Специализированные источники питания для дуговой сварки

МИНОБРНАУКИ РОССИИ ———————————— Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный технический университет» В. Ф. Мухин, Ю. О. Филиппов СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ Учебное текстовое электронное издание локального распространения Омск Издательство ОмГТУ 2016 ———————————————————————————————— © ОмГТУ, 2016 Сведения об издании: 1, 2 ISBN 978-5-8149-2308-0 1 УДК 621.791.754.037 (075) ББК 34.641 я73 М92 Рецензенты: С. В. Савельев, д-р техн. наук, профессор кафедры «Эксплуатация и сервис транспортно-технологических машин и комплексов в строительстве» ФГБОУ ВО «СибАДИ»; Д. А. Шкапов, заместитель генерального директора ЗАО «Омский завод инновационных технологий» Мухин, В. Ф. М92 Специализированные источники питания для дуговой сварки : учеб. пособие / В. Ф. Мухин, Ю. О. Филиппов ; Минобрнауки России, ОмГТУ. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2016. ISBN 978-5-8149-2308-0 Рассмотрены особенности работы силовых цепей специализированных источников питания. Приведены сведения о серийных источниках питания для сварки неплавящимся и плавящимся электродами в среде защитных газов с использованием импульсных технологических процессов. Даны технические характеристики некоторых инверторных источников питания. Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 15.03.01 и 15.04.01 «Машиностроение», специальности 15.05.01 «Проектирование технологических машин и комплексов», а также может быть полезно для инженеров и специалистов, занятых в области сварочного производства. УДК 621.791.754.037 (075) ББК 34.641 я73 Рекомендовано редакционно-издательским советом Омского государственного технического университета © ОмГТУ, 2016 ISBN 978-5-8149-2308-0 2 1 электронный оптический диск Оригинал-макет издания выполнен в Microsoft Office Word 2007 с использованием возможностей Adobe Acrobat X. Минимальные системные требования: • процессор Intel Pentium 1,3 ГГц и выше; • оперативная память 256 Мб; • свободное место на жестком диске 260 Мб; • операционная система Microsoft Windows XP/Vista/7; • разрешение экрана 1024×576 и выше; • акустическая система не требуется; • дополнительные программные средства Adobe Acrobat Reader 5.0 и выше. Редактор Т. А. Москвитина Компьютерная верстка Ю. П. Шелехиной Сводный темплан 2016 г. Подписано к использованию 28.09.16. Объем 10,4 Мб. ————————————————— Издательство ОмГТУ. 644050, г. Омск, пр. Мира, 11; т. 23-02-12 Эл. почта: [email protected] 3 ВВЕДЕНИЕ Наиболее распространенными способами дуговой сварки в настоящее время являются ручная дуговая сварка покрытыми электродами, сварка под слоем флюса и сварка в среде защитного газа плавящимся электродом. Последний способ появился несколько позже, но быстро получил широкое распространение для сварки металлоконструкций из малоуглеродистых, низколегированных и нержавеющих сталей с толщинами свыше нескольких миллиметров. Для этих способов были созданы источники питания сварочной дуги относительно простой конструкции, которые удовлетворяли требованиям производства. Дальнейшая разработка таких источников питания по мере совершенствования элементной базы направлена в основном на улучшение их технико-экономических показателей, удешевление производства, простоту обслуживания и ремонта, удобство эксплуатации. Наряду со сваркой стальных конструкций приблизительно с 50-х годов 20 века в отечественной промышленности стал интенсивно увеличиваться объем металлоконструкций из цветных металлов, специальных сталей и сплавов. В основном это были конструкции военного назначения, авиации, ракетостроения, представляющие собой тонкостенные оболочки, обечайки, трубы и т. п. Попытки изготавливать сварные конструкции из этих материалов с помощью ручной дуговой сварки электродами со специальными покрытиями показали неэффективность такого способа как по производительности, так и по качеству сварных соединений. Сварка же под слоем специального флюса могла применяться только для толстостенных конструкций. Таким образом, возникла необходимость в новых способах сварки. Так, широко распространились сварка неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона, плазменная сварка и их разновидности, а позднее более сложные эффективные технологии сварки покрытыми электродами и в среде защитных газов для изготовления тонкостенных конструкций и сварки в различных пространственных положениях. С появлением новых способов и технологий сварки возникла потребность в источниках питания для них, так как существующие либо не подходили, либо имели ограниченную пригодность. Отсутствие необходимых 4 дополнительных устройств в источниках питания усложняло работу сварщика и снижало качество сварного соединения. Так, для сварки в среде аргона вольфрамовым электродом на постоянном токе специальных сталей и сплавов в принципе можно использовать источник питания, предназначенный для сварки покрытыми электродами, что и делалось еще в 60-х годах. Однако для получения качественного соединения требовалась высокая квалификация сварщика при возбуждении дуги и заварки кратера. Исходя из этого, практически уже в 70-х годах повсеместно использовались лишь источники, предназначенные только для данного способа сварки. Для сварки алюминиевых сплавов понадобились еще более сложные источники, имеющие дополнительные блоки, необходимые только для этого способа. Производство сварных конструкций из цветных металлов, специальных сталей и их сплавов первоначально предназначалось исключительно для оборонной промышленности и было лучше