Закс М. И., Каганский Б. А., Печенин А. А. - Трансформаторы для электродуговой сварки

Закс М. И. и др.

Трансформаторы для электродуговой сварки/М. И. Закс, Б. А. Каганский, А. А. Печенин.  Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988. — 136 с: ил. — (Электросварочное оборудование).

ISBN 5-283-04406-8

Систематизированы сведения о современных источниках переменного тока (сварочных трансформаторах), предназначенных для различных видов дуговой сварки. На основе анализа свойств сварочной дуги сформулированы требования к источникам. Рассмотрены принципы действия трансформаторов с механическими электрическим (тиристорным) регулированием и узлов специализированных установок на их основе. Приведены сведения о схемах, конструкциях и технических характеристиках источников, выпускаемых промышленностью, освещены вопросы эксплуатации и техники безопасности.

Для инженерно-технических работников, специализирующихся в области электродуговой сварки.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В настоящее время основной объем работ при дуговой сварке выполняется на переменном сварочном токе. Переменный ток используется при ручной сварке штучными электродами, при автоматической сварке под флюсом и при аргонодуговой сварке легких сплавов. Источники переменного сварочного тока — самые массовые источники питания дуговой сварки. Основным узлом источников переменного тока является специальный, как правило, однофазный сварочный трансформатор. По этому основному узлу источники переменного тока часто называют просто сварочными трансформаторами.

Имеющиеся в литературе сведения о современных источниках переменного сварочного тока явно недостаточны для их изучения, проектирования и эксплуатации. Так, рассмотренные в монографии И. Я. Рабиновича [27] устройства уже устарели. В книге Б. Е. Патона и В. К. Лебедева [22] изложены только отдельные вопросы теории и расчетов трансформаторов с механическим регулированием. В работе О. Н. Братковой [9] источникам переменного тока уделено незначительное внимание.

Авторы настоящей брошюры ставили целью на основе обобщения опубликованных материалов и результатов исследований, проведенных авторами во Всесоюзном научно-исследовательским, проектно-конструкторском и технологическом институте электросварочного оборудования (ВНИИЭСО), систематизировать сведения о трансформаторах и специализированных установках переменного тока для различных способов дуговой сварки.

Книга знакомит читателя с особенностями горения дуги переменного тока и с требованиями к источникам сварочного тока. Описан принцип действия, рассмотрены электрические схемы и элементы расчета трансформаторов с механическим и электрическим регулированием.

Показана идентичность принципов тиристорного и магнитного фазового регулирования, приведены сведения о разработанных системах управления тиристорных трансформаторов, тепловом расчете тиристоров при сварочных нагрузках.

Отдельные главы посвящены рассмотрению вспомогательных устройств (возбудители и стабилизаторы горения дуги, устройства ограничения напряжения холостого хода и др.), описанию конструкций и технических характеристик источников, выпускаемых промышленностью, краткому освещению вопросов эксплуатации и техники безопасности.

Замечания и пожелания по книге просьба направлять по адресу: 191065, Ленинград, Марсово поле, 1, Ленинградское отделение Энергоатомиздата.

Авторы

ГЛАВА 1

СВАРОЧНАЯ ДУГА И ИСТОЧНИКИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

1.1. ОСОБЕННОСТИ ГОРЕНИЯ ДУГИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Дуга переменного тока находит применение при трех способах дуговой сварки: ручной сварке штучными электродами, автоматической сварке под слоем флюса, ручной и автоматической сварке легких сплавов вольфрамовым электродом в среде инертных газов.

Несмотря на широкое развитие механизированных способов сварки, ручная сварка штучными электродами остается наиболее распространенным видом дуговой сварки в промышленности, строительстве и на монтаже. К преимуществам ее следует отнести большую технологическую гибкость, возможность сварки в труднодоступных местах

и в различных пространственных положениях, простоту, дешевизну и надежность оборудования. К недостаткам — сравнительно низкую производительность и значительные потери на угар и разбрызгивание.

