ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ РУЧНОЙ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к источникам питания ручной электродуговой сварки.
Известны источники питания для автоматической дуговой сварки, которые предусматривают зажигание вспомогательной малоамперной дуги, на фоне которой периодически подается сварочный ток. («Сварка и свариваемые материалы» под редакцией В.Н.Волченко, Москва, МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1996 г., с.51.)
Вспомогательная дуга здесь используется для стабилизации процессов сварки, при ведении сварки импульсами сварочного тока.
Известно использование при ручной дуговой сварке защитного устройства для электросварщика, на котором установлена осветительная аппаратура, предназначенная для освещения места сварки источником света, достаточным для того, чтобы сварщик сквозь защитное стекло маски мог видеть место сварки и электрод до начала ведения сварки. (SU222575, A 61 F 9/06, 22.07.1968, 4с.)
Цель полезной модели - повышение точности при выполнении работ с помощью ручной электродуговой сварки, повышение производительности труда, облегчение выполнения сварочных работ, особенно при сварке мелких деталей и при сварке в труднодоступных местах, уменьшение вероятности повреждения близкорасположенных к месту сварки деталей, а также расширение возможностей применения ручной электродуговой сварки.
Эта цель достигается путем подсветки места сварки вспомогательной электрической дугой между электродом и изделием.
Сила света этой дуги должна быть достаточна для того, чтобы сварщик сквозь темное защитное стекло маски мог видеть место предполагаемой сварки и положение электрода относительно свариваемых деталей.
Сила тока этой дуги должна быть небольшой, чтобы дуга не повреждала свариваемые детали и не могла сварить их, когда это не нужно. То есть сила тока вспомогательной дуги должна быть недостаточной для сварки или повреждения свариваемых деталей.
Вспомогательную дугу с такими характеристиками можно назвать дугой подсветки.
Ключевой момент использования дуги подсветки в ручной дуговой сварке заключается в том, что сварщик может безбоязненно, наугад, ткнуть электродом в предполагаемое место сварки, зная, что при этом он не повредит свариваемые детали.
Сварщик прицеливается, закрывает лицо маской и примерно в нужном месте зажигает вспомогательную дугу. Когда эта дуга загорится, он увидит детали и положение электрода относительно них. Он выводит электрод точно в нужное место и подает сварочный ток, например нажатием кнопки на держателе электрода. Таким образом, он выполняет сварку точно в нужном месте. При этом сварщик может даже скорректировать положение деталей перед сваркой. Например, если привариваемая деталь оказалась не совсем на своем месте, то ее можно поправить, не поднимая маску, подсвечивая деталь вспомогательной дугой, а затем сразу же приварить ее.
Выполнив сварку, сварщик выключает сварочный ток, при этом вспомогательную дугу можно не выключать и не разрывать. Освещая место сварки этой дугой, сварщик может осмотреть результат работы, сразу же исправить недостатки и продолжить сварку дальше.
Технический результат от применения в ручной электродуговой сварке вспомогательной дуги, сила света которой достаточна для того, чтобы сварщик сквозь защитное стекло маски мог видеть место предполагаемой сварки и электрод, а сила тока недостаточна для сварки или повреждения свариваемых деталей:
- Упрощаются или делаются возможными высокоточная сварка и наплавка в труднодоступных местах. Дуга подсветки, в отличие от внешних источников света, освещает точно нужное место в любых, даже труднодоступных местах, в том числе в полостях с узким входом. Например, с помощью дуги подсветки легко удалось выполнить импульсную наплавку металла точно на выступы внутри ручного электрошуруповерта, без повреждения соседних деталей. Подсветить же детали внутри узкой, закрытой с одной стороны трубы внешним источником света затруднительно. Даже если установить источник света на держатель электрода или прямо на электрод, то сам же источник света может закрыть сварщику вид на свариваемые детали, находящиеся внутри трубы или в другом узком месте.
- Упрощается конструкция сварочного оборудования - не нужны достаточно мощные внешние источники света вместе с элементами их крепления. Внешний источник света требует дополнительного оборудования к сварочному аппарату и дополнительных устройств, для закрепления этого источника, что не всегда удобно и даже не всегда применимо. К тому же такая конструкция может мешать работе.
- Упрощается или делается возможной высокоточная сварка мелких изделий без повреждения близкорасположенных деталей, в том числе в труднодоступных местах.
Также упрощается сварка конструкций из мелких деталей без предварительного их закрепления. Если пользоваться только осветительной аппаратурой, возможно разрушение этой неустойчивой конструкции ударом или касанием электрода при зажигании дуги. При использовании вспомогательной дуги в качестве источника света, идет не только подсветка, но и осуществляется бесконтактное зажигание сварочной дуги, что позволяет сваривать детали без их предварительного
закрепления. Таким же образом можно сваривать детали в труднодоступных местах, где их фиксация затруднена, но туда можно дотянуться электродом.
То есть вспомогательная дуга здесь решает сразу 2 задачи: подсвечивает место сварки и осуществляет бесконтактный поджиг основной дуги. Именно комбинация этих 2-х задач значительно облегчает высокоточную сварку мелких деталей, а решается это одной вспомогательной дугой определенной мощности - дугой подсветки.
