так называемым увеличенным магнитным рассеянием. В этих трансформаторах катушки обмоток разнесены по стержню магнитопровода. При работе трансформатора часть магнитных потоков замыкается в воздухе вне магнитопровода и рассеивается, что и дало название этим аппаратам. Регулировка тока в таких трансформаторах осуществляется изменением магнитных потоков путем раздвижения катушек обмоток по высоте магнитопровода (отечественные трансформаторы серии ТД) или введением в окно магнитопровода подвижных шунтов из магнитного материала (трансформаторы серии ТДМ). В более мощных трансформаторах, применяемых для автоматической и электрошлаковой сварки, используют регулировку магнитными шунтами — специальными дросселями, размещёнными в окне магнитопровода и управляемыми током низкого напряжения (трансформаторы ТДФ). Трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием имеют, как правило, падающую или крутопадающую вольт-амперную характеристику. Другой, менее распространённый тип сварочных трансформаторов — трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием. В этих аппаратах катушки первичной и вторичной обмоток располагаются концентрично на замкнутом магнитопроводе стержневого типа, поэтому рассеяние магнитных потоков практически отсутствует. Благодаря этому вольт-амперная характеристика получается пологопадающей или жёсткой. Регулировка таких трансформаторов осуществляется введением в цепь вторичной обмотки дополнительной индуктивности, за счёт которой и происходит настройка тока. В зависимости от расположения дополнительной индуктивности различают трансформаторы с совмещённой и с раздельной реактивной катушкой. Для сварочных трансформаторов специализированных источников питания используются схемы с так называемым дросселем насыщения. При этой схеме реактивная катушка собирается из нескольких обмоток на двухоконном магнитопроводе броневого типа; витки реактивной катушки намотаны на крайних стержнях магнитопровода, а на среднем стержне намотана управляемая обмотка, питаемая постоянным током, называемым током намагничивания. Регулируя ток намагничивания, можно изменять в широких пределах ток во вторичном контуре трансформатора, т.е. ток сварки. Сварочные выпрямители.Сварка на постоянном токе обеспечивает получение сварного соединения более высокого качества по сравнению со сваркой на переменном токе. Из-за отсутствия нулевых значений тока повышается стабильность горения дуги, увеличивается глубина проплавления, снижается разбрызгивание, улучшается защита дуги, повышаются прочностные характеристики металла сварного шва, снижается количество дефектов шва, а пониженное разбрызгивание улучшает использование присадочного материала и упрощает операции зачистки сварного соединения от шлака и застывших брызг металла. Всё это привело к тому, что для сварки качественных швов ответственных соединений больше применяют сварку на постоянном токе. Кроме того, многие материалы — высоколегированные и теплоустойчивые стали, чугуны, титан, сплавы на основе меди и никеля — свариваются только на постоянном токе. В частности, для полуавтоматической сварки металлической проволокой в среде защитных газов (метод MIG/MAG) — наиболее производительного и универсального метода сварки — применяют именно ИП постоянного тока. Сварочными выпрямителями называются источники питания, в которых постоянный ток получается путём выпрямления переменного тока промышленной частоты с использованием полупроводниковых вентилей. Общими элементами для сварочных выпрямителей являются силовой трансформатор, выпрямительный блок и блоки пускорегулирующей, измерительной и защитной аппаратуры. Наиболее рациональным в выпрямителях оказывается применение трёхфазного тока. Из графиков, приведенных на рис.6 видно, что суммирующая кривая тока при шестифазной схеме значительно лучше удовлетворяет требованиям сварки, чем однофазная.

