Меню

Характеристика источника тока для ручной дуговой сварки

Ручная электродуговая сварка: принцип действия, базовые основы технологии выполнения, техника безопасности

Сварка – создание неразъёмного соединения путём установления межатомных связей между соединяемыми предметами при нагревании. Проще – когда атомы свариваемых кромок, расплавляясь и перемешиваясь в месте соединения, образуют сварной шов. Сваривают металлы и неметаллические материалы: стекло, пластмассу и другие.

Процесс дуговой сварки – плавление материала в месте соединения деталей. На электрод подаётся электрический ток, между ним и свариваемым металлом при контакте возникает электрическая дуга, в зоне которой материал оплавляется, образуя сварочную ванну.

Виды электродуговой сварки

По уровню автоматизации электродуговая сварка подразделяется на четыре вида:

Классификация и способы

Электродуговая сварка классифицируется по методу защиты сварочной ванны:

  • не защищена – процесс происходит при свободном доступе воздуха;
  • в вакууме – воздух откачивается;
  • шов делается в защитном газе – инертном или активном;
  • процесс под флюсом – жидкий металл защищается от воздуха расплавленным шлаком, образующимся при плавлении флюса;
  • комбинированные способы защиты.

По виду тока подразделяется на сварку:

  • переменным – от трансформатора;
  • постоянным – от сети с помощью выпрямителя или генератора;
  • импульсно-дуговым – электричество подаётся импульсами, это позволяет контролировать дугу при условии регулирования тока.

Разновидности

Типы процессов различают по типу дуги:

  • прямого действия – возникает между электродом и свариваемой деталью;
  • косвенного действия – дуга горит между анодом и катодом, а металл не входит в электрическую цепь;
  • дуга горит между плавящимися электродами и соединяемыми кромками, электропитание переменным трёхфазным током;
  • сжатая дуга – радиус горения ограничивают подающиеся к месту сваривания струи газа.

Электроды бывают плавящимися (стальными, чугунными, алюминиевыми, медными) и неплавящимися. Первые выполняют и функцию присадочного материала. Для ручной дуговой – электроды в виде стержней круглого сечения различного диаметра. Состав материала обмазки выбирается в зависимости от металла свариваемых частей и особенностей техпроцесса.

Ручная дуговая сварка

Параметры ручной электродуговой сварки указаны в межгосударственном стандарте ГОСТ 5264-80, действующим взамен принятого в СССР в 1981 году ГОСТ 5264-69. В нём учтены:

  • тип соединения;
  • форма подготовленных кромок;
  • характер сварного шва;
  • поперечное сечение шва и кромок;
  • толщина свариваемых деталей.

ГОСТ регламентирует предельные отклонения в сочетаниях вышеперечисленных признаков. Требования ГОСТ 5264-80 не распространяются на сварные соединения стальных трубопроводов, для них – ГОСТ 16037-80.

Принцип действия

Источником нагрева соединения является сварочная дуга – концентрированная лучистая энергия в промежутке между электродом и изделием. Питание происходит от трансформатора при переменном токе или преобразователя – при постоянном. От источника питание подаётся проводами на электрод, зажатый в держателе, и на изделие. При контакте между ними возникает дуга. Шов образуется от расплавления электрода и соединяемой кромки.

Создание дуги

Дуга возникает от нагревания торца электрода, являющийся в электрической цепи катодом. Он соприкасается с изделием, цепь замыкается. При прохождении тока через контакт с большим сопротивлением выделяется большое количество тепловой энергии. При отрыве электрода на расстояние 1-2 миллиметра зажигается дуга, и начинается термоэлектронная эмиссия. Зажигание и горение возможны при наличии трёх компонентов:

Строение дуги

  1. Электрический источник питания, у которого напряжение холостого хода выше напряжения дуги.
  2. Ионизация в столбе дуги.
  3. Реактивное сопротивление в сварочной цепи – это повышает стабильность горения.

Схема сварочной дуги

Области сварочной дуги

Сварочная дуга включает в себя три основные зоны:

  1. Катодная – находится между столбом дуги и поверхностью катода.
  2. Столб дуги – между катодной и анодной зонами.
  3. Анодная – состоит из анодного пятна и приэлектродной части. Ток в ней образуется потоком электронов из столба.

Под влиянием высокой напряжённости возле катода с его пятна вырываются свободные электроны, которые летят к аноду. За счёт бомбардировки электронов происходит интенсивное нагревание катода.

Источники питания

Трансформатор – источник питания электрической дуги. Напряжение подаваемого из сети тока изменяется регулировкой расстояния между первичной и вторичной обмоткой: приближение уменьшает индуктивное сопротивление и увеличивает ток. Удаление уменьшает его. Обмотка, подключенная к сети – первичная, к держателю и свариваемому изделию – вторичная.

