Наши партнеры ArtmMisto
Скріплення деталей зварюванням і пайкою засноване на одному принципі: заливці з'єднуються розплавленими металами. Тільки при пайку використовують легкоплавкі свинцево-олов'яні припої, а при зварюванні - ті ж метали, з яких зроблені зварювані конструкції.
Фізичні закони, що діють при зварюванні
Щоб перевести метал зі звичайного твердого стану в рідку стадію, його необхідно розігріти до дуже високої температури, більшої значення його плавлення. Електричні зварювальні апарати працюють за принципом виділення тепла в провіднику при проходженні по ньому електричного струму.
Це явище в першій половині XIX століття одночасно описали два фізика: англієць Джеймс Джоуль і росіянин Еміль Ленц. Вони довели, що величина виділеної теплоти в провіднику прямо пропорційна:
1. добутку квадрата проходить струму;
2. електричному опору ланцюга;
3. часу впливу.
Щоб створити кількість теплоти, здатне розплавити металеві деталі струмом необхідно впливати на неї одним з цих трьох критеріїв (I, R, t).
У всіх зварювальних апаратах використовується регулювання дуги за рахунок зміни величини струму, що протікає. Решта два параметра віднесені до розряду додаткових.
Види струму для зварювальних апаратів
В ідеальному випадку для рівномірного прогріву деталей і місця шва найкраще підходить постійний за часом електричний струм, який можуть створити такі джерела, як акумуляторні або хімічні батареї або спеціальні генератори.
Однак, схема, яка показана на картинці, ніколи не використовується на практиці. Вона наведена для показу стабільного за величиною струму, здатного запалити рівну, ідеальну дугу.
Електричні зварювальні апарати працюють від змінного струму промислової частоти 50 герц. При цьому всі вони створюються для тривалої, безпечної роботи зварювальника, що вимагає установки мінімальної різниці потенціалів між зварюються деталями.
Однак, для надійного запалювання дуги потрібно підтримувати рівень напруги в 60 ÷ 70 вольт. Ця величина взята за вихідну для робочої ланцюга, в той час, як на вхід зварювального апарату подається 220 або 380 В.
Змінний струм для зварювання
Для зниження напруги, що підводиться електроустановки до робочого значення зварювання використовуються потужні понижуючі трансформатори з можливістю регулювання величини струму. Вони на виході створюють таку ж за формою синусоїду, як і в мережі живлення. А амплітуда гармоніки для горіння дуги створюється значно більшою.
Конструкції зварювальних трансформаторів повинні відповідати двом умовам:
1. обмеження струмів коротких замикань у вторинному ланцюзі, які за умовами роботи відбуваються досить часто;
2. сталого горіння запаленою дуги, необхідної для роботи.
З цією метою їх створюють із зовнішнім вольтамперної характеристикою (ВАХ), що володіє різкою крутизною падіння. Робиться це за рахунок збільшеного розсіювання електромагнітної енергії або включенням в схему дроселя - котушки з індуктивним опором.
У старих конструкціях зварювальних трансформаторів для виставлення струму зварювання використовувався метод перемикання числа витків в первинній або вторинній обмотці. Цей трудомісткий витратний спосіб зжив себе і в сучасних апаратах він не застосовується.
Спочатку трансформатор налаштований на видачу максимальної потужності, яка вказана в технічній документації і на табличці корпусу. Потім для виставлення робочого струму дуги вона знижується одним із таких способів:
підключенням індуктивного опору у вторинну ланцюг. При цьому збільшується крутизна ВАХ і зменшується амплітуда зварювального струму, як показано на зображенні вище;
зміною стану муздрамтеатру;
тиристорної схемою.
Способи регулювання зварювального струму введенням індуктивного опору у вторинну ланцюг
зварювальні трансформатори , Що працюють за цим принципом, бувають двох видів:
1. з плавною системою регулювання струму за рахунок поступової зміни повітряного зазору всередині магнітотпровода індуктивності;
2. зі ступінчастим перемиканням числа витків обмотки.
При першому способі муздрамтеатр індуктивності робиться з двох частин: стаціонарної і рухомий, яка зсувається від обертання рукоятки управління.
