Источники питания для ручной сварки применяемые на предприятии

Классификация источников питания сварочной дуги

Для электродуговой сварки нужно электричество определенных параметров: большой силы (ампеража), низкого напряжения (вольтажа). Под воздействием тока между концом электрода и свариваемым металлом формируется мощный электрический разряд, выделяется большое количество теплоты. В качестве источников питания сварочной дуги применяются различные преобразователи. За историю существования ручной электросварки для розжига дуги созданы устройства, генерирующие переменный и постоянный ток. Сначала были трансформаторы, после появления полупроводников были созданы выпрямители. Генераторы преобразуют в электроток энергию сжигания жидкого или сухого топлива. Инверторы – источники нового поколения, у них возможности питания дуги гораздо шире, чем у трансформаторов. При выборе сварочного аппарата желательно учитывать преимущества и недостатки устройств.

Требования к источникам питания сварочной дуги

Любой источник питания при дуговой сварке выбирается, исходя из эксплуатационных свойств:

• Электрод должен разжигаться при соприкосновении с металлической заготовкой, контакты замыкают электрическую цепь.
• Когда присадка плавится, по капле возможно короткое замыкание. Сварочный аппарат в такой ситуации не должен выходить из строя, сварочная дуга должна поддерживаться стабильно.
• До вспышки дуги между деталью и электродом возникает краткосрочное короткое замыкание длиной в доли секунды. От скорости восстановления первоначального напряжения зависит динамическая характеристика источника питания.
• От режима холостого хода сварочное оборудование должно быстро переходить в рабочий ход, то есть напряжение с 60–80 вольт должно упасть до требуемых 18–20 В.

Требования ко всем источникам, применяемым для питания сварочной дуги, одинаковые. Напрашивается вывод, что эффективность работы сварочного оборудования зависит от способности поддерживать стабильное горение дуги, начиная с момента розжига. Последний момент – регуляторы, сварочные аппараты предназначены для большого диапазона рабочего тока, устанавливать нужные параметры тока должно быть удобно.

Классификация

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

Для питания сварочной дуги возможно два способа получения рабочего тока:

• преобразованием энергии из силовой электросети (выделяют однофазные и трехфазные сварочники);
• генерацией электричества рабочих параметров из другого вида энергии.

Группировка по виду вырабатываемого тока:

• переменного;
• комбинированные, которые можно переключать с постоянного на переменный и наоборот;
• постоянного.

Способ преобразования электричества: изменением вольтажа и ампеража, выпрямлением – переменный ток преобразуется в постоянный.

Мобильность источников, питание дуги бывает стационарным (подключение к магистральным электросетям) и автономным (использование переносных генераторов или аккумуляторов).

Способ регулировки рабочих параметров дуги (напряжения, ампеража). В трансформаторах меняется число задействованных витков: положением шунта, подвижностью катушки, секционированием вторичной обмотки.

Градация источников питания по внешним характеристикам тока сварочной дуги – это оценка зависимости среднего напряжения на контактах (держателе электрода и клемме, закрепляемой на металле) от ампеража. Параметры вольт-амперной характеристики оборудования бывают двух видов:

• Падающая ВАХ характеризуется высоким напряжением холостого хода, превышающим рабочее до 2,5 раз.
• Жесткая отличается стабильностью напряжения на клеммах в процессе сварки. Ампераж короткого замыкания превышает номинальный сварочный в 2 или 3 раза.

Вольт-амперная характеристика источника определяется экспериментально. Когда подключают питание, измеряют напряжение на клеммах.

Выбор источника питания для дуговой сварки

Разумеется, помимо силовых характеристик сварочное оборудование выбирают по мобильности, габариту, весу. Говоря о достоинствах и недостатках источников питания, стоит начать с самого первого вида сварочников.

Трансформатор

Оборудование с вторичной обмоткой преобразует напряжение, за счет индуктивных полей с 80 вольт можно опустить напряжение до 20-ти. Это самый простой и громоздкий тип сварочного аппарата. Зато очень надежный, мало зависит от условий внешней среды, не боится влажности, запыленности. Трансформатор можно соорудить самостоятельно, нужный вольтаж получают за счет определенного числа витков вторичной обмотки. Коэффициент полезного действия оборудования довольно высокий, стоимость небольшая. Когда объем работы небольшой, сварщики с опытом работы предпочитают для гаража, дома приобретать трансформаторы.

