Технологическая характеристика и особенности управления сварочными источниками питания неплавящимися электродами

<50 51 525354 55 56 >

Сварку неплавящимся электродом в инертных газах рекомендуют для соединения высокопрочных, коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов, как правило, небольшой толщины. Наиболее распространена аргонодуговая сварка свободной дугой.

Неплавящийся (точнее тугоплавкий) вольфрамовый электрод неподвижно крепят в сварочной горелке. Инертный газ защищает электрод и зону сварки от воздействия воздуха. Сварку ведут электродами диаметром 1...8 мм на токе 50...500 А при напряжении 10...20 В.

Требования к источникам питания определяются родом сварочного тока (постоянный, переменный) и характером его модуляции (непрерывный, импульсный униполярный, импульсный разнополярный, высокочастотный), которые в свою очередь зависят от марки и толщины свариваемого металла.

Источник постоянного тока (рисунок 5.32) рекомендуется для сварки большинстваматериалов средних толщин за исключением алюминиевых сплавов.

Сварку выполняют, как правило, дугой прямой полярности («-» на электроде). В сравнении с дугой обратной полярности в данном случае более благоприятное распределение теплоты дуги, поскольку большая ее часть идет в анод (свариваемое изделие). Это позволяет увеличить токовую нагрузку на электрод и благодаря этому поднять производительность. Обычно источник питания представляет собой выпрямитель, состоящий из трансформатора и выпрямительного блока на диодах или тиристорах. Можно использовать и инверторный источник. Внешняя ΒΑΧ источника питания должна быть крутопадающей с напряжением холостого хода 50...80 В, т.е. в 4-6 раз превышающим рабочее. При этом обеспечивается устойчивость процесса сварки и стабильность тока при колебаниях длины дуги, что особенно важно при малой толщине изделия.

Начальное зажигание дуги обычно выполняют бесконтактным способом с помощью высоковольтного высокочастотного генератора-осциллятора или возбудителя, поскольку при контактном способе зажигания наблюдается недопустимое загрязнение шва вольфрамом и повышенный расход электрода. Зажигание дуги коротким замыканием допустимо, если источник обеспечивает установку тока короткого замыкания ниже сварочного. Основной источник защищают от высокого напряжения высокочастотного генератора с помощью фильтра высоких частот.

Заварка кратера при механизированной сварке должна обеспечиваться благодаря плавному снижению тока с помощью специального устройства. Это же устройство иногда используют для плавного нарастания тока в начале сварки, что защищает электрод от разрушения. Поэтому регулирование тока должно быть плавным с очень высокой кратностью — не менее пяти. Обычно регулятор воздействует на тиристорный выпрямительный блок или обмотку управления трансформатора, в новейших конструкциях регулирование выполняют с помощью инвертора или полупроводникового коммутатора.

Рисунок 5.32 – Структурная схема (а) и циклограмма (б) источника постоянного тока

Программное управление последовательностью включения и выключения отдельных устройств источника (рисунок 5.32, б)обеспечивает следующий цикл работы: подачу газа перед сваркой включение 0,5...3 с;

· включение осциллятора и зажигание дуги;

· сварку в течение длительного времени;

· заварку кратера в течение 3...15 с;

· защиту шва газом в течение 3...30 с после сварки.

Иногда в источнике питания заранее настраивают два (I_д1, I_д2) и более различных режимов по току, с тем чтобы в процессе сварки быстро перейти от одной ступени к другой.

Такая необходимость возникает при изготовлении изделий из заготовок различных толщин и при сварке в различных пространственных положениях.

Источник переменного тока (рисунок. 5.33) используют при сварке алюминиевых сплавов. На него распространяют все вышеизложенные требования к источнику постоянного тока. Специфические требования, вызванные особенностями дуги переменного тока, сформулируем на основе анализа осциллограмм тока и напряжения (рисунок. 5.33, б).При этом необходимо учитывать различие физических свойств тугоплавкого вольфрамового электрода и сравнительно легкоплавкого основного металла — алюминия. В полупериоде прямой полярности, когда катодом является нагретый выше 4 000 К вольфрамовый электрод, мощная термоэлектронная эмиссия обеспечивает значительный ток прямой полярности I_пр и интенсивное плавление основного металла.

i_пр, i_обр – ток прямой и обратной полярности; i_пост — постоянная составляющая тока; u_пр, u_обр — напряжение прямой и обратной полярности; u_з.обр — напряжение зажигания дуги обратной полярности

Рисунок. 5.33 – Структурная схема (а)и осциллограмма (б)источника переменного тока

Напряжение зажигания дуги почти равно напряжению дуги прямой полярности u_пр и при короткой дуге в аргоне может составлять 10 В. В полупериоде обратной полярности для зажигания дуги за счет механизма автоэлектронной эмиссии требуется очень большое напряжение U_з.обр — около 200 В, так как термоэлектронная эмиссия со сравнительно холодного алюминиевого катода ничтожно мала.

Велико и напряжение горения дуги обратной полярности u_обр, оно превышает 20 В. Сила тока обратной полярности I_обр на 20...50 % ниже I_пр, однако он вызывает интенсивное катодное распыление оксидной пленки Аl₂O₃ благодаря бомбардировке алюминиевой детали положительными ионами. Сварку алюминия на постоянном I_обр применяют ограниченно из-за сильного нагрева электрода, ее рекомендуют лишь при токе до 150 А. Удачная альтернатива — это сварка на переменном токе, но она предъявляет к источнику питания особые требования.

Надежное повторное зажигание дуги при переходе к полупериоду обратной полярности обеспечивают с помощью импульсного стабилизатора, генерирующего импульс, достигающий значений U_з.обр.

Еще одно требование связано с наличием постоянной составляющей сварочного тока. Действительно, поскольку i_пр>i_о6р, кривую сварочного тока можно представить как сумму симметричного переменного тока i и постоянной составляющей i_пост.

Постоянная составляющая тока вызывает подмагничивание сердечника трансформатора, его перегрев, сильную вибрацию и повреждение изоляции обмоток. Подавление постоянной составляющей (ликвидация или уменьшение) выполняет специальное устройство. Следует заметить, что с технологической точки зрения постоянная составляющая тока полезна. Более того, ее иногда специально усиливают для увеличения проплавления основного металла большим током прямой полярности. Разумеется, сварка на асимметричном переменном токе допустима только при обеспечении безаварийной работы источника.