организовано, использовало более сложное оборудование, чем производства для выпуска товаров народного потребления. В связи с этим в обиходе и технической документации оно получило название «специального», а отсюда этот термин распространился и на применяемое в нем оборудование. Можно сказать, что термины «общепромышленные» и «специализированные» источники достаточно условны, так как больше связаны с историей развития отечественного производства, а не с их конструкцией. Современные «общепромышленные» источники имеют не менее сложные схемы управления, часто являются универсальными, в то же время «специализированные» источники позволяют использовать их для сварки покрытыми электродами или в среде защитных газов в области обычных режимов. Тем не менее, принимая устоявшуюся терминологию, в настоящем учебном пособии рассмотрены некоторые источники питания, предназначенные для сварки цветных металлов, специальных сталей и сплавов и сварки по наиболее эффективным технологиям сталей с обычными свойствами. Эти источники наиболее широко используются на предприятиях региона. Кроме этого, в пособии приводятся сведения о некоторых перспективных разработках иностранных и отечественных фирм и организаций. В пособие не рассматриваются источники питания для плазменной сварки, так как эти вопросы согласно учебному плану излагаются в отдельной дисциплине. 5 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ 1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ Согласно принятому определению, к специализированным источникам питания относятся источники для сварки неплавящимся вольфрамовым электродом постоянного и переменного тока в среде аргона, а также источники или дополнительное оборудование к ним (приставки) для сварки плавящимся электродом в среде защитных газов и для некоторых случаев ручной сварки покрытыми электродами. Особенностью конструкций таких источников являются их более сложные электрические схемы управления, связанные с наличием обратных связей по параметрам дуги, с преобразованием стационарной дуги в пульсирующую, импульсную, импульсную с модуляцией или с изменением во времени сварочного тока в зависимости от стадии процесса образования или переноса капли электродного металла в шов. Исходя из вышесказанного, к специализированным следует отнести и источники питания с двойным преобразованием энергии, т. е. инверторные. Современные специализированные источники питания независимо от преобразования энергии обладают чаще всего универсальностью. Так, источники для сварки неплавящимся электродом (СНЭ) могут питать дугу как переменным, так и постоянным током, а если род тока неизменный, то чаще всего кроме стационарного есть и импульсный режим. Реже все эти возможности обеспечиваются в одном источнике. Для сварки плавящимся электродом (СПЭ) специализированные источники питания рассчитаны, как правило, на использование их как при сварке в среде защитных газов, так и при ручной покрытыми электродами, т. е. форма внешней характеристики источника может регулироваться. Для повышения качества сварных соединений неповоротных стыков магистральных трубопроводов в 70-х годах были разработаны специальные приставки и источники для сварки пульсирующей дугой и модулированным током как для ручной, так и для механизированной сварки в среде защитного газа. Для последнего способа примерно с этого же времени выпускались генераторы импульсов для импульсно-дуговой сварки, работа6 ющие совместно с серийными выпрямителями, а также автономные источники, предназначенные для этого вида сварки. Значительное повышение стабильности параметров сварочной дуги и управляемости процесса сварки дает двойное преобразование энергии. Так как инвертор для целей сварки в зависимости от конструкции работает в диапазоне от 5–7 до 20 кГц и выше, то появилась возможность реагировать в процессе сварки на возмущения с быстродействием, соизмеримым с гидродинамическими процессами, протекающими при плавлении и переносе капли электродного металла. Таким образом, существенно улучшились показатели по разбрызгиванию при сварке плавящимся электродом в среде СО2 путем кратковременного выключения тока при коротком замыкании и изменении его по оптимальному закону во время горения дуги (технология STT и др.). На основе инверторных источников построены эффективные синергетические системы, обеспечивающие с помощью микропроцессора совместное управление источником и сварочным оборудованием. Разработаны эти системы с использованием аналоговых и цифровых микропроцессорных устройств. Следует иметь в виду, что длительное время при конструировании сварочных источников питания часто принимались решения, направленные только на получение требуемых технологических характеристик процесса сварки с учетом возможностей электронных и электротехнических компонентов. В то же время их технико-экономические показатели как энергопотребляемого оборудования считались второстепенными. В связи с этим долгое время сварочные источники питания, как правило, обладали низкими коэффициентами мощности и полезного действия. С появлением инверторных источников питания ситуация существенно изменилась, так как применение современных электронных приборов при меньших в 3–5 раз весогабаритных показателях обеспечивает коэффициент мощности, близкий к единице, к.п.д. – не менее 0,8. При этом технологические характеристики могут быть значительно повышены за счет высокого быстродействия управляющих устройств. К недостаткам инверторных источников питания относят высокую стоимость, сложность схем управления и в некоторых случаях эксплуатации низкую надежность. 