При максимальному повітряному зазорі створюється найбільше магнітне опір для електромагнітного потоку і найменше індуктивний опір, яке забезпечує максимальне значення струму зварювання.
Повний же наближення рухомої частини муздрамтеатру до нерухомої знижує зварювальний струм до мінімально можливої величини.
Ступеневу регулювання засноване на використанні пересувається контакту для поетапної комутації певного числа витків обмотки.
У цих индуктивностей муздрамтеатр роблять цілим, нерознімним, що трохи спрощує загальну конструкцію.
Спосіб регулювання струму на основі зміни геометрії муздрамтеатру зварювального трансформатора
Цей технічний прийом виконується одним з методів:
1. переміщенням секції з рухомих котушок на різне видалення від стаціонарно встановлених обмоток;
2. регулюванням положення магнітного шунта всередині муздрамтеатру.
У першому випадку зварювальний трансформатор створюється з підвищеним розсіюванням індуктивності за рахунок можливості зміни відстані між стаціонарно закріпленими в районі нижнього ярма котушками первинної ланцюга і рухомий вторинною обмоткою.
Вона переміщається за рахунок ручного обертання рукоятки регулювального вала, що працює за принципом ходового гвинта з гайкою. При цьому положення силової обмотки переноситься простий кінематичною схемою на механічний покажчик, який проградуирован в розподілах зварювального струму. Його точність становить близько 7,5%. Для більш якісних вимірів у вторинну ланцюг вбудовують трансформатор струму з амперметром.
При мінімальній відстані між котушками створюється найбільша величина зварювального струму. Для його зменшення необхідно відсувати рухливу обмотку.
Подібні конструкції зварювальних трансформаторів створюють при роботі великі радіоперешкоди. Тому в їх електричну схему включають ємнісні фільтри, що знижують електромагнітні шуми.
Спосіб включення рухомого магнітного шунта
Один з варіантів виконання муздрамтеатру такого трансформатора показаний на зображенні нижче.
Принцип його роботи заснований на шунтуванні певної частини магнітного потоку в осерді за рахунок включення регулювального органу з ходовим гвинтом.
Зварювальні трансформатори, керовані по описаним способам, виконуються з магнитопроводами з листів електротехнічної сталі і обмотками з мідних або алюмінієвих проводів з термостійкої ізоляцією. Однак, з метою тривалої роботи вони створюються з можливістю хорошого повітрообміну для відводу виділяється теплоти в навколишнє атмосферу, тому володіють великою вагою і габаритами.
У всіх розглянутих випадках зварювальний струм, що протікає через електрод, має знакозмінними величину, що знижує рівномірність і якість дуги.
Випрямлений струм для зварювання
тиристорні схеми
Якщо після вторинної обмотки зварювального трансформатора підключити два зустрічно з'єднаних тиристора або один симистор, через електроди яких схемою управління регулювати фазу відкриття кожного напівперіоду гармоніки, то з'являється можливість знижувати максимальний струм силового ланцюга до величини, необхідної для конкретних умов зварювання.
Кожен тиристор пропускає тільки позитивну півхвилю струму від анода до катода і блокує проходження його негативною половини. Зустрічне включення дозволяє управляти обома півхвилю.
Регулювальним органом в схемі управління задається проміжок часу t1, протягом якого тиристор ще закритий і не пропускає свою півхвилю. При подачі струму всередину ланцюга керуючого електрода в момент часу t2 тиристор відкривається і через нього проходить частина позитивної напівхвилі, позначена знаком «+».
Коли синусоїда переходить через нульове значення, тиристор закривається, він не буде пропускати через себе струм до тих пір, поки до його анода не підійде позитивна полуволна і схема управління фазосдвігающім блоком не дасть команду на керуючий електрод.
У момент часу t3 і T4 працює зустрічно включений тиристор по вже описаним алгоритмом. Таким чином, у зварювального трансформатора за допомогою тиристорної схеми зрізається частина енергії струму в періоди часу t1 і t3 (створюється безструмової пауза), а для зварювання використовуються струми, що протікають в проміжки t2 і t4.
Також ці напівпровідники можна встановлювати в первинну ланцюг, а не силову. Це дозволяє використовувати тиристори меншої потужності. Але в цьому випадку трансформатор буде перетворювати обрізані частини полуволн синусоїди, помічені знаками «+» і «-».
