ВЫПРЯМИТЕЛЬ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ

Полезная модель относится к электродуговой сварке и касается источников питания, предназначенных для механизированной сварки плавящимся электродом в защитных газах с периодическими замыканиями дугового промежутка.
В настоящее время для сварки в углекислом газе и в других защитных газах наибольшее распространение получили полупроводниковые выпрямители с жесткой (пологопадающей) внешней характеристикой, состоящие из силового трансформатора с малым магнитным рассеянием, полупроводникового выпрямительного блока, индуктивности (дросселя) в сварочной цепи (Потапьевский А.Г. «Сварка в защитных газах плавящимися электродами», М., Машиностроение, 1974).
Источники питания обеспечивают стабильную сварку во всех пространственных положениях. В то же время процесс отличается довольно высоким разбрызгиванием, а в отдельных случаях нежелательным формированием шва.
2
2
Однако, рядом исследовательских и опытно-конструкторских работ (Потапьевский А.Г. и др. «Импульсно-дуговая сварка в СО вертикальных и наклонных швов судовых конструкций», М. «Технология машиностроения», производственно-технический сборник, №6-1987) установлено, что получить стабильный процесс сварки в СО с меньшим разбрызгиванием в широком диапазоне режимов сварки можно при питании от выпрямителей, имеющих комбинированную внешнюю характеристику, падающую в диапазоне рабочих токов и напряжений и жесткую (пологопадающую) при токах больше рабочих значений (фиг.1).
Кроме снижения разбрызгивания улучшается формирование сварочного шва, повышается производительность труда. В общем случае
получить такую характеристику можно простым параллельным включением двух выпрямителей с падающей и жесткой внешними характеристиками и различными по величине напряжениями холостого хода.
В техническом решении «Выпрямитель для дуговой сварки» (патент №1826334, опубл. 1997.06.10, RU), выбранном в качестве прототипа, комбинированные внешние характеристики образуются за счет использования одного силового трансформатора с первичной обмоткой, вторичная обмотка которого состоит из основной и дополнительной секций, включенных последовательно. Основная секция выполнена с повышенным рассеянием, дополнительная выполнена с минимальным рассеянием и выходным напряжением меньшим минимального рабочего напряжения при минимальном сварочном токе с учетом используемого защитного газа. Начало дополнительной секции, и конец основной секции соединены через основной вентильный блок с выходом выпрямителя, дополнительная секция соединена через дополнительный вентильный блок с выходом выпрямителя параллельно основному вентильному блоку.
Для регулирования скорости нарастания сварочного тока в указанном выпрямителе используются индуктивные сопротивления, включенные в различные участки цепи.
Для получения падающих характеристик наиболее часто используются трансформаторы с подвижными катушками или магнитными шунтами.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание выпрямителя для дуговой сварки имеющего комбинированную характеристику, состоящую из крутопадающего участка с регулируемым наклоном и жесткого участка с нерегулируемым наклоном и обладающего улучшенными технико-экономическими показателями, прежде всего за счет снижения массы изделия и упрощения схемы.
Поставленная задача достигается тем, что в выпрямителе для дуговой сварки содержащем понижающий силовой трансформатор, основной и дополнительный выпрямительные блоки и индуктивное сопротивление
трансформатор выполнен с двумя независимыми обмотками, одна из которых, обеспечивающая получение падающего участка внешней характеристики, выполнена с повышенным рассеянием и подключена к основному выпрямительному блоку и далее к выходу выпрямителя, а другая, создающая жесткий участок той же характеристики выполнена с малым рассеянием и подключена к дополнительному выпрямительному блоку и через регулируемое индуктивное сопротивление к выходу выпрямителя.