7 В настоящее время в отечественной промышленности наиболее распространены и продолжают выпускаться основными заводами электросварочного оборудования источники питания как без преобразования (трансформаторы) или с одним преобразованием энергии (выпрямители), так и инверторные. Рис. 1.1. Классификация специализированных источников питания для дуговой сварки Не рассматривая, как было сказано ранее, источники питания для плазменной сварки, выделенные в отдельную группу и не включенные в настоящее пособие, классификацию специализированных источников питания для дуговой сварки можно представить диаграммой (рис. 1.1). В диаграмме представлены лишь те разновидности источников питания и дополнительных устройств, которые выпускались серийно на заводах электросварочного оборудования на территории СССР, эксплуатируются в настоящее время и продолжают выпускаться в Российской Федерации, а также наиболее известные разработки зарубежных фирм, эксплуатируемые на территории региона. 8 1.2. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ СИЛОВЫХ ЦЕПЕЙ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ БЕЗ ЧАСТОТНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ Силовые схемы специализированных автономных источников, не содержащих в своем составе инвертор, показаны на рис. 1.2. Для сварки неплавящимся электродом в аргоне сталей и специальных сплавов в импульсном режиме и стационарной дугой, а также для сварки плавящимся электродом, модулированным током, применяется схема трехфазного управляемого выпрямителя (рис. 1.2, а). Форма внешней характеристики и режимы сварки в схеме обеспечиваются изменением угла управления тиристорами. б а в г д Рис. 1.2. Основные силовые схемы специализированных источников питания без частотного преобразования энергии В выпрямителе с трехфазной мостовой схемой выпрямления при α = 0° каждый тиристор проводит ток в течение 120º, а в паре с другим тиристором – 60º (рис. 1.3). При α > 60º в отсутствие дросселя появляются токовые паузы. Для того чтобы тиристоры продолжали работать попарно при углах больше 60º (в отсутствие тока через тиристор он запирается), управляющие 9 импульсы должны подаваться парами с интервалом между ними 60º и с периодом 360º (рис. 1.4). Рис. 1.3. Диаграмма работы схемы трехфазного управляемого выпрямителя Дроссель в этом источнике выполняет роль сглаживающего фильтра и имеет относительно небольшие размеры. В зависимости от величины α, определяемой значениями индуктивного и активного сопротивлений сварочной цепи, регулировочная характеристика реального источника будет занимать промежуточное положение между кривыми с τ = 0 и τ → ∞ (рис. 1.5). 10 Рис. 1.4. Временная диаграмма подачи пары управляющих импульсов на тиристор Рис. 1.5. Регулировочная характеристика трехфазного управляемого выпрямителя Если в выпрямителе имеется дополнительный источник начальной дуги, то угол управления не ограничивают, и обратная связь может обеспечивать почти постоянное значение среднего тока в диапазоне от I до Iкз. С помощью обратной связи в источниках поддерживается заданный ток с точностью до 2... 5 %. Схема однофазного выпрямителя (рис. 1.2, б) применяется в универсальных источниках, работающих как на переменном, так и на постоянном токах. В некоторых источниках используются в схеме моста два тиристора и два диода, в других источниках два тиристора работают в диодном режиме. Внешняя характеристика источника формируется либо тиристорами, либо в сварочном трансформаторе. Схему на рис. 1.2, в используют для сварки алюминиевых сплавов на переменном токе с компенсацией постоянной составляющей путем изменения угла управления тиристора VS. 11 Широко распространена была для тех же целей в отечественных и зарубежных источниках питания схема, показанная на рис. 1.2, г, представляющая собой управляемый однофазный выпрямитель, нагруженный сварочной дугой на стороне переменного тока. На стороне постоянного тока включен дроссель L относительно большой индуктивности. Характерным внешним признаком этой силовой схемы являются габаритные размеры и масса дросселя L, превышающие размеры и массу сварочного трансформатора Т. Несмотря на худшие массогабаритные показатели, такая схема обеспечивает высокую стабильность горения сварочной дуги, так как сварочный ток имеет практически прямоугольную форму. Переключение нагрузки из цепи переменного тока в цепь постоянного последовательно с дросселем L осуществляет переход к схеме рис. 1.2, б и сварку на постоянном токе. В схеме однофазного управляемого выпрямителя (рис. 1.6, в) при подключении в качестве нагрузки постоянного тока чисто активного сопротивления R1 напряжение и ток имеют одинаковую форму и перерывы во времени, соответствующие углу управления (рис. 1.6, а). Если вместо R1 подключить индуктивное сопротивление бесконечной величины XL (постоянная времени цепи τ = L/R), то ток через XL будет постоянной величиной, представляющей собой непрерывную прямую линию из-за действия ЭДС самоиндукции, препятствующей изменению тока. Напряжение выхода U при этом будет иметь отрицательную составляющую во время, соответствующее углу управления (рис. 1.6, a). В реальных цепях индуктивное сопротивление конечно и поэтому ток через него имеет пульсирующую форму. С увеличением индуктивного сопротивления от XL1 до ХL2 степень пульсаций снижается (рис. 1.6, б). Так как после подачи управляющих импульсов Uу работает одна из пар тиристоров VS1 и VS2 или VS2 и VSЗ (рис. 1.6, в), то при спаде напряжения U2 разряд энергии, накопленной в дросселе ХL, происходит