Чтобы решать такие задачи другими способами, потребуется 2 устройства - для освещения места сварки и для бесконтактного зажигания дуги, например импульсом высокого напряжения. Но это усложнит конструкцию аппарата, кроме того, внешние источники света имеют недостатки, перечисленные выше.
- Значительно повышается производительность труда при сварке большого количества мелких деталей, если они расположены недалеко друг от друга или привариваются к одной большой детали. Можно импульсом сварочного тока сварить одну деталь, затем, не поднимая маску перевести вспомогательную дугу на другую деталь, сварить ее. Можно также осмотреть качество сварки, особенно при сварке в защитных газах, перевести дугу на следующую деталь, сварить ее и так далее. Таким образом, обеспечивается непрерывный процесс сварки. При этом сварщику не нужно постоянно поднимать и опускать маску, не обязательно закреплять детали, что значительно экономит время и повышает удобство ведения сварки. Дугу подсветки можно зажечь касанием более надежного элемента конструкции или касанием массы.
Также повышается производительность, по сравнению с применением внешних источников света, т.к. при сварке сложных конструкций внешние источники света нужно постоянно перемещать и закреплять, чтобы они освещали именно место сварки и не перекрывались деталями.
- Уменьшение количества людей, задействованных при выполнении сварочных работ. При сварке сложных нетяжелых конструкций обычным аппаратом, сварщику часто требуется помощник, который нужен, чтобы держать детали, пока сварщик прицеливается и закрывает лицо маской. 11ри этом сварщик одной рукой держит держатель с электродом точно напротив нужного места, а другой аккуратно закрывает лицо маской, стараясь при этом сохранить положение электрода.
При применении дуги подсветки сварщик может одной рукой держать деталь, кивком головы опустить маску, ткнуть наугад электродом, не боясь повредить детали, зажечь вспомогательную дугу, вывести ее точно в нужное место и выполнить сварку. Если сбилось положение детали, то его можно также скорректировать.
- Облегчение выполнения сварки в труднодоступных местах. Вспомогательная дуга позволяет бесконтактно зажигать основную дугу, это значительно облегчает сварку в труднодоступных местах, т.к. в труднодоступном месте часто невозможно зажечь основную дугу чиркающим движением электрода, а при попытке зажечь дугу прямым касанием детали электрод часто «прилипает». Особенно сильно это проявляется при сварке в неудобном положении сварщика или когда деталь
маленькая и легкая. Вспомогательную дугу зажечь в такой ситуации легко, т.к. ее сила тока маленькая и электрод не «прилипает». Остается вывести дугу подсветки точно в нужное место и выполнить сварку, подав основной сварочный ток. Можно, например, легко изнутри приварить донышко к высокому цилиндру диаметром 20 мм. Таким образом, можно полностью избежать внешнего сварного шва, когда это необходимо, например, для дизайна изделия.
- Упрощается прожигание отверстий и наплавка точно в нужных местах, особенно эффективно это на мелких конструкциях. Здесь играет роль то, что дуга подсветки позволяет видеть разметку заготовки. Остается только вывести вспомогательную дугу точно на перекрестие, держать ее предельно короткой - для более высокой точности, и подать сварочный ток. Отверстие можно прожигать импульсом тока, осматривать с помощью дуги подсветки, корректировать его форму.
Так же и при наплавке: вывести дугу подсветки точно в нужное место, импульсом тока выполнить наплавку, осмотреть результат, скорректировать форму и размеры наплавляемой массы, продолжить наплавку. И все это выполняется не поднимая маски и не разрывая дуги.
- Облегчается освоение сварки новичками, так как самые большие проблемы в начале обучения - это «прилипание» электрода и неточность попадания электродом в нужное место, когда сварщик опустил маску и ничего не видит. При зажигании дуги подсветки электрод не «прилипает».
- Облегчается сварка тонкого металла, а также заваривание щелей и отверстий в тонком металле, т.к. варить тонкий металл короткими импульсами сварочного тока на фоне вспомогательной дуги, без ее разрыва, гораздо легче, чем постоянно зажигать и разрывать дугу.
- Значительно облегчается сборка с помощью маленьких точек сварки сложных и неустойчивых конструкций, которых нельзя касаться электродом без предварительного закрепления, чтобы их не разрушить. Вспомогательная дуга зажигается касанием более надежного элемента конструкции или массы, затем переводится по конструкции в нужное место, после чего подается сварочный ток. После отпускания кнопки можно тут же скорректировать шов или вывести электрод в другое место и продолжить работу дальше. Таким образом, можно вести сварку вообще не касаясь изделия электродом.
- Становится возможной сварка мелких конструкций из хрупкого металла с предварительным подогревом вспомогательной дугой. Можно разогреть место будущей сварки и нажатием кнопки подать сварочный ток. Также выполняется и сварка хрупкого металла с медленным остыванием сваренного небольшого участка, когда быстрому остыванию препятствует вспомогательная дуга. Прекратив подачу сварочного тока можно продолжать греть место сварки дугой подсветки. Она все равно не повредит конструкцию.