Выпрямитель

Уже из названия ясно, что речь пойдет об источнике постоянного тока. Для преобразования используются полупроводники, они пропускают электричество только в верхнем диапазоне синусоиды. Благодаря использованию полупроводников, наличию электросхемы, возможности у выпрямителей шире, чем у трансформаторов. При смене полярности можно регулировать температуру на контактах: при прямой полярности сильнее греется электрод, при обратной – металл. КПД у выпрямителей выше, чем у трансформаторов, малые потери на холостом ходу.

Большой минус – сварочные аппараты очень греются, им периодически требуется передышка, чтобы прийти в норму или дополнительная система охлаждения.

Генератор

Электричество вырабатывается вращением вала в постоянном магнитном поле. Работают устройства на бензине, дизтопливе, есть стационарные установки на угле, брикетированном топливе. Главные достоинства:

• электричество со стабильными характеристиками;
• большой ампераж, до 1000 А.

Минусы – изрядные габариты, низкий КПД, плюс выхлопные газы, шум, вибрация.

Инвертор

Инверторный тип источников – самый технологичный. Небольшие размеры, высокая мощность, дополнительные функции: быстрый розжиг, стабильная дуга и другие. Бытовые устройства работают от сети 220 В, мощные установки подключают к трехфазным 380 В. Инверсия улучшает частотные характеристики до 50 кГц. Недостатки тоже есть: оборудование боится высокой влажности, низких температур, запыленности. Корпус профессиональных источников дополнительно оснащают защитой.

Источники питания для ручной электродуговой сварки

Требования к источникам питания для ручной электродуговой сварки.

Источник питания должен:

1. Обладать крутопадающей внешней вольтамперной характеристикой (рис. 1);

2. Обеспечивать регулирование режима сварки (сварочного тока Iсв и напряжения Uсв);

3. Ток короткого замыкания Iкз должен быть не более чем 2Iр. Отношение Iкз/Iр называется коэффициентом добротности D источника питания;

4. Обладать хорошими динамическими свойствами, т.е. очень быстро – за 0,02-0,05 с после короткого замыкания восстанавливать напряжение от U = 0 до напряжения зажигания дуги Uзд;

5. Обеспечивать напряжение холостого хода Uхх в 2,5-3 раза больше, чем рабочее напряжение Uр.

Ручную электродуговую сварку ведут на переменном, либо на постоянном токе. При сварке на переменном токе в качестве источника питания используют сварочные трансформаторы, а при сварке на постоянном токе используют сва­рочные преобразователи (генераторы) или выпрямители.

Принципиальные электрические схемы трансформаторов для ручной электродуговой сварки показаны на рис. 2. По конструктивным особенностям они подразделяются на две основные группы:

– с нормальным магнитным рассеиванием;

– с развитым магнитным рассеиванием.

Рис. 1. Внешняя вольтамперная характеристика источника питания

1 – вольтамперная характеристика электрической дуги;

2 – вольтамперная характеристика источника питания;

Up, Uзд, Uхх – значения напряжений, соответственно,

рабочего, зажигания дуги и холостого хода;

Iр, Iкз – значения токов, соответственно, рабочего и короткого замыкания

Первые выполнены в виде двух различных аппаратов – трансформатора и дросселя и изготавливаются с отдельным дросселем или со встроенным дросселем (рис. 2 а, б). Сила сварочного тока при этом регулируется изменением воздушного зазора в дросселе, который также обеспечивает падающую внешнюю вольтамперную характеристику трансформатора. К этой группе относятся трансформаторы типа СТЭ и СТН. Эти трансформаторы устарели и серийно в настоящее время не выпускаются.

Вторая группа трансформаторов выполняется с подвижными вторичными обмотками. Сила сварочного тока при этом регулируется изменением расстояния между первичными и вторичными обмотками, что также обеспечивает трансформатору падающую внешнюю вольтамперную характеристику.

Трансформаторы с развитым магнитным рассеиванием с подвижными обмотками в настоящее время широко используются при ручной дуговой сварке. Они имеют повышенный КПД и обеспечивают устойчивое горение сварочной дуги, как на больших силах тока, так и на малых. К этим трансформаторам относятся трансформаторы типа ТС, ТСК-500 (рис. 2 в).

Рис. 2. Принципиальные схемы сварочных трансформаторов

а – трансформатор с отдельным дросселем; б – трансформатор типа СТН (со встроенным дросселем); в – трансформатор типа ТСК-500

Как было сказано выше, для сварки на постоянном токе применяются сва­рочные генераторы. Наиболее распространенные из них выполнены по схемам, показанным на рис. 3 и подразделяются на генераторы с независимым возбужде­нием и генераторы с самовозбуждением.