через вторичную обмотку трансформатора и сопротивление R2, удерживая ток от быстрого снижения и препятствуя запиранию проводящей пары тиристоров. ЭДС самоиндукции при этом препятствует действию U2. После появления следующего управляющего импульса открываются другие два тиристора, об12 разуется цепь, закорачивающая ХL, происходит быстрый разряд энергии, накопленной в индуктивности, ток через первоначально включенные тиристоры прекращается, они запираются и начинает действовать напряжение вторичной обмотки U2, имеющее другую полярность. Таким образом, ток в R2 резко меняет направление, приближаясь к прямоугольной форме. а в б Рис. 1.6. Диаграмма работы схемы однофазного сварочного источника питания 13 Высокая скорость изменения тока при смене полярности способствует повышению стабильности горения сварочной дуги, поэтому вышеописанную схему используют в специализированных источниках для сварки алюминиевых сплавов. Сварочную дугу включают вместо R2 (рис. 1.6, в), а в качестве нагрузки выпрямителя подключают дроссель. Величина индуктивности дросселя выбирается таким образом, чтобы при максимальном угле управления токовые паузы на стороне постоянного тока отсутствовали, а минимальный ток в схеме был бы достаточен для горения дуги. При выполнении этих условий размеры дросселя превосходят размеры сварочного трансформатора, что является характерным внешним признаком такого источника. Регулировочная характеристика данного однофазного выпрямителя показана на рис. 1.7. Рис. 1.7. Регулировочная характеристика однофазного выпрямителя При чисто активной нагрузке на стороне постоянного тока (τ = 0) среднее напряжение Ud обращается в нуль при α = 180°, а ток имеет паузы во всем диапазоне регулирования. При чисто индуктивной нагрузке бесконечной величины (τ → ∞) Ud = 0 при α = 90°, а ток в этом диапазоне непрерывен. При реальных значениях τ максимальный угол управления может быть больше 90°, но при значениях α = αкр > 60° ток становится прерывистым. Величина αкр зависит от τ реальной схемы. Исходя из этого, ограничивают величину угла управления тиристорами. 14 При действии обратной связи по току в однофазном источнике изменение угла управления происходит только в следующем полупериоде выпрямленного тока в соответствии с изменением его средней величины за предыдущий полупериод. Исходя из этого, а также учитывая вышеизложенные требования непрерывности тока, крутизна внешней характеристики в однофазном выпрямителе меньше, чем в трехфазном, т. е. Iкз > I. Так как для ручной дуговой сварки покрытыми электродами рекомендуется соотношение тока короткого замыкания и рабочего тока как Iкз= 1,2...1,7 I, то некоторые однофазные специализированные источники могут быть использованы и для этого вида сварки. При этом сварочная дуга может быть включена как на стороне переменного, так и на стороне постоянного тока последовательно с XL. По схеме рис. 1.2, д работают сварочные генераторы со специальными приставками, с помощью которых в цепь возбуждения вставляют управляемый специальной схемой тиристор VS. Кратковременное прерывание тока возбуждения генератора тиристором обеспечивает пульсирующий ток в сварочной дуге, что положительно сказывается на формировании сварного шва при сварке в различных пространственных положениях и дает возможность управлять процессом кристаллизации металла шва при сварке. Приставки для других разновидностей сварки (см. рис. 1.1) представляют собой коммутаторы различных конструкций с использованием тиристоров. 1.3. СХЕМЫ СИЛОВЫХ ЦЕПЕЙ ИНВЕРТОРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ Инверторные источники питания обладают рядом преимуществ, которые дают основание предполагать их наибольшее использование в будущем сварочном производстве. К таким преимуществам относятся в 4–6 раз меньшая относительная масса (2–4 кг/кВ⋅А) в сравнении с обычными сварочными выпрямителями (12–14 кг/кВ⋅А), высокие к.п.д. и коэффициент мощности, постоянство выходной мощности, экономия дефицитных материалов (меди, трансформаторной стали). Инвертором называют устройство, преобразующее постоянный ток в переменный, а для целей сварки – в переменный ток повышенной частоты, 15 так как чем выше частота, тем устойчивее дуга и стабильнее процесс образования сварного соединения. Инверторный источник питания для сварки (рис. 1.8) содержит входной выпрямитель VD1, звено высокой частоты (инвертор), в выходную цепь которого включена первичная обмотка сварочного трансформатора T. Далее следуют модуль вторичного выпрямления VD2 и фильтр L, сглаживающий пульсации тока. Рис. 1.8. Блок-схема инверторного источника питания Блок обратной связи (БОС) перед вторичным выпрямителем VD2 обеспечивает постоянство выходного напряжения, а на выходе его – формирование требуемой внешней характеристики. Из формулы трансформатора U1 = 2π fW1SB , где U1 – напряжение обмотки; f – частота сети; W1 – число витков обмотки; S – сечение сердечника; В – магнитная индукция, следует, что S= U1 . 