Наявність бестоковой паузи в періоди відсічення частини гармонік струму є недоліком схеми, що впливає на якість горіння дуги. Однак використання спеціальних електродів і деякі інші заходи дозволяють успішно використовувати тиристорну схему для зварювання, яка знайшла досить широке застосування в конструкціях, які називаються зварювальними випрямлячами .
діодні схеми
У малопотужних однофазних зварювальних випрямлячів зустрічається схема підключення мосту, зібраного з чотирьох діодів.
Вона створює форму випрямленої струму, який має вигляд безперервно чергуються позитивних напівхвиль. У цієї схеми зварювальний струм не змінює свій напрямок, а тільки коливається по величині, створюючи пульсації. Ця форма краще підтримує зварювальну дугу, ніж тиристорна.
У таких пристроях можуть бути додаткові обмотки, що підключаються до робочих котушок трансформатора для регулювання струму. Його величину визначають за амперметрі, підключеному до випрямленою ланцюга через шунт або синусоїдальної - через трансформатор струму.
Мостова схема Ларіонова
Вона призначена для трифазних систем і добре працює у зварювальних випрямлячів.
Включення діодів за схемою цього моста дозволяє складати на навантаженні вектора напружень таким чином, що вони створюють підсумкове напруга U вип, яке характеризується невеликими пульсаціями і по закону Ома формує на зварювальному електроді струм дуги аналогічної форми. Він значно наближений до ідеального виду постійного струму.
Особливості використання зварювальних випрямлячів
Випрямлений струм в більшості випадків дозволяє:
надійніше запалювати дугу;
забезпечує її стійке горіння;
створювати меншу кількість бризок розплавлених металів, ніж у зварювальних трансформаторів.
Це розширює можливості зварювання, дозволяє надійно з'єднувати нержавіючі сталеві сплави і кольорові метали.
Інверторний ток для зварювання
Зварювальними інверторами називають пристрої, які здійснюють поетапне перетворення електрики за наступним алгоритмом:
1. промислова електроенергія 220 або 380 вольт видозмінюється випрямлячем;
2. виникаючі технологічні шуми згладжуються вбудованими фільтрами;
3. стабілізована енергія інвертується в струм високої частоти (від 10 до 100 кГц);
4. високочастотний трансформатор знижує напругу до величини, необхідної для сталого запалювання дуги електрода (60 V);
5. високочастотний випрямляч перетворює електроенергію в постійний струм для зварювання.
Кожен з п'яти етапів роботи інвертора відбувається під автоматичним управлінням спеціального транзисторного модуля серії IGBT в режимі зворотного зв'язку. Система управління, побудована на цьому модулі, відноситься до найскладнішого і дорогого елементу зварювального інвертора.
Форма випрямленої струму, створеного для дуги інвертором, практично близька до ідеальної прямої лінії. Вона дозволяє виконувати численні види сварок різних металів.
Завдяки мікропроцесорній системі управління технологічних процесів, що відбуваються всередині інвертора, робота зварника значно полегшується введенням апаратних функцій:
гарячого старту (режим Hot Start) за рахунок автоматичного зростання струму при початку зварювання для полегшення запуску дуги;
анти-залипання (режим Anti Stick), коли при торканні електродом деталей, що зварюються величина зварювального струму знижується до значень, що не викликають розплавлення металу електрода і його прилипання;
форсування дуги (режим Arc Force) при відділенні великих крапель розплавленого металу від електрода, коли скорочується довжина дуги і з'являється можливість його залипання.
Ці функції дозволяють навіть новачкам якісно виконувати зварні шви. Електрозварювальні апарати надійно працюють при великих коливаннях вхідної напруги мережі.
Інверторні апарати вимагають дбайливого поводження та захисту від пилу, яка в разі осідання на електронних компонентах може порушити їх роботу, привести до погіршення теплос'ема і перегріву конструкції.
При негативних температурах на платах модулів можлива поява конденсату. Він стане причиною поломок і несправностей. Тому інвертори зберігають в приміщеннях, що обігріваються і не працюють з ними при морозі або атмосферних опадах.