Особенностью использования вспомогательной дуги, как источника света при ведении ручной дуговой сварки, является то, что ее мощность находится между 2-х
критических параметров. С одной стороны, она должна светить так, чтобы место сварки и электрод сварщик мог видеть сквозь темное защитное стекло маски. С другой стороны, вспомогательная дуга не должна сколь-нибудь значительно повреждать подготовленные к сварке детали.
Как показали исследования, сила тока вспомогательной дуги, используемой как источник света, зависит от величины свариваемых деталей, применяемых электродов и используемого сварщиком светофильтра. Например, при сварке деталей из стали толщиной 1,5-10 мм электродом диаметром 3 мм, при использовании светофильтра С-5, рассчитанного на ток 60-150 А, наиболее часто применяемого сварщиками в этом случае, оптимальная сила тока дуги подсветки составляет 5-6 А.
Если ток меньше 3 А, то в этом случае вспомогательная дуга уже не подходит для использования в качестве источника света, так как кроме самой вспомогательной дуги сварщику ничего больше не видно.
При токе 5-6 А видно и свариваемые детали, и электрод, и разметку заготовки для прожига отверстий или для наплавки. Деталь при этом не повреждается свыше установленного допуска. То есть на ее поверхности остается шероховатый след от движения вспомогательной дуги, но для свариваемых деталей это допустимо, т.к. летящие капли металла во время сварки наносят деталям больше повреждений.
Если ток увеличить свыше 8 А, то дуга начнет быстро плавить электрод, делая на конце электрода большую каплю металла, которая может упасть и подпортить тонкую конструкцию. Также сварщик должен успеть спокойно вывести вспомогательную дугу точно в нужное место. За это время с электрода не должна упасть ни одна капля металла. Если во время движения электрода капля упадет, то дуга будет гореть между упавшей каплей и электродом. В этом случае при передвижении электрода вдоль детали дуга растянется и оборвется. А без передвижения по изделию дуга подсветки не имеет смысла. К тому же дуга начнет плавить тонкий металл, особенно его края. Поэтому больший ток лучше применять при больших диаметрах электрода, при работе с толстым металлом, при применении более темных светофильтров. При использовании электродов диаметром 5 мм ток вспомогательной дуги можно увеличить до 15 А, электрод не будет быстро плавиться.
Для сварки стали толщиной меньше 1,5 мм желательно использовать электрод диаметром 1,5-2 мм, ток вспомогательной дуги - 2-4 А, защитный светофильтр более светлый, например С-4, рассчитанный на ток 30-60 А.
Для обеспечения использования дуги подсветки в ручной электродуговой сварке, источник питания должен быть оборудован дистанционным управлением, позволяющим включать и выключать сварочный ток сварщиком во время ведения сварки, в любом положении сварщика.
Если такой источник питания оборудуется дистанционным управлением, находящимся под рукой у сварщика, то удобно там же сделать и регулировку
сварочного тока. Это позволит регулировать сварочный ток прямо во время ведения сварки. В свою очередь, это даст возможность подбирать наиболее оптимальный сварочный ток прямо во время ведения сварки, быстро менять ток при сварке изделия, включающего детали из металла разной толщины. Это позволит облегчить работы на высоте, в цистернах и других труднодоступных местах, откуда сварщику трудно добираться до сварочного аппарата для регулировки сварочного тока.
Чтобы можно было продолжать сварку при повреждении кабеля дистанционного управления или в случае, когда нужно срочно удлинить сварочный кабель, источник питания можно оборудовать переключателем, переключающим управление сварочным током с дистанционного на регуляторы, находящиеся на самом источнике питания.
На чертеже изображена электрическая схема такого источника питания ручной электродуговой сварки.
Предлагаемый источник питания состоит из сварочного трансформатора 1, силовых тиристоров S1-S4, осуществляющих выпрямление, включение-выключение и регулировку сварочного тока; силового дросселя Др.1, сглаживающего импульсы тока, которые неизбежно возникают при тиристорной регулировке силы тока; блока питания вспомогательной дуги 2, обеспечивающего горение вспомогательной дуги; блока управления сварочным током 3, обеспечивающим управление силовыми тиристорами; с пультом дистанционного управления 4; и переключателя В1, позволяющего переключать управление сварочным током на регуляторы R1 и R2, находящиеся на самом источнике питания.
Пульт дистанционного управления представляет собой закрепленную на держателе электрода кнопку Кн, которая служит для включения-выключения сварочного тока, и вмонтированные в держатель переменные резисторы R3 и R4, которые служат для регулировки сварочного тока. Кнопка закреплена на держателе электрода так, чтобы сварщику было удобно нажимать на нее в процессе ведения сварки. Нажимая на кнопку и отпуская ее можно подавать сварочный ток и прекращать его подачу на фоне постоянно горящей вспомогательной дуги.
В этом источнике питания вспомогательная дуга выполняет еще и роль стабилизатора основной сварочной дуги, который необходим для обеспечения надежного горения сварочной дуги во всем диапазоне регулировки тока, от нуля до максимума.