Устройство и принцип работы сварочного выпрямителя

Содержание:

В комплект сварочного оборудования для электродуговой сварки обычно выходит специальный выпрямитель. Он предназначен для преобразования переменного тока в постоянный, который, в свою очередь, необходим для создания и питания сварочной дуги.

На рынке сегодня представлены разные сварочные выпрямители, их устройство в целом похоже, различаются они в основном требованиями к напряжению электрической сети и отдельными компонентами.

О разновидностях этих устройств, а также какие особенности имеют сварочные выпрямители, их устройство мы и расскажем дальше.

Устройство сварочных выпрямителей.

Свою работу такие аппараты для преобразования тока осуществляют за счет применения в их конструкции специальных полупроводниковых элементов, которые бывают либо кремниевыми, либо селеновыми. Наибольшую популярность завоевали именно селеновые элементы, ведь они стоят дешевле и обладают хорошей перегрузочной способностью.

Чаще всего в состав выпрямителя для электродугового сваривания входят силовой трансформатор, блок выпрямительный, аппаратура – защиты, пуска и регулировки, измерений.

Эта схема работает по следующему принципу: трансформатор преобразует ток электросети, а также отвечает за согласование значений напряжений – сети и выходного.

Отметим, что традиционно в выпрямителях, использующихся для одного поста, применяются трансформаторы трехфазные, так как другие типы могут привести к пульсированию напряжения, выходящего из выпрямителя.

Применяемы в выпрямителях регуляторы тока нужны, чтобы иметь возможность устанавливать необходимое значение тока, а также регулировать режимы сваривания металлоизделий.

Заметим, что обычно выпрямительный блок делается по мостовой схеме на три фазы, что обеспечивает равномерную нагрузку. Также это позволяет добиваться достаточно хороших технических и экономических показателей.

Разновидности выпрямителей для сварочных работ.

Эти выпрямители классифицируются по разным показателям: начиная от сферы применения и заканчивая конструкционными особенностями.

Так, в зависимости от области использования бывают бытовые, полупрофессиональные и профессиональные выпрямители, которые различаются рабочим напряжением.

Конструкционные особенности силовой части этих устройств определяют такие виды:

  • тиристорные устройства;
  • оборудование с дросселем насыщения;
  • инверторные;
  • регулируемы трансформатором;
  • с транзисторным регулированием.

Разные типы выпрямительных устройств могут быть применены при разных способах сварки. Так, к примеру, для сваривания в среде защитных газов, а также под флюсом, сварщики выбирают выпрямители, имеющие жесткие внешние характеристики. В этих преобразователях могут применяться различные способы регулировки напряжения. Так, используют:

  • витковую;
  • магнитную;
  • фазовую;
  • импульсную.

Ручная дуговая сварка, обычно, осуществляется с использованием выпрямителей, имеющих падающие внешние характеристики. Эти характеристики формируются двумя способами, а именно:

    1. Повышение сопротивления трансформаторов – часто встречается в выпрямителях, трансформаторы которых имеют магнитный шнур, подвижную либо разнесенную обмотку.
    2. Использование обратной связи по току – этот способ встречается в таких типах выпрямителей, как тиристорный, инверторный, транзисторный.

Кроме того, существуют выпрямители универсального типа, т.е. они формируют жесткие и падающие внешние характеристики.

Особенности и свойства выпрямителей для сварки.

Обычно выпрямители для сварочных работ используются в тех случаях, когда производиться сваривание низкоуглеродистых, высоколегированных сталей, цветных металлов, различных сплавов.

Кроме того, сварочные выпрямители применяются сварщиками при необходимости произвести сварку с обратной полярностью.

К достоинствам сварочных выпрямителей можно отнести их экономичность, особенно этого касается вышеупомянутых трехфазных однопостовых устройств.

Среди особенностей выпрямителей следует выделить и довольно высокий показатель КПД в сравнении с аналогичным оборудованием.

Также специалисты отмечают, что выпрямители довольно надежны, управлять ими достаточно просто. Использование сварочных выпрямителей позволяет сократить разбрызгивание металла в процессе сваривания, а также способствует более глубокому провару.