Рис.6 Кривые выпрямленного сварочного тока

Для питания выпрямительного блока (ВБ) обычно используют понижающие трёхфазные силовые трансформаторы, по устройству и принципу действия аналогичные описанным в предыдущем разделе. Сам ВБ собирается либо по трёхфазной мостовой схеме, либо по шестифазной мостовой схеме с уравнительным реактором — разнесёнными вторичными обмотками силового трансформатора, соединёнными в две «звезды» (схема Ларионова — Гретца). У обеих схем повторяемость напряжения равна шестикратной частоте питающего тока (для обычного переменного тока промышленной частоты — 300 Гц). Это позволяет получить выпрямленный ток, у которого пульсации напряжения меньше, чем при использовании обычной однофазной мостовой двухполупериодной схемы, собранной на четырёх вентилях (четырёхвентильные мостовые схемы обычно используются в более простых выпрямителях бытового класса). За счёт использования специальных стабилизаторов напряжения, включаемых в сварочный контур, удаётся получить гладкую кривую тока с минимальными пульсациями выпрямленного напряжения. Для выпрямления тока используют неуправляемые полупроводниковые вентили — кремниевые или селеновые диоды — и управляемые вентили — тиристоры (обычно кремниевые). Кремниевые диоды имеют небольшие размеры и высокую теплостойкость, но очень чувствительны к токовым перегрузкам. Селеновые вентили допускают меньшие значения силы тока, но имеют высокую стойкость к перегрузкам и малый разброс характеристик. Их использование значительно упрощает общую схему выпрямителя и повышает его стойкость к перегрузкам по току. Использование тиристоров требует применения специальных блоков управления открыванием тиристоров, и обычно тиристоры устанавливают на более мощном и дорогом промышленном оборудовании. Полупроводниковые вентили требуют определённого температурного и токового режима. Поэтому немаловажными элементами любого сварочного выпрямителя являются системы охлаждения ВБ: радиаторы охлаждения вентилей, вентилятор, включающийся перед пуском выпрямителя, блоки защиты от токовых перегрузок (плавкие предохранители или реле защиты по току) и тепловые предохранители — термостат и ветровое реле, отключающие выпрямитель при перегреве ВБ или при выходе из строя вентилятора. Регулирование тока сварки в сварочных выпрямителях осуществляется двумя путями — электромеханическим и электрическим. В выпрямителях с электромеханической регулировкой изменение тока происходит до ВБ, то есть на выпрямляющие вентили в каждой фазе поступает переменный ток, имеющий силу тока и напряжение заданных сварочных параметров. Применяемые в этом случае силовые трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием (с раздвижными катушками) и трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием (с управляемым магнитным шунтом) описаны в предыдущем разделе. Другой тип электромеханической регулировки тока сварки в сварочных выпрямителях — это выпрямители с секционированными обмотками силового трансформатора, у которых первичная обмотка силового трансформатора состоит из нескольких катушек на общем сердечнике, которые подключаются последовательно посредством галетного переключателя, при этом происходит ступенчатое изменение тока в первичной цепи силового трансформатора. Такие выпрямители дёшевы, просты в изготовлении и надёжны в эксплуатации. Они имеют жёсткую вольт-амперную характеристику и целесообразны для полуавтоматической сварки в среде защитных газов (метод MIG/MAG), т.е. в тех случаях, когда после ИП возможна ещё одна регулировка тока (плавная в пределах каждой ступени). Другой тип — это выпрямители с вольтодобавочными трансформаторами (ВДТ), включаемыми последовательно во вторичную цепь силового трансформатора. Встречное или согласное включение вторичных обмоток силового трансформатора и ВДТ позволяет ступенчато менять силу тока. Плавное регулирование (в пределах каждой ступени) осуществляется изменением напряжения в первичной обмотке ВДТ. Такие схемы позволяют получить жёсткие вольт-амперные характеристики (для полуавтоматической сварки в среде защитных газов) и проводить настройку режима сварки дистанционно. В этом типе выпрямителей используют силовые трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием и дросселем насыщения. Это позволяет вводить обратные связи и стабилизирует работу ИП в заданном режиме, а сам выпрямитель имеет крутопадающую вольт-амперную характеристику, применяемую для ручной дуговой сварки плавящимися электродами (тиристорный выпрямитель ТИР-300 с дросселем насыщения ). Электрические схемы регулировки сварочных выпрямителей построены на изменении тока сварки после ВБ или непосредственно в ВБ. Выпрямители с транзисторными регуляторами тока основаны на принципе управления сильным током за счёт изменения более слабого тока. В этих схемах после ВБ последовательно сварочной дуге включается блок транзисторов, соединённых параллельно. Это позволяет в широких пределах изменять ток дуги. Применение транзисторных схем регулировки тока даёт крутопадающую вольт-амперную характеристику с широким спектром регулировок по току и высокостабильной дугой, что позволяет применять такие выпрямители для автоматической аргоно-дуговой сварки неплавящимся электродом (метод TIG) высоколегированных сталей и сплавов на основе меди или алюминия. Более простой и распространенной является схема выпрямителя с тиристорными регуляторами тока, в которых в качестве выпрямительных