На фиг.1 приведена внешняя комбинированная характеристика выпрямителя; на фиг.2 принципиальная электрическая схема выпрямителя. Выпрямитель для дуговой сварки (фиг.2) состоит из трехфазного трансформатора с первичной обмоткой 1 и двумя независимыми обмотками 2, 3. Обмотка 2 с повышенным рассеянием подключена к основному выпрямительному блоку 4 (падающие характеристики). Обмотка 3 с малым рассеянием к дополнительному блоку 5 (жесткая характеристика). Регулируемое индуктивное сопротивление (дроссель) 6 включено только в цепь постоянного тока дополнительного вентильного блока 5.
Процесс сварки может быть разделен на ряд элементарных составляющих. Первоначальное зажигание дуги, определяется напряжением холостого хода основного вентильного блока 4 (дополнительный блок 5 заперт). В момент к.з. дополнительный вентильный блок 5 отпирается, оба блока работают на нагрузку. Ток Iк.з. равен сумме токов обоих блоков. При этом здесь и в дальнейшем надо иметь в виду, что ток к.з. основного блока 4 ограничен падающей внешней характеристикой. Основное увеличение тока и скорость его нарастания определяется блоком с жесткой внешней характеристикой и величиной индуктивности в его цепи. Под действием значительного тока Iк.з. электрод перегорает - начинается процесс горения дуги.
Горение дуги при сварке происходит при напряжениях, лежащих на крутопадающем участке внешней характеристики выше точки С (фиг.1).
Дополнительный вентильный блок 5, обеспечивающий получение жесткого участка комбинированной внешней характеристики не работает.
Ограничение установившегося тока сварочной дуги осуществляется активным или реактивным сопротивлениями источника питания. Короткие замыкания дугового промежутка и резкие броски тока отсутствуют.
В связи с этим нет необходимости включать в цепь постоянного тока основного блока 4 регулируемую индуктивность. Именно по этому в предлагаемой нами схеме индуктивное сопротивление в цепи постоянного тока основного блока изъято. Таким образом, значительно улучшаются весовые показатели выпрямителя, тем более, что индуктивность в этом случае следовало бы рассчитывать с учетом номинального значения сварочного тока. В дальнейшем капля расплавленного металла закорачивает дуговой промежуток, включается дополнительный вентильный блок 5, ток в цепи резко возрастает. При этом происходит перетекание капли в ванну с разрывом образовавшейся перемычки. Как известно, именно разрыв перемычки и определяет стабильность процесса сварки и разбрызгивание металла вследствие электрического взрыва.
Оптимизация процесса происходит за счет включения регулируемого индуктивного сопротивления 6 именно в цепь выпрямительного блока с жесткой внешней характеристикой. Это подтверждает так же нецелесообразность установки регулируемой индуктивности в общую цепь выпрямителя, так как это приводит к резкому увеличению массы его активных материалов.
Особо необходимо отметить, что при включении регулируемой индуктивности б в цепь выпрямительного блока 5 с жесткой внешней характеристикой значительно снижается масса активных материалов дросселя, а соответственно и продолжительность работы дополнительного вентильного блока 5, так как длительность короткого замыкания в цикле сварки, примерно в 4-9 раз меньше времени горения дуги.
Благодаря изложенному упрощается выполнение так же простых и надежных универсальных выпрямителей с высокими технико-экономическими показателями.
В отдельных случаях благодаря применению комбинированных характеристик становится целесообразным создание простых многопостовых универсальных систем питания с использованием существующих шинопроводов и балластных реостатов для ручной дуговой сварки. При этом жесткая часть характеристик обеспечивается дополнительной малогабаритной выпрямительной приставкой, состоящей из одного трансформатора с малым рассеянием, выпрямительных блоков и дросселей, в соответствии с требуемым количеством сварочных постов.
Предлагаемая полезная модель реализована при разработке универсального сварочного выпрямителя на 315 А (ВДУ-308). Получение падающих характеристик и регулирование сварочного тока осуществлялось трехфазным трансформатором с подвижными магнитными шунтами. Испытания показали, высокие сварочные качества источника при ручной дуговой сварке в углекислом газе различных видов сварных соединений.
Полуавтоматическая сварка производилась на различных режимах проволокой диаметром 1,2 мм. Разбрызгивание электродного металла незначительно.