Сварочный трансформатор

Примерная стоимость трансформаторов. Яндекс.Маркет

Используемые электроды

При сварке постоянным и переменным током электроды применяют разные, маркировка первых имеет в маркировке буквенную аббревиатуру УОНИ, вторых – МР. И те, и другие покрываются специальной обмазкой для сварки сталей:

  • углеродистых и низкоуглеродистых конструкционных;
  • легированных конструкционных;
  • легированных теплоустойчивых;
  • высоколегированных с особыми свойствами;
  • для наплавки поверхностных слоёв с особыми свойствами.

По толщине обмазки в прямой зависимости от соотношения диаметра электрода к диаметру стального сердечника:

  • с тонким покрытием, соотношение меньше 1,20;
  • со средним, D/d между 1,20 и 1,45;
  • с толстым, D/d между 1,45 и 1,80;
  • с особо толстым, D/d больше 1,80.

По составу покрытия маркируются:

  • кислое – А;
  • целлюлозное – Ц;
  • рутиловое – Р;
  • основное – Б;
  • прочие – П.

Смешанное покрытие отмечается сочетанием соответствующих ему символов.

Ещё одна маркировка – по положению электрода по отношению к поверхности детали:

Читайте также:  Воздействие электрического тока в медицине

Электроды

  • для всех – 1;
  • для всех, кроме вертикального – 2;
  • для нижнего, горизонтального к вертикальной плоскости сварки и вертикального снизу вверх – 3;
  • для нижнего и нижнего в лодочку (свариваемые поверхности под прямым углом) – 4.

Примерная стоимость электродов. Яндекс.Маркет

Технология выполнения ручной дуговой сварки

Перед основным процессом проводят подготовительные, без которых сварной шов не будет качественным: правку, очистку, разметку, резку и сборку. Зажигание дуги между электродом и изделием выполняется в два приёма: прикосновение к поверхности, короткое замыкание, отрыв на расстояние, равное диаметру электрода. Зажигают двумя способами: впритык и чирканьем. В первом случае металл разогревается в точке, где происходит короткое замыкание, во втором – в нескольких местах.

После зажигания электродный и основной металлы начинают плавиться, на месте шва образуется ванна расплава. Задача сварщика – поддерживать длину дуги постоянной, от этого зависит качество соединения. Оптимальная длина дуги – от 0,5 до 1,1 диаметра.

Угол наклона к поверхности обеспечивает достаточную глубину плавления свариваемых деталей. Также он зависит от толщины и состава металла, диаметра электрода, толщины и вида покрытия, расположения сварки в пространстве.

Перемещение электрода

Если вести сварку вдоль линии соединения, то ширина валика зависит только от сварочного тока и скорости операции, она составит не больше 1,5 от диаметра электрода. Такие швы не обеспечивают качество сварки толстых листов металла. Крепкий шов и широкий валик получится, если вести процесс колебательными движениями электрода из стороны в сторону.

Что влияет на качество и размеры сварного шва

Эти два показателя зависят от выбора режима сварки:

  • диаметр и угол наклона электрода;
  • скорость;
  • напряжение на дуге;
  • сварочный ток.

Диаметр электрода выбирают исходя из толщины металла и типов соединения и шва. На качество шва существенно влияет длина дуги. На практике оптимальную её величину определили в 2-8 мм.

Сварочный ток устанавливают в зависимости от диаметра электрода.

Плюсы и минусы

К достоинствам ручной дуговой сварки относят:

  • простоту процесса, компактность и мобильность оборудования;
  • возможность работать в разных пространственных положениях;
  • сваривание в труднодоступных местах.
  • зависимость от квалификации специалиста;
  • низкая эффективность по сравнению с автоматизированными процессами;
  • вредное влияние на организм сварщика.

Источник



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.

Читайте также:  Для чего служит трансформатор постоянного тока

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.

Читайте также:  Расчет резистивной цепи постоянного тока

Источник

Характеристика источника тока для ручной дуговой сварки

Внешняя характеристика источников питания (сварочного трансформатора, выпрямителя и генератора)- это зависимость напряжения на выходных зажимах от величины тока нагрузки. Зависимость между напряжением и током дуги в установившемся (статическом) режиме называется вольт-амперной характеристикой дуги.

Внешние характеристики источников питания сварочной дуги показаны на рис. 59. Внешние характеристики сварочных генераторов, показанные на рис. 59 (кривые 1 и 2), являются падающими.

Длина дуги связана с ее напряжением: чем длиннее сварочная дуга, тем выше напряжение. При одинаковом падении напряжения (изменении длины дуги) изменение сварочного тока неодинаково при неодинаковых внешних характеристиках источника. Чем круче характеристика, тем меньше влияет длина сварочной дуги на сварочный ток. При изменении напряжения на величину δ при крутопадающей характеристике изменение тока равно a1 при пологопадающей — а2.