Борьба с этими недостатками ведется путем совершенствования свойств электродов и улучшения сварочных показателей источников тока. Основной объем работ выполняется электродами диаметром 2—6 мм на токах до 400 А. Сварка ведется практически во всепогодных условиях.

Автоматическая сварка под слоем флюса нашла самое широкое применение при изготовлении различного рода резервуаров, труб большого диаметра, изделий из листовой и профильной стали. Флюс способствует получению чистого и плотного металла шва, без пор и включений, с ровной внешней поверхностью, с плавным переходом к основному металлу и высокими механическими свойствами сварного соединения; потери на угар и разбрызгивание при сварке практически отсутствуют.

Для процесса характерны высокие коэффициенты наплавки (в 2—3 раза выше, чем при ручной сварке) и большие сварочные токи. Наряду с однодуговым процессом широкое распространение получили двух- и трехдуговые процессы, когда сварочные дуги расположены с некоторым сдвигом вдоль линии шва и плавление электродных проволок производится в одну общую сварочную ванну. Скорость сварки при однодуговом процессе достигает 60 м/ч, при двух- и трехдуговом — соответственно 140 и 200 м/ч.

Для однодуговой сварки применяются сварочные автоматы тракторного типа и подвесные сварочные головки. Автомат для многоэлектродной сварки содержит обычно две или три одно электродные сварочные головки. Почти все универсальные и специализированные сварочные автоматы выполняются с постоянной, независимой от напряжения дуги скоростью подачи электродной проволоки.

Сварка вольфрамовым электродом в защитной среде инертного газа является основным способом соединения алюминия и его сплавов. В большинстве случаев газовая защита осуществляется аргоном, поэтому сварку часто называют аргонодуговой сваркой. Реже используется смесь аргона с гелием, позволяющая повысить проплавляющую способность дуги и улучшить формирование шва при больших скоростях сварки. Применение переменного тока позволяет сочетать разрушение — катодное распыление — оксидной пленки алюминия в полупериоды обратной полярности дуги, когда вольфрам является анодом, с преимущественным разогревом и проплавлением сварного соединения в полупериод прямой полярности (изделие — анод).

Процесс аргонодуговой сварки протекает без брызг и обеспечивает гладкие ровные швы е хорошим проплавлением кромок. Легкость и мобильность горелок позволяют выполнять сварку в труднодоступных местах и в любых пространственных положениях в ручном и автоматическом режимах.

Сварка может выполняться в режиме непрерывных и пульсирующих токов (импульсные режимы). При сварке пульсирующим током металл плавится во время импульса и кристаллизуется в течение паузы. В результате шов представляет собой серию частично перекрываемых точек. Сварка пульсирующим током обеспечивает лучшую стабильность проплавления в различных пространственных положениях. Снижение теплового потока в моменты пауз позволяет уменьшить перегрев и деформацию сварного соединения.

При питании сварочной дуги переменным током полярность электродов и условия существования дугового разряда периодически изменяются. В конце каждого полупериода сварочного тока дуга гаснет, температура и электропроводимость дугового промежутка снижаются. Повторное зажигание дуги в новом полупериоде возможно только при повышенном относительно напряжения горения дуги напряжении, называемом напряжением повторного зажигания U3. Напряжение зажигания зависит от множества факторов, и в частности от тепло физических свойств материала и геометрии электродов, от наличия в дуговом промежутке паров легкоионизируемых элементов, от длины дуги и значения сварочного тока.

В полупериоды прямой полярности дуги, когда катодом является электрод (плюс на изделии), пики напряжения повторного зажигания обычно невелики. В полупериоды обратной полярности пики напряжения повторного зажигания могут превосходить нормальное напряжение горения дуги в несколько раз. Особенно большие пики напряжения зажигания имеют место при аргонодуговой сварке легких сплавов при формировании катода на изделии.

На устойчивость и скорость повторного зажигания дуги существенное влияние оказывают параметры источников питания. К ним, прежде всего, относятся напряжение холостого хода, скорость его восстановления после обрыва тока дуги, форма кривой сварочного тока, фазовый сдвиг между напряжением холостого хода источника и током дуги.