К достоинствам этих устройств также принято относить относительно небольшой вес и равномерную нагрузку фаз.

С другой стороны сварочные выпрямители довольно чувствительны к перепадам напряжения в сети и восприимчивы к коротким замыканиям (длительным).

И напоследок несколько слов об эксплуатации выпрямителей, предназначенных для сварочных работ. Обязательно нужно проводить плановые осмотры устройства, чтобы иметь возможность во время устранять возможные поломки и загрязнения. Выпрямители, как и любое другое сварочное оборудование, должны содержаться в исключительно сухих помещениях.

Сварочные выпрямители служат для преобразования переменного тока в постоянный, предназначенный для питания сварочной дуги. С этой целью в выпрямителях используются полупроводниковые (селеновые, кремниевые или германиевые) выпрямительные элементы. Сварочный выпрямитель (рис. 38) состоит из понижающего трехфазного трансформатора 3 с подвижными катушками, выпрямительного блока 2 с охлаждающим вентилятором 1, пускорегулирующей и защитной аппаратурой, смонтированных в общем корпусе.


Рис. 38. Сварочный выпрямитель

Понижающий трехфазный трансформатор снижает напряжение сети до необходимого рабочего, а так же служит для регулирования сварочного тока изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Внутри сердечника трансформатора находится ходовой винт с закрепленной на нем первичной обмоткой. Сварочный выпрямитель имеет два диапазона регулирования сварочного тока.
Сварка выпрямленным током может производиться на прямой и обратной полярности. При прямой полярности деталь подсоединяется к зажиму «+» источника, а электрод – к зажиму «-», при обратной полярности – наоборот.
На положительном полюсе в результате бомбардировки его электронами выделяется больше теплоты, чем на отрицательном. Исходя из этого, обратную полярность применяют при сварке тонколистового металла, чтобы не прожечь его, а также при сварке высоколегированных сталей во избежание их перегрева.
Обозначение выпрямителя читается следующим образом: ВД-401, где:
В – выпрямитель;
Д – для дуговой сварки;
40 – 400 А – номинальный ток;
1 – модель.
Многопостовой выпрямитель имеет маркировку ВДМ.

3. Сварка чугуна (газовая, дуговая).