2π fW1 B Таким образом, сечение сердечника обратно пропорционально частоте переменного напряжения и величине магнитной индукции. Увеличение частоты дает существенный выигрыш в массе и габаритах сварочного трансформатора и всего источника питания. Регулирование величины тока 16 и формирование внешней характеристики в инверторах для сварки осуществляются, как правило, изменением частоты. Первоначально создание мощных инверторов стало возможным после появления управляемых диодов – тиристоров. Так как тиристор является полууправляемым прибором, то основной задачей, решаемой при конструировании инверторного источника с тиристорами, является запирание тиристора в нужный момент времени (так называемая искусственная коммутация). Для выключения тиристора необходимо каким-либо образом прекратить ток через него для восстановления запирающих свойств полупроводникового перехода. Обычно это делается с помощью конденсаторов. Наибольшее распространение получила схема последовательного симметричного полумостового инвертора (рис. 1.9). При наличии постоянного напряжения Е после включения тиристора VS1 в цепи нагрузки ZН проходит ток заряда конденсатора С2, включенного последовательно по отношению к тиристору. По окончании заряда ток через тиристор прекратится, и он будет заперт. После этого включают тиристор VS2 и аналогично происходит заряд конденсатора С1, но зарядный ток через ZН теперь идет в противоположном направлении. Рис. 1.9. Схема полумостового симметричного последовательного инвертора Период переменного тока будет определяться емкостью конденсатора, т. е. тем, как быстро зарядный ток станет равным нулю. Чтобы увеличить частоту переключения и тем самым уменьшить период переменного 17 тока, необходимо снизить время обращения тока в нуль (время включения тиристора), что достигается настройкой схемы в резонанс. Резонанс в цепях, содержащих последовательно выключенные R, L и C, достигается при условии R < 2 L / C. При этом изменение тока в цепи и напряжение на конденсаторе будут иметь вид затухающих колебаний (рис. 1.10). Рис. 1.10. Изменение тока и напряжения на конденсаторе при резонансе Если в схеме используются тиристоры, то процесс прекратится при первом же обращении тока в нуль, то есть через время tB. Таким образом, время включения тиристора можно существенно снизить и увеличить частоту переменного тока. Для надежной работы инвертора необходимо, чтобы энергия в конденсаторах и нагрузке, представляющей собой индуктивное сопротивление (ZН – первичная обмотка сварочного трансформатора) перед включением следующего тиристора, была израсходована. Для этих целей встречно-параллельно каждому тиристору включают диод обратного тока. В этом случае после выключения тиристора конденсатор и накопленная в нагрузке энергия разряжаются через соответствующий диод и цепь источника Е. После этого с некоторой выдержкой производится 18 включение следующего тиристора. По такой схеме работают многие инверторные источники питания. Функциональная и принципиальная схемы такого источника показаны на рис. 1.11. а б Рис. 1.11. Схемы функциональная (а) и принципиальная (б) силовой части инверторного источника с тиристорами Напряжение сети через входной выпрямитель 1 и фильтр 2 подается на высокочастотный инвертор 3. Сварочный трансформатор 4 включается между инвертором и выходным неуправляемым выпрямителем 5, питающим через фильтр 6 сварочную дугу. Режим работы источника регулируется системой управления 8–14. Задающий генератор 12 запускается в момент отключения тока через ранее включенный тиристор. Этот момент контролируется датчиками 13 и 14, которые защищают инвертор от «опрокидывания» – одновременного включения тиристоров и появления сквозного тока. Датчик тока 8 и напряжения 9 нагрузки, схема измерения 19 сопротивления нагрузки и компаратор 11 обеспечивают режим работы и требуемые внешние характеристики источника. Включение очередного тиристора производится с выдержкой времени, определяемой процессами восстановления полупроводникового перехода тиристора и разрядом накопленной энергии. Без такой выдержки с увеличением частоты возможно появление сквозного тока при наложении времени открытия тиристора VS7 и VS8. Эта выдержка времени ограничивает максимальную частоту работы инвертора. Источник с вышеописанной схемой обеспечивает частоту до 10 кГц (обычно 5... 7 кГц), рис. 1.12, а. В источниках НПО «Технотрон» (г. Чебоксары) типа ДС замена диодов обратного тока на тиристоры позволила увеличить частоту до 15 кГц (рис. 1.12, б), так как из-за переноса времени выдержки t наложение тока через VS3и VS2 не создает опасности опрокидывания инвертора и обеспечивает самоотключение инвертора при срыве частоты. Появление мощных полностью управляемых элементов – полевых транзисторов (MOSFET) и биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) позволило перейти к зазвуковым частотам (свыше 20 кГц) и еще большей управляемости как инвертором, так и технологическими процессами сварки. а б Рис. 1.12. Осциллограммы токов в источнике с диодами обратного тока (а) и в источнике ДС при замене диодов тиристорами (б) В сварочных транзисторных инверторных источниках питания применяют однотактные и двухтактные схемы инверторов. Схема наиболее распространенного однотактного инвертора показана на рис.1.13. 20 Работа инвертора заключается в следующем. Транзисторы схемы отпираются одновременно на время t1 и по первичной обмотке трансформатора проходит ток i1. После выключения транзисторов запасенная в индуктивности первичной обмотки энергия возвращается в устройство питания через диоды VD1 и VD2, устраняя таким образом перенапряжения на транзисторах в момент их выключения и обеспечивая плавный спад тока за время t2 (рис.1.13, в). Во вторичной обмотке трансформатора образуется импульс тока, который через диод VD3 подается в нагрузку. После прохождения импульса ток в нагрузке поддерживается за счет ЭДС самоиндукции дросселя L, протекая через диод обратного тока VD4. Таким образом получается сглаженное напряжение на выходе выпрямителя UН, (рис.1.13, в). Исходя из вышеизложенного, ток в первичной обмотке является не переменным, а постоянным импульсным. Регулирование