вентилей используют полупроводниковые тиристоры. Формирование вольт-амперных характеристик таких выпрямителей осуществляется за счёт временного сдвига управляющих импульсов тиристоров, подаваемых блоком фазоимпульсного управления. Изменением времени подачи управляющих импульсов регулируется поочерёдное открытие тиристоров той или иной ветви шестифазной мостовой схемы и меняется ток дуги. Это позволяет осуществлять плавную регулировку (в том числе и дистанционную) тока сварки и получать дугу с высокой стабилизацией по току и напряжению. По таким схемам построены широко известные выпрямители типа ВСВУ для ручной дуговой сварки плавящимися электродами (с крутопадающей вольт-амперной характеристикой) и ВДГ для полуавтоматической сварки в среде защитных газов (с пологопадающей вольт-амперной характеристикой). Дальнейшим развитием схемы выпрямителей с тиристорным регулированием явились выпрямители серии ВДУ с двойной вольт-амперной характеристикой — крутопадающей и пологопадающей. Силовой трансформатор этих выпрямителей имеет две вторичные обмотки, и их переключение позволяет получать двойную вольт-амперную характеристику и делает возможным использование выпрямителя как для ручной, так и для полуавтоматической сварки. Для сварки в цеховых условиях часто используют многопостовые выпрямители, имеющие достаточную мощность и способные выдерживать большие перегрузки как по величине тока, так и по скорости нарастания тока сварки. В основном многопостовые выпрямители имеют жёсткие вольт-амперные характеристики и предназначены для ручной дуговой сварки плавящимися электродами. В этом случае к выходным клеммам ИП подключается шинопровод из двух медных или алюминиевых полос, закреплённых на изоляторах на стенах или металлоконструкциях цеха. Управление током каждого сварочного поста осуществляется так называемыми балластными реостатами, представляющими собой устройство с набором элементов сопротивления из фехралевой или нихромовой проволоки и переключателями для коммутирования ступеней сопротивления в параллельном соединении. Включение ступеней балластного реостата позволяет регулировать ток сварки одного поста, а за счёт падения напряжения формируется крутопадающая вольт-амперная характеристика. Такие схемы приняты при использовании многопостовых выпрямителей ВКСМ-1000, ВДМ-1001, ВДМ-1201, ВДМ-1601 с балластными реостатами РБ-301 или РБ-302. Все эти выпрямители называются неуправляемыми, так как на выходе всегда подаётся одно и то же значение сварочного тока, равное номинальному. Сварочные инверторыНаиболее современными и технически сложными источниками сварочного тока являются сварочные инверторы. В отличие от статических ИП так называемых «классических» типов (т.е. трансформаторов и выпрямителей), у инверторов отсутствует силовой трансформатор. Вся работа сварочного инвертора построена на принципе фазового сдвига (инверсии) напряжения, осуществляемого электронной микропроцессорной схемой с покаскадным усилением тока (обычно микропроцессором типа IGBT). За счёт применения такого принципа удаётся получить широкий спектр вольт-амперных характеристик — от крутопадающей до возрастающей — с очень гладкой кривой тока, отклонения которого снижены до уровня десятых долей процента, что позволяет добиваться высокого качества сварки. Включение в схему высокочастотного генератора расширяет сферу применения инверторных источников питания и позволяет использовать их практически для любого метода дуговой сварки и для плазменной резки.За счёт небольшой массы инверторы малой мощности очень перспективны для использования при монтаже особо ответственных металлоконструкций и трубопроводов, к сварным соединениям которых предъявляются повышенные требования, а условия работы не позволяют применять громоздкое промышленное оборудование, предназначенное для работы в цеховых условиях. Мощные инверторы промышленного типа позволяют создавать сварочные комплексы для любого вида дуговой сварки, построенные по модульному принципу на основе одного источника тока. Все инверторы имеют плавную регулировку сварочного тока, а цифровая схема микропроцессора и введение ячеек памяти позволяет организовать запоминание нескольких наиболее часто применяемых режимов сварки. Наличие сложной и дорогой электроники, требующей особых условий охлаждения, увеличивает стоимость инверторных источников, но высокое качество получаемых сварных соединений и широкий спектр методов сварки делает их наиболее перспективными для промышленного применения, особенно при производстве сложных и ответственных металлоконструкций из различных материалов.

Выпрямитель

Преобразует переменный ток промышленной частоты в постоянный, необходимый для сварки.

Выпрямители бывают однофазные и трехфазные, стационарные или мобильные. Иметь возможность изменять вольт-амперную характеристику на жёсткую или падающую, а также полярность при сварке.

Плавное регулирование сварочного тока осуществляется блоком управления, а ступенчатое за счёт переключения обмоток.

Массовое применение их на производстве говорит о их универсальности и производительности. Высокое КПД и возможность применения при сварки различных металлов делает их одними из популярнейших источников питания.

Классификация

Общепринята градация блоков питания по нескольким признакам, обусловленным электромеханическими свойствами источников электротока. Начинающим сварщикам достаточно знать основные критерии классификации:

Источник