Чугуном называется железоуглеродистый сплав с содержанием углерода более 2,14%.
Сварка чугуна производится при ремонтно-восстановительных работах, исправлениях дефектов в чугунных отливках.
Сварка чугуна затруднена по следующим причинам:
1. При быстром охлаждении расплавленного чугуна происходит отбеливание чугуна, т. е. образование белого чугуна, очень хрупкого и твердого. Механическая обработка чугуна, имеющего отбеленные зоны, очень трудна.
2. Неравномерность нагрева в свариваемой детали приводит к появлению трещин. Поэтому необходимо замедлить процесс остывания шва и прилежащих к нему участков свариваемой детали.
3. Сварку ведут только в нижнем положении, так как чугун не имеет пластического состояния при переходе из твердого состояния в жидкое.
4. Образование пористости шва за счет интенсивного выгорания углерода и быстрого затвердевания расплавленного металла.
5. Образование пленки окислов кремния на поверхности ванны, имеющих высокую температуру плавления.
Чугун сваривается как дуговой, так и газовой сваркой. В том и другом случае возможна:
• горячая сварка с предварительным и сопутствующим подогревом изделия;
• холодная сварка без предварительного подогрева изделия.
Выбор способа сварки определяется составом чугуна, конструкцией детали, характером дефекта и условиями работы.
Материал для сварки. Используют чугунные прутки Ø 4, 6,8, 10,12,16 мм длиной 250, 350 и 450 мм.
По назначению прутки делятся на следующие марки:
• А – для горячей газовой сварки (с торца маркированы белой краской);
• Б – для газовой сварки с местным нагревом и для электродных стержней;
• НЧ-1; НЧ-3 – для низкотемпературной газовой сварки тонкостенных и толстостенных отливок.
Горячая газовая сварка чугуна.
С общим подогревом. Наиболее надежный способ, обеспечивающий лучшее качество сварного соединения. Процесс газовой сварки разбивается на ряд операций. К ним относится:
1. Подготовка детали под сварку.
2. Предварительный подогрев детали.
3. Сварка деталей.
4. Охлаждение деталей после сварки.
Трещины засверливают, разделку ведут механическим способом. При толщине свыше 5 мм выполняют разделку кромок под углом 70-90°.
Детали, подготовленные под сварку, подвергают нагреву до 500-700°С. Общий подогрев ведется в электрических и газовых печах, специальных термических печах, горнах. При отсутствии специальных печей сооружают временные печи. При этом деталь обкладывают древесным углем и закрывают асбестом. После того как деталь нагреется, ее подают на рабочее место сварщика и закрывают асбестовым листом, оставляя открытым только место сварки.
Сварку выполняют нормальным пламенем или с небольшим избытком ацетилена. В качестве присадки применяют чугунные прутки марки А. Им необходимо перемешивать сварочную ванну для облегчения выделения газа.
При горячей газовой сварке применяют флюс, способствующий улучшению процесса сварки и удалению образовавшихся окислов. В этом качестве используют буру.
Для получения качественного сварного соединения необходимо после сварки уменьшить скорость охлаждения, наплавленный металл подогревают пламенем в течение 1-1,5 мин. Массивные детали для снятия внутренних напряжений подвергают вторичному нагреву до 600-750ºС.
С местным подогревом. Применяется при сварке массивных деталей. Нагревают участок так, чтобы в детали создавались тепловые деформации, равнозначные деформациям, которые возникают на участке сварки.
Местный подогрев выполняют до 300-500° сварочными горелками или другими способами. Пламя нормальное, в качестве присадочного материала выбирают пруток марки Б.
Холодная газовая сварка чугуна. Процесс сварки без предварительного нагрева аналогичен процессу горячей сварки, но со своими особенностями.
Перед заваркой дефекта необходимо подогревать пламенем горелки участки, прилегающие к дефекту. По окончании заполнения дефекта горелку в течение 2-3 минут медленно отводят, направляя пламя на участки, прилегающие к дефекту. Деталь или часть детали, на которой находится заваренный участок, для медленного охлаждения засыпают песком или покрывают асбестом.

Читайте также:  Показатели толщиномера для машин

Дуговая сварка

Сварка стальными электродами с применением шпилек. Сталь при наплавке на чугун плохо сцепляется с ним из-за разной усадки. Кроме того, наплавленная на чугун сталь обогащается углеродом в зоне плавления, становится хрупкой, склонной к закалке, и дает при остывании трещины. Поэтому при сварке чугуна обычными стальными электродами (УОНИ-13/45 и УОНИ-13/55) для более надежного сцепления наплавленного металла с основным на кромках в шахматном порядке ставят на резьбе стальные шпильки (рис. 57, а).
При толщине стенки менее 10 мм шпильки ставят только на нескошенной части кромок. Шпильки обваривают кругом, после чего шов заполняют наплавленным металлом (рис. 57, б).


Рис. 57. Сварка чугуна с применением шпилек

Диаметр шпилек определяется по формуле:
d=(0,15-0,2)S,
где d – диаметр шпильки;
S – толщина стенки, мм.
Шпильки диаметром менее 3 мм не применяют.
Расстояние между шпильками составляет (4-6)d, глубина посадки 2d, расстояние от кромок не менее (1,5-2)d.
Электроды с покрытием типа УОНИ применяют при сварке чугуна потому, что они требуют использования постоянного тока обратной полярности. Это уменьшает перегрев детали и снижает выгорание кремния.
Для снижения внутренних напряжений сварку ведут с перерывами, не давая изделию нагреться выше 100°С. При использовании электродов диаметром 3 мм ток не должен превышать 120 А, диаметром 4 мм – 150 А, 5 мм – 220 А.
Первые слои шва и обварку шпилек целесообразно выполнять электродами (ЦЧ-4) (см. ниже), а последующие – УОНИ-13/55.
Сварка чугуна без подогрева стальными электродами с дополнительным креплением стальными шпильками и связями является вполне надежной и применяется при ремонте ответственных крупногабаритных деталей, испытывающих большие нагрузки.
Сварка специальными электродами. Для сварки и наплавки без подогрева деталей из серого и высокопрочного чугуна и заварки дефектов в отливках применяют электроды ЦЧ-4 из проволоки Св-08 с фтористокальциевым покрытием, разработанные отделом сварки ЦНИИТМАШ.
В состав покрытия введены элементы, активно вступающие в механическое соединение с углеродом свариваемого металла и образующие устойчивые карбиды, не растворимые в железе.
Сварка электродами ЦЧ-4 может вестись в нижнем и вертикальном положении. Применяется постоянный ток прямой полярности, можно использовать переменный ток.
Режимы сварки следующие:

Читайте также:  Самодельная задняя бабка на токарный станок

Сварку производят небольшими участками длиной 30-60 мм. Для улучшения обрабатываемости рекомендуется на рапсе наплавленный слой накладывать отжигающий валик, не затрагивая при этом основного металла.
При сварке металла больших толщин первые слои по чугуну выполняют электродами ЦЧ-4, а затем заполняют всю разделку кромок электродами УОНИ-13/45 или УОНИ-13/55.
Для уменьшения напряжений наплавленный металл проковывают легкими ударами молотка. Сварку возобновляют после остывания металла до 50-60°. Наплавленный металл может обрабатываться твердосплавным инструментом.
Сварка медно-железными электродами ОЗЧ-1. Эти электроды с фтористо-кальциевым покрытием, содержащим железный порошок, применяют для сварки и наплавки чугуна без подогрева.
Стержень электрода выполнен из меди М-2 и М-3. В отдельных случаях при повышенных требованиях к чистоте поверхности после обработки и плотности сварного соединения электроды ОЗЧ-1 применяют в сочетании с электродами МНЧ-1 (см. ниже), которыми свариваются первые два или один последний слои шва.
Электроды ОЗЧ-1 допускают сварку в нижнем и вертикальном и полупотолочном положении.
Применяется постоянный ток обратной полярности при диаметре электрода: 3 мм – 90-110 A; 4 мм – 120-140 А, 5 мм – 160-190 А.
Сварку ведут предельно короткой дугой, участками по 30-60 мм, проковывая каждый участок сразу же после обрыва дуги и возобновляя сварку после охлаждения наплавки до 50-60 "С. Сварное соединение допускает обработку твердосплавным инструментом.
Сварка медно-никелевыми электродами МНЧ-1. Эти электроды с фтористо-кальциевым покрытием имеют проволоку из сплава НМЖМц (монель-металл) на основе меди.
Применяются для сварки и наплавки чугуна без подогрева, в сочетании с электродами ОЗЧ-1 (для сварки первого, обеспечивающего плотность, и последнего, обрабатываемого, швов). Сварку ведут так же, как и электродами ОЗЧ-1, на тех же режимах, короткими участками с проковкой металла шва. Наплавленный слой хорошо обрабатывается.

Дата добавления: 2018-08-06 ; просмотров: 225 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ

Основным видом аппаратуры сварочного поста, предназначенного для работ на постоянном токе, является сварочный выпрямитель. В отличие от бытовых сварочных инверторов, такие агрегаты позволяют реализовывать значительно боле высокие токи обработки (причём в течение длительного времени), а также питать несколько сварочных постов.

Классификация и маркировка

Все исполнения сварочных выпрямителей подразделяются по следующим параметрам:

  1. По фазности используемого тока: одно- или трёхфазные. Первые отличаются компактностью, но не позволяют сглаживать значительные пульсации напряжения и получать на выходе значительные токи обработки, потому применяются преимущественно для сварочных аппаратов бытового назначения.
  2. По способу управления силой сварочного тока.
  3. По виду вольтамперной характеристики.
  4. По схеме выпрямления тока. Она может быть однофазной (используется в устройствах малой мощности), трёхфазной или шестифазной (последняя применяется в агрегатах повышенной мощности, превышающей 1000 кВА). В свою очередь, трёхфазное выпрямление может быть реализовано по мостовой или кольцевой схемам.
  5. По количеству обслуживаемых постов – однопостовые или многопостовые.