времени открытия транзисторов или изменение частоты их включения обеспечивает изменение напряжения в нагрузке. а б в Рис. 1.13. Схема однотактного инвертора с прямым включением диода (а); процесс перемагничивания сердечника трансформатора (б); изменение тока в первичной обмотке и напряжения в нагрузке (в) Достоинствами данной схемы являются простота при сравнительно большой мощности и отсутствие опасности прохождения сквозного тока (транзисторы работают одновременно), недостатком – сравнительно большие размеры магнитопровода, так как магнитный поток в сердечнике 21 не меняет своего направления. Когда транзисторы открыты, то сердечник намагничивается в прямом направлении (участок а–б, рис. 1.13, б). Когда транзисторы заперты, то ток протекает через диоды VD1 и VD2, размагничивая сердечник в обратном направлении (участок б–а, рис. 1.13, б). Изменение индукции ∆B значительно меньше, чем в двухтактных инверторах. Исходя из этого, для предотвращения насыщения сердечника приходится увеличивать его сечение и соответственно размеры обмоток. Некоторое увеличение ∆B обеспечивают с помощью введения немагнитного зазора в сердечнике. В этом случае при перемагничивании индукция может достигать величины B1 , которая определяется тангенсом угла Θ (рис. 1.13, б). В свою очередь тангенс угла зависит от параметров магнитопровода и длины немагнитного зазора. Схему однотактного инвертора применяют для сварочных источников небольшой мощности (до 300 А), а для более мощных источников применяют сдвоенные схемы (два однотактных модуля), работающие параллельно на общий трансформатор или на дроссель сварочной цепи. Для более мощных выпрямителей используют схемы двухтактных инвер- торов. Отличием схемы двухтактного инвертора от однотактного является то, что в двухтактном инверторе происходит полное перемагничивание сердечника трансформатора. В схеме рис. 1.14, а при открытии транзистора VT1 подключается обмотка W1.1 трансформатора и в обмотке W2.1 возникает напряжение прямоугольной формы, которое через диод VD3 и дроссель L поступает в нагрузку. Транзистор VT2 в этом полупериоде закрыт и к нему приложено напряжение являющееся суммой напряжения питания и ЭДС первичной обмотки. Эта сумма может достигать 2,4 U0. В следующем полупериоде открывается другой транзистор и ток через VT2 перемагничивает сердечник трансформатора. Теперь ток из вторичной обмотки W2.2 через диод VD4 и дроссель L поступает в нагрузку. Таким образом передача энергии происходит в каждом полупериоде. Обратные диоды VD1 и VD2 защищают транзисторы от бросков отрицательного напряжения, самоиндукции при закрывании какого-либо транзистора. Ток коллектора, открытого в режиме насыщения транзистора, соответствует 22 сумме тока нагрузки, приведенного к первичной обмотке, и тока намагничивания Iµ (рис. 1.14, г). Так как в двухтактной схеме передача энергии происходит в каждом полупериоде, то выходное напряжение в два раза выше, чем в однотактной. Для уменьшения напряжения на транзисторах используют полумостовые и мостовые схемы (рис. 1.14, б, в). а б в г Рис. 1.14. Схемы двухтактных инверторов: со средней точкой трансформатора (а); полумостовая (б); мостовая и циклограмма тока (в); ток в первичной обмотке трансформатора (г); Iµ – ток намагничивания обмотки в отсутствие нагрузки (ток холостого хода) В полумостовой схеме (рис. 1.14, б) первичная обмотка трансформатора одним концом подключается к средней точке емкостного делителя на конденсаторах C1 и C2. Другой конец обмотки подключен к средней точки транзисторов, которые соединены последовательно. При поочередной работе транзисторов к первичной обмотке прикладывается половина напряжения питания с разной полярностью. Таким образом для режима 23 непрерывного тока дросселя L напряжение нагрузки в два раза ниже, чем в предыдущей схеме (рис. 1.14, а). Преимуществом полумостовой схемы является в два раза меньшее допустимое напряжение транзисторов. Кроме того, в этой схеме проще обеспечить защиту инвертора от сквозных токов. Мостовая схема (рис. 1.14, в) отличается от предыдущей тем, что вместо конденсаторов включены еще два транзистора. В каждом полупериоде включаются попарно два транзистора VT3–VT2 или VT1–VT4, обеспечивая переменный ток в первичной обмотке трансформатора (рис. 1.14, г). Мостовая схема обеспечивает в два раза большую мощность, чем полумостовая при одинаковых трансформаторах, так как амплитуда переменного напряжения в первичной обмотке в два раза выше. Достоинством двухтактных инверторов являются меньшие размеры трансформатора, так как при его работе происходит полное перемагничивание сердечника, а также возможность использовать менее мощные транзисторы. Недостатком является опасность появления сквозного тока, что требует усложнения схемы управления для обеспечения гарантированных пауз на запирание транзисторов. Также существует опасность несимметричного перемагничивания сердечника во время сварки. Это требует тщательной проработки конструкции трансформатора. В вышеописанных двухтактных инверторах ток во вторичном контуре после выпрямления имеет прямоугольную или трапецеидальную форму. Ряд преимуществ имеют инверторы с синусоидальной формой тока. В этом случае ниже скорости нарастания тока и напряжения при коммутации, следовательно, выше надежность схемы, меньше потери при передаче энергии. Для получения синусоидальной формы тока применяют резонансную схему инвертора (рис. 1.15). Включение дополнительных конденсатора и дросселя вызывает резонанс и придает току синусоидальную форму. После включения транзисторов VT1 и VT3 ток постепенно нарастает через дроссель L, заряжая конденсатор С. Направление тока показано на рис. 1.15 сплошной линией. По мере заряда конденсатора ток снижается и с момента t2 меняет направление, так как разряжается накопленная в дросселе и конденсаторе энергия через диоды VD2 и VD3 (пунктирная линия, рис. 1.15). 