Рис. 59. Внешние характеристики источников питания: 1 - крутопадающая внешняя характеристика, 2 - пологопадающая, 3 - жесткая, 4 - пологовозрастающая
Рис. 59. Внешние характеристики источников питания: 1 — крутопадающая внешняя характеристика, 2 — пологопадающая, 3 — жесткая, 4 — пологовозрастающая

Для обеспечения стабильного горения дуги необходимо, чтобы характеристика сварочной дуги пересекалась с характеристикой источника питания (рис. 60).

В момент зажигания дуги (рис. 60,а) напряжение падает по кривой от точки 1 до точки 2 — до пересечения с характеристикой генератора, т. е. до положения, когда электрод отводится от поверхности основного металла. При удлинении дуги до 3-5 мм напряжение возрастает по кривой 2-3 (в точке 3 осуществляется устойчивое горение дуги). Обычно ток короткого замыкания превышает рабочий ток, но не более чем в 1,5 раза. Время восстановления напряжения после короткого замыкания до напряжения дуги не должно превышать 0,05 с, этой величиной оцениваются динамические свойства источника.

Рис. 60. Внешние характеристики источников питания и сварочной дуги: а - сплошная линия - генератора, штриховая - дуги в момент возбуждения, штрихпунктирная - дуги при горении; 6 - характеристика источников питаний сварочной дуги
Рис. 60. Внешние характеристики источников питания и сварочной дуги: а — сплошная линия — генератора, штриховая — дуги в момент возбуждения, штрихпунктирная — дуги при горении; 6 — характеристика источников питаний сварочной дуги

На рис. 60,6 показаны падающие характеристики 1 и 2 источника питания при жесткой характеристике дуги 3, наиболее приемлемой при ручной дуговой сварке.

Напряжение холостого хода (без нагрузки в сварочной цепи) при падающих внешних характеристиках всегда больше рабочего напряжения дуги, что способствует значительному облегчению первоначального и повторного зажигания дуги. Напряжение холостого хода не должно превышать 75 В при номинальном рабочем напряжении 30 В (повышение напряжения облегчает зажигание дуги, но одновременно увеличивается опасность поражения сварщика током). Для постоянного тока напряжение зажигания должно быть не менее 30-35 В, а для переменного тока 50-55 В. Согласно ГОСТ 7012 — 77Е для трансформаторов, рассчитанных на сварочный ток 2000 А, напряжение холостого хода не должно превышать 80 В.

Повышение напряжения холостого хода источника переменного тока приводит к снижению косинуса «фи». Иначе говоря, увеличение напряжения холостого хода снижает коэффициент полезного действия источника питания.

Источник питания для ручной дуговой сварки плавящимся электродом и автоматической сварки под флюсом должен иметь падающую внешнюю характеристику. Жесткая характеристика источников питания (рис. 59, кривая 3) необходима при выполнении сварки в защитных газах (аргоне, углекислом газе, гелии) и некоторыми видами порошковых проволок, например СП-2. Для сварки в защитных газах применяются также источники питания с пологовозрастающими внешними характеристиками (рис. 59, кривая 4).

Источник

Дуговая сварка и резка металлов

рис.1. Характер распределения магнитных силовых линий вокруг сварочной дуги.

Электрическая дуга — это мощный источник тепла и света. Тепловая мощность дуги определяется уравнением

Доля основного металла в металле шва. Погонная энергия.

Независимо от типа и способа выполнения, сварной шов состоит из определенной доли основного и электродного металла. Количественное содержание того или иного металла в шве будет зависеть от вида сварки, величины сварочного тока, напряжения на сва. Подробнее

Ионизирующее действие материалов электродных покрытий, покрытий разных марок и флюсов.

Газы даже при температурах, намного превышающих комнатную, состоят из недиссоциированных молекул, т. е. являются изоляторами. Наличие в газе положительно и отрицательно заряженных ионов и электронов делает его проводником электрического тока.

Коэффициент плавления, наплавки, потери на угар и разбрызгивание, производительность сварки

На производительность процесса электрической дуговой сварки влияют следующие факторы: сварочный ток; коэффициент плавления ап, который указывает, сколько электродного металла плавится под действием сварочного тока в 1 а за единицу вр. Подробнее

КПД сварочной дуги

Электрическая энергия, потребляемая дугой, в основном превращается в тепло. Тепловую мощность электрической дуги можно принять равной тепловому эквиваленту q0 электрической энергии

q0 = 0,24·Iсв·Uд кал/сек,

Методы изготовления электродов для ручной дуговой сварки.

При массовом производстве электродов сухие смеси приготовляются заранее и хранятся в специальных закрытых емкостях.

Приготовление замеса (обмазочной массы) производят смешиванием готовой сухой смеси с определенным количеством раствора жи. Подробнее

Дуговая сварка лежачим электродом

В некоторых случаях может использоваться сварка лежачим электродом, заключающаяся в том, что в разделку стыкового соединения или в угол тавровых соединений укладывается толстопокрытый электрод, прижимаеиый к изделею медной накладкой сп. Подробнее

Источник