Маркировка сварочных выпрямителей регламентируется требованиями ГОСТ 13821-77 (для однопостовых агрегатов) и ГОСТ 18142-85 (для полупроводниковых агрегатов). Она включает в себя буквы ВД (выпрямитель дуговой), третьей буквой У (универсальный), либо М – многопостовой. Далее следует умноженное на 10 значение силы сварочного тока в амперах, и (необязательно) номер серии. Таким образом, например, универсальный сварочный выпрямитель типа ВДУ-504 рассчитан на получение постоянного тока силой до 500 А.

Читайте также:  Недорогой фрезер для дома

ГОСТ 13821-77 устанавливает следующие соотношения между энергетическими характеристиками сварочного выпрямителя и продолжительностью его непрерывной эксплуатации. В частности, в диапазоне сварочных токов 400…630 А минимальное рабочее напряжение не может быть меньше 24…25 В, и ПВ – более 60%. При токах от 800 А и более минимальное напряжение составляет 26…34 В, а ПВ может достигать 100%.

Устройство и принцип работы сварочного выпрямителя

В состав узлов выпрямителя входят:

  1. Первичная обмотка.
  2. Выпрямительный блок.
  3. Система охлаждения.
  4. Блок регулирующей аппаратуры, включающий в себя стабилизатор по току и автоматические предохранители.
  5. Защитный корпус с тележкой.
  6. Панель управления.

Работа сварочного выпрямителя состоит в следующем. Первичный ток из сети поступает на входную обмотку трансформатора. Если в качестве выпрямляющего устройства используется дроссель насыщения, то в его цепи сначала образуется электромагнитное поле, наводящее соответствующий ток возбуждения. Этот ток стабилизируется, и передаётся через выпрямительный блок на электрододержатель для возбуждения электрической дуги.

В зависимости от назначения могут использоваться и другие схемы выпрямления. Например, при помощи силовых диодов (так реализуется выпрямление тока в ВДУ-504) или при помощи тиристоров. Тиристорный выпрямитель тока позволяет устанавливать значение тока не ступенчато, а плавно, что значительно удобнее.

Поскольку в процессе работы полупроводниковые элементы интенсивно нагреваются, то они конструктивно заключены в обдуваемый корпус. Сам процесс выпрямления может быть организован по различным схемам:

  • Обычным сглаживанием пульсаций тока (для малых мощностей);
  • Мостовой, где сглаживаются пульсации тока во всех трёх фазах, а частота колебаний увеличивается с 60 до 300 Гц;
  • Кольцевой, с двумя вторичными обмотками (при той же частоте выпрямления требует более сложного устройства трансформатора);
  • Шестифазной, с симметричным дросселем, благодаря чему частота пульсаций снижается вдвое (используется для наиболее мощных моделей сварочных выпрямителей).

Функционал узлов выпрямителей зависит от применяемого способа электросварки. Для ручной сварки используется падающая вольтамперная характеристика, которая достигается либо повышением значений сопротивления на обмотках трансформатора, либо инвертированием – использованием принципа обратной связи. Каждая из схем имеет свои ограничения. При повышении сопротивления обязательно применение балластных реостатов. В свою очередь, сварочные инверторы отличаются малыми токами обработки, и не могут действовать с продолжительными значениями ПВ.

Многопостовые сварочные выпрямители. Конструктивно наиболее просты, поскольку для регулировки параметров сварочного тока используются балластные реостаты (возможны и безреостатные исполнения). Подключение отдельных сварочных постов производится при помощи распределительных шин, при этом падение напряжения на наиболее удалённом посту (их может быть до 9) незначительно.

Наиболее популярны модели ВДМ-1202 и ВДМ-1600, реализующие соответственно токи до 1200 А и до 1600 А. Работают от трёхфазной сети, каждый из выводов оснащён собственным управляющим блоком. Максимальная продолжительность включения достигает 85…90%, что позволяет использовать оборудование в условиях непрерывного производственного цикла. Цена агрегата типа ВДМ-1202 – 65000…95000 руб.