24 Рис. 1.15. Схема резонансного двухтактного мостового инвертора В следующем полупериоде процесс повторяется при работе транзисторов VT1, VT4 и диодов VD1, VD4. Напряжение в нагрузке имеет форму, близкую к синусоидальной. Недостатком резонансного инвертора является менее эффективное использование полупроводниковых элементов. Все вышеописанные схемы реализуются в современных источниках питания для дуговой сварки. Управление работой инвертора производится при помощи цифровых устройств. 25 2. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ДЛЯ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ 2.1. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ СХЕМ СИЛОВЫХ ЦЕПЕЙ ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ Для сварки неплавящимся вольфрамовым электродом в инертных газах (TIG) источник питания должен иметь крутопадающую внешнюю характеристику. В связи с тем, что саморегулирование при сварке неплавящимся электродом отсутствует, в специализированном источнике, предназначенном для сварки только неплавящимся электродом, ток короткого замыкания должен мало отличаться от рабочего тока. Чем больше крутизна внешней характеристики, тем меньше изменения длины дуги влияют на величину сварочного тока и качество сварного соединения (рис. 2.1). Рис. 2.1. Внешние характеристики источников питания и вольт-амперные характеристики сварочной дуги при ее различной длине l: 1 – штыковая характеристика ∆I≈0; 2 – крутопадающая специализированного однофазного источника ∆I1≠0; 3 – крутопадающая источника для ручной дуговой сварки ∆I2>∆I1 Наиболее часто внешняя характеристика формируется с помощью управляемого тиристорного выпрямителя или трансформатора с магнитным шунтом. 26 Источник постоянного тока (рис. 2.2) рекомендуется для сварки изделий из коррозионно-стойких и жаропрочных сталей, цветных (за исключением алюминиевых) сплавов открытой дугой в непрерывном и импульсном режимах. Сварка выполняется, как правило, дугой прямой полярности. При этом большая часть тепла дуги идёт в свариваемое изделие, что позволяет увеличить токовую нагрузку на электрод и повысить производительность процесса сварки. Рис. 2.2. Блок-схема источника постоянного тока В источниках постоянного тока начальное зажигание дуги обычно выполняют бесконтактным способом с помощью высоковольтного высокочастотного генератора-осциллятора или возбудителя, поскольку при контактном способе зажигания возможны недопустимые дефекты шва – металлические включения вольфрама, а также повышенный расход электрода. Зажигание дуги коротким замыканием допустимо, если источник обеспечивает установку тока короткого замыкания ниже сварочного. Основной источник защищают от высокого напряжения высокочастотного генератора с помощью фильтра высоких частот. Внешняя характеристика такого источника имеет штыковую форму и складывается из характеристики малоамперного высоковольтного (около 100 В и более) дополнительного источника и характеристики управляемого выпрямителя. При этом управление осуществляется воздействием либо на тиристорный 27 выпрямительный блок, либо на обмотку управления трансформатора. Падение характеристики с заданного значения тока обеспечивается с помощью отрицательной обратной связи по току. Действие обратной связи заключается в увеличении угла управления тиристорами α при увеличении среднего тока дуги и, таким образом, в удержании его заданного значения независимо от изменения величины сопротивления нагрузки (длины дуги). Крутизна такой характеристики в рабочей части около 20 В/А (см. рис. 2.1, кривая 1). Заварка кратера обеспечивается благодаря плавному снижению тока с помощью специального устройства, которое также используется для плавного нарастания тока в начале сварки, что защищает электрод от разрушения. Поэтому регулирование тока в таком источнике должно быть плавным с очень высокой дискретностью. Внешние характеристики источников, не содержащих в своем составе дополнительного устройства питания и, таким образом, имеющих ограничения по углу управления тиристорами (см. рис. 1.2, б, г), имеют крутизну около 4 В/А (см. рис. 2.1, кривая 2). При формировании внешней характеристики в сварочном трансформаторе (см. рис. 1.2, в) крутизна ее менее 4 В/А, но, как правило, больше, чем в источниках для ручной дуговой сварки покрытыми электродами (рис. 2.1, кривая 3). При отсутствии дополнительного источника малоамперной дуги напряжение холостого хода в специализированных источниках обычно около 70...80 В. При формировании внешней характеристики источника в сварочном трансформаторе применяют магнитные шунты. Конструкция трансформатора (рис. 2.3) представляет собой два замкнутых магнитопровод (3 и 6) , меньший из которых вставлен в другой (главный) и является магнитным шунтом. Между стержнями большого магнитопровода и шунтом имеются нерегулируемые воздушные зазоры. Катушки обмоток трансформатора расположены симметрично на обоих стержнях главного магнитопровода и соединены параллельно. Вторичная обмотка разделена на три части и частично разнесена. Основные вторичные обмотки (4 и 5)и дополнительная (1) находятся по разные стороны магнитного шунта. Первичная обмотка расположена рядом с дополнительной. 