Рис. 3. Принципиальные электрические схемы сварочных генераторов

a-с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой;

б – с самовозбуждением, параллельной намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками; Г – генератор; Р – реостат; НО – на­магничивающая обмотка возбуждения; РО – размагничивающая обмотка.

Генератор с независимым возбуждением и с размагничивающей последо­вательной обмоткой (рис. 3 а) имеет две обмотки возбуждения: независимого возбуждения, которая питается отдельно от полупроводникового выпрямителя, и последовательную размагничивающую, включенную последовательно с обмоткой якоря. Ток в цепи независимого возбуждения регулируется реостатом. По этой схеме выполнены преобразователи ПСО-120, ПСО-ЗОО А, ПД-303, ПС0500, ПСО-800, АСО-2000.

В генераторах с самовозбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой возбуждения (рис. 3 б.) используется принцип самовозбуждения. Так работают преобра­зователи ПД-101, ПС-300-1, ПСО-300М, ПС-500.

Широкими возможностями обладают сварочные выпрямители типа ВДУ- 506 (рис. 5), предназначенные для комплектации сварочных автоматов и полуав­томатов для однопостовой механизированной сварки в среде углекислого газа и под флюсом, а также порошковой проволокой.

Рис. 5. Общий вид сварочного выпрямителя ВДУ-506:

Выпрямитель может быть использован для работы со сварочными роботами и манипуляторами, а также для ручной дуговой сварки штучными электродами.

Инструментом и принадлежностями электросварщика являются; электрододержатель, щиток или маска, специальный молоток с зубилом, стальная щетка, клейма для маркировки сварных швов, сумка для хранения и переноски электродов и инструмента.

На рис.6 показаны основные типы электрододержателей, применяемые при ручной дуговой сварке.

Рис. 6. Конструктивные схемы электрододержателей для ручной дуговой сварки

а – вилочные; б – пружинные; в – зажимные; г – безогарковые; д – двухэлектродные; е – со стопорным кольцом

Щитки, маски и шлемы применяются для предохранения глаз и кожи лица сварщика от вредного влияния ультрафиолетовых лучей и брызг расплавленного металла. На рис. 7 изображены щиток, маска и шлем электросварщика.

Рис. 7. Щиток (а), маска (б) и шлем (в) электросварщика

Щитки и маска изготовляются из фибры или специальной фанеры и снаб­жены темными стеклами, которые подбирают в зависимости от силы сварочного тока: при силе тока до 70 А применяются стекла марки Э-2, при силе тока от 200 до 400 А – марки Э-4.

Ток от силовой сети подводится к сварочным аппаратам по проводам марок ПРН и ПРТН, от сварочных аппаратов к рабочим местам – по гибким проводам марки ПРГ, АПД или ПРГД. Сечение сварочных проводов зависит от допускае­мой величины силы тока: при силе тока 100 А – сечение провода – 16, при 200 А – 25, при 300 А – 50, при 400 А – 70 мм.

Вспомогательный инструмент. Стальная щетка используется для очистки металла от грязи и ржавчины перед сваркой и шлака после сварки, молоток с заостренным концом – для отбивки шлака со сварных швов и нанесения личного клейма. Зубило применяют для вырубки монтажной сварки (прихваток) и дефектных мест сварочного шва.

Спецодежда сварщика: куртка и брюки или комбинезон, а также рукавицы, которые изготавливаются из плотного брезента. Брюки носят навыпуск, а куртку – не заправляя в брюки.

Электроды для сварки и наплавки.

Общие технические требования к электродам, размеры и классификацию устанавливает ГОСТ 9466-75.

1. по назначению: для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей (σр 600 МПа) – «Л»; для сварки легированных теплоустойчивых сталей – «Т»; для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами – «В»; для наплавки – «Н»;

2. по типам и маркам: по ГОСТ 9467-75 изготавливаются электроды 23 типов; по ГОСТ 10052-75 – 49 типов и ГОСТ ! 0051 -75 – 44 типа;

3. по толщине покрытия, которая характеризуется отношением D/d, где D- наружный диаметр электрода вместе с покрытием; d -диаметр стержня:

с тонким покрытием – D/d 1,8 – Г;

4. по качеству: электроды подразделяются по точности изготовления, со­стоянию поверхности покрытии, содержанию серы и фосфора в наплавленном металле – группы 1-3;

5. по видам покрытия: с кислым покрытием – А; с основным – Б; с цел­люлозным Ц; с рутиловым – Р; с прочими – П. Электродам с покрытием сме­шанного вида соответствует двойное обозначение. При введенном в покрытие железном порошке в количестве более 20% к обозначению добавляется буква Ж;

6. по применению в разных пространственных положениях: для всех положений – 1; для всех, кроме вертикального сверху вниз – 2; для нижнего, горизонтального и вертикального снизу вверх – 3; для нижнего и нижнего в лодочку – 4;

7. по роду и полярности тока, а также по напряжению холостого хода ис­точника питания переменного тока (частота 50 Гц). ГОСТ 9466-75 устанавливает условное обозначение для каждой марки электродов, которое указывается на этикетке (рис. 8).

Рис. 8. Позиции условных обозначений электродов на этикетках

I – тип; II – 11-марка; III – диаметр; IV – назначение; V – толщина покрытия;

VI – группа (по качеству); VII – характеристика наплавленного металла шва (по ГОСТ 9467 -75, 10051-75, 10052-75); VIII- вид покрытия; IX – допустимое пространственное положение шва; X – род и полярность тока, допустимое номинальное напряжение холостого хода (табл. 1); XI – ГОСТ 9466-75; XII – ГОСТ на типы электродов (или ТУ)

Четыре вида источников питания электрической дуги при сварке

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

Источник питания для сварочных работ любого вида и класса должен удовлетворять следующим ключевым характеристикам:

• обеспечивать легкость зажигание дуги;
• поддерживать стабильное горение;
• контролировать верхний порог тока короткого замыкания;
• обладать хорошей динамикой;
• соответствовать требованиям по электробезопасности.

Под динамикой в данном случае понимается скорость восстановления напряжения от момента контакта электрода с массой (возникновения короткого замыкания) до вспыхивания дуги, то есть образования электрического пробоя воздуха.

Дуга вспыхивает при напряжении около 20 В. Время от момента короткого замыкания до вспышки дуги у хорошего источника питания должно составлять не более 0,05 секунды. Чем оно меньше, тем динамика выше.

Кроме того, очень важно, чтобы источник поддерживал стабильное горение дуги, то есть автоматически регулировал изменение напряжения от режима холостого хода (60-90 В) до напряжения рабочего хода (18-20 В).

Эти требования предъявляются ко всем без исключения устройствам. Им должен соответствовать даже самодельный сварочный аппарат, собранный для ручной дуговой сварки из блока питания компьютера.

Кстати, из последнего собрать устройство для домашнего применения не так уж сложно. Импульсный блок питания как раз и предназначен для понижения сетевого напряжения. Но варить можно будет только тонкий металл.

Принципы классификация

Источники питания сварочной дуги классифицируются по многим градациям. В их числе:

• по предназначению — для ручной сварки, сварки под флюсом или в среде защитного газа (например, аргонодуговой);
• по числу сварочных постов, которые можно подключить единовременно;
• по способности передвигаться — мобильные и стационарные;
• по способу производства энергии — преобразователи или производители;
• по роду выходного тока;
• по ВАХ (вольт-амперная характеритика).

Основными параметрами сварочного аппарата для сварщика являются назначение данного конкретного агрегата и сварочный ток, который он выдает. Во многих случаях ключевым требованиям является подбор нужной вольт-амперной характеристики (ВАХ).

Так, например, для сварки в среде защитных газов требуются устройства с жесткой характеристикой, варящие постоянным током. Для ручной и полуавтоматической сварки под флюсом применяются аппараты переменного и постоянного тока с падающей характеристикой.

Некоторые современные источники питания сварочной дуги универсальны: имеют много режимов работы, в том числе позволяют менять род сварочного тока и изменять его ВАХ.

Четыре вида преобразователей

Основное различие между источниками питания сварочной дуги, определяющее их технические характеристики, массу, габариты и сферу применения — это различия по принципу преобразования электротока.

Существуют следующие виды источников:

• трансформаторы;
• выпрямители;
• преобразователи;
• инверторы.

Особняком стоят генераторы, так называемые агрегаты. Эти машины — не вторичные, а первичные источники энергии, они не преобразуют тем или иным способом питание от городской или промышленной сети, а вырабатывают его сами.

Как правило, агрегаты строятся на базе двигателя внутреннего сгорания — бензинового или дизельного. Первые — дешевле, вторые имеют большую мощность и моторесурс.

Трансформатор

Это самый простой тип сварочного аппарата. Основой ему служит дроссель — реактивная катушка индуктивности.

Простой понижающий трансформатор понижает вольтаж сети до величины холостого хода — 60…80 В. В дальнейшем при работе поддерживается напряжение сварки в 20 В.

Трансформатор варит только переменным током. Его достоинство состоит в простоте конструкции (можно изготовить своими руками, рассчитав число витков обеих намоток).

Он имеет высокий КПД, сравнительно небольшой расход энергии, отличается надежностью в сочетании с ремонтопригодностью. Трансформаторный источник питания дуги бесшумно работает, относительно немного стоит.

Но использование для сварки переменного тока имеет и определенные недостатки. У такого источника питания сварочной дуги большие габариты и очень большая масса.

Дуга горит нестабильно, и сильно зависит от скачков питающего напряжения. Возникает необходимости в использовании специальных покрытых электродов. Перечень металлов и сплавов, которые можно варить переменным током (в основном это низкоуглеродистые стали), ограничен.

Выпрямитель

Как следует из названия, это устройство, выпрямляющее переменный ток, то есть преобразующее его в постоянный. Для этого используются полупроводниковые элементы на основе селена либо кремния.

Выпрямители могут быть однофазные и трехфазные, стационарные или мобильные, иметь любую вольт-амперную характеристику — либо жестко заданную производителем, либо изменяемую пользователем согласно его нуждам.

У выпрямителей есть много достоинств. Это бесшумная работа, высокий КПД (выше, чем у трансформаторов), широкий диапазон использования (можно варить любые металлы и сплавы). У такого источника питания малые потери на холостом ходу, сравнительно небольшие габариты и вес и малое потребление энергии.

Недостатков у них немного, но, к сожалению, они довольно существенные. Выпрямители, как источники питания сварочной дуги, очень сильно нагреваются во время рабочего процесса, поэтому нуждаются в хорошей системе охлаждения, за которой надо тщательно следить.

Кроме того, они очень чувствительны к скачкам напряжения, не любят пыли, которая может вывести из строя систему охлаждения, и достаточно дороги.

Преобразователи

Преобразователь — устройство, механическим способом превращающее переменный ток в постоянный. По сути своей это электродвигатель, который вращает вал генератора постоянного тока. Когда-то это были первые устройства, способные производить сварку постоянным током.

По похожему принципу работают и генераторы, питающиеся от бензинового или дизельного мотора.

Несмотря на кажущуюся нелогичность конструкции, преобразователи также имеют свои плюсы и минусы. Основное их достоинство в том, что эти аппараты нечувствительны к перепадам напряжения — ток на выходе всегда имеет стабильную характеристику.

Кроме того, они могут выдавать очень большой ток — 300, 500, некоторые модели 1000 А. В некоторых видах работ, например, при сварке толстых металлических плит, это принципиально.

Их недостатки заключаются в большой массе (до 500 кг), а также в необходимости регулярного ТО из-за наличия вращающихся с высокой скоростью деталей. КПД преобразователей невысок из-за трат энергии на раскрутку вала двигателя.

Инверторы

Инверторы — особый класс источников питания сварочной дуги. Это сварочные аппараты, которые оптимально подходят для бытовых нужд.

Благодаря малым размерам и удобству в обращении они активно используются там, где нужна мобильность, а также есть ограничения по мощности, которую можно взять от сети.

Большинство инверторных источников питания сварочной дуги можно включать в обычную розетку, не боясь перегруза сети.

Принцип действия этих устройств заключается в инверсии — зеркальном превращении одного состояния энергии в другое. Инверторный аппарат осуществляет сварку переменным током высокой частоты, который он получает из постоянного тока, а его, в свою очередь — из промышленного переменного.

Инверсия позволяет увеличить частоту тока в 1000 раз — до 50 кГц. За счет этого удалось добиться существенного снижения размеров и веса аппарата.

Благодаря некоторым инверторным источникам питания сварочной дуги можно производить сварку и постоянным, и переменным током, в зависимости от режима.

К их достоинствам, кроме габаритов, относится малое энергопотребление, высокий уровень безопасности, плавная регулировка выходного тока и малое разбрызгивание расплава при сварке.

Список недостатков невелик. Аппарат нуждается в тщательном уходе и защите от пыли, не любит морозов, и не очень дешев в ремонте. Инвертор можно назвать оптимальным аппаратом для ручной сварки.

Источники:

http://svarkaprosto.ru/oborudovanie/istochniki-pitaniya-svarochnoj-dugi
http://studopedia.ru/10_139432_istochniki-pitaniya-dlya-ruchnoy-elektrodugovoy-svarki.html
http://svaring.com/welding/prinadlezhnosti/istochniki-pitanija-svarochnoj-dugi