28 Рис. 2.3. Конструкция и принципиальная электрическая схема сварочного трансформатора с магнитным шунтом: 1 – вторичная дополнительная обмотка W2д; 2 – первичная обмотка W1; 3 – главный магнитопровод; 4 и 5 – основные вторичные обмотки W2; 6 – магнитопровод шунта; 7 – катушки обмотки управления Катушки 7 обмотки управления WУ включены встречно-последовательно относительно ЭДС основной частоты, наводимой в них потоком шунта Фш. Постоянный магнитный поток ФУ, создаваемый обмотками управления, замыкается по шунту и направлен встречно Фш. Трансформатор имеет две ступени регулирования малых и больших токов. Подключение нагрузки к клеммам 2–3 обеспечивает режим малых токов, а к клеммам 1–2 – больших. В последнем случае вместо обмотки 5 подключается обмотка 1 с таким же количеством витков, но размещенная рядом с первичной обмоткой и расположенная по отношению к основной по другую сторону шунта. Такая конструкция трансформатора позволяет сделать его наиболее компактным и экономичным. Минимальный ток трансформатора будет при отсутствии ФУ, т. е. при отсутствии тока в об29 мотках управления. Питание обмотки управления осуществляется обычно через управляемый тиристорный выпрямитель. Уровень тока управления порядка нескольких ампер. В установках малой мощности обмотка управления может отсутствовать, а на магнитопроводе шунта располагают слаботочные обмотки дополнительного источника. Импульсный источник для сварки пульсирующей дугой рекомендуют для соединений малой толщины. Внешние характеристики таких источников имеют меньшую крутизну, чем в управляемом тиристорном выпрямителе. Форма тока в импульсных источниках показана на рис. 2.4. а б в Рис. 2.4. Осциллограммы источника для сварки пульсирующей дугой: а – на постоянном токе; б – пульсирующей дугой; в – на переменном токе В таком источнике управление током осуществляется с помощью маломощного генератора импульсов – полупроводникового мультивибратора. Время импульса tи и паузы tп должны настраиваться плавно и незави30 симо друг от друга в интервале 0,04–1 с. Ток импульса и паузы также должны настраиваться плавно и независимо. Глубина модуляции, т. е. отношение Iи/Iп должно изменяться от 1 до 10. Иногда на низкую частоту 1–25 Гц накладываются импульсы более высокой частоты до 1 кГц, что способствует измельчению структуры шва. Такой технологический прием называется двойной модуляцией Источники питания переменного тока (см. рис. 1.2, в) используют при сварке алюминиевых сплавов. На него распространяются все требования, описанные для источника постоянного тока. Однако существуют и дополнения, связанные с особенностями дуги переменного тока: необходимо учитывать различие физических свойств тугоплавкого вольфрамового электрода и легкоплавного алюминия. При сварке алюминиевых сплавов в полупериоде прямой полярности, когда катодом является вольфрамовый электрод, обеспечивается значительный ток прямой полярности Iпр и интенсивное плавление основного металла. Напряжение зажигания дуги почти равно напряжению дуги прямой полярности Uпр и при короткой дуге в аргоне может составлять 10 В. В полупериоде обратной полярности для зажигания дуги за счет механизма автоэлектронной эмиссии требуется очень большое напряжение Uз.обр – около 200 В. Велико и напряжение горения дуги обратной полярности Uобр – выше 20 В. Сила тока обратной полярности Iобр на 20–50 % ниже тока прямой полярности Iпр, однако он вызывает интенсивное катодное распыление оксидной пленки благодаря бомбардировке алюминиевой детали положительными ионами. Надежное повторное зажигание дуги при переходе к полупериоду обратной полярности без увеличения напряжения источника обеспечивают за счет импульсного стабилизатора, генерирующего импульс Uз.обр. При сварке на переменном токе также может использоваться двойная модуляцию. При этом импульсы низкой частоты 1–10 Гц используются для формирования необходимой чешуйчатости шва, а стандартная частота 50 Гц обеспечивает проплавление и очистку поверхности. Переменный ток может быть и в виде разнополярных импульсов. Источники питания разнополярных импульсов (рис. 2.5) предназначены для сварки алюминиевых сплавов и обычно имеют два силовых канала, каждый из которых включает в себя трансформатор и выпрямительный блок. 31 Один канал предназначен для питания дуги током прямой полярности, другой – обратной полярности. С помощью силового полупроводникового коммутатора каналы попеременно подключаются к дуге, генерируя прямоугольные импульсы прямой и обратной полярности. Время импульса прямой полярности tпр настраивается в интервале 0,001–0,1 с, обратной полярности tобр – 0,001–0,01 с. Регулирование тока Iпр и Iобр обычно осуществляется плавно и независимо в каждом из каналов. Как правило, ток обратной полярности Iобр устанавливается небольшим, но достаточным для удаления оксидной пленки. Ток прямой полярности Inp настраивается в зависимости от толщины изделия и диаметра электрода и может превышать ток обратной полярности в 1,5–4 раза. а б Рис. 2.5. Блок-схема источника разнополярных импульсов (а) и осциллограмма тока (б): Iпp, Ioбp – ток импульсов прямой и обратной полярности; tnp, toбp – время импульса прямой и обратной полярности Для источников разнополярных импульсов пользуются параметрами – частотой f = 1/(tпр + tобр) и коэффициентом асимметрии цикла по времени 32 kасв = tобр/(tпр + tобр). Оптимальный диапазон kасв находится в интервале 0,2–0,4. Ниже этой величины не гарантируется достаточное качество очистки, а выше – снижается стойкость вольфрамового электрода. Частота назначается в пределах от 20 до 300 Гц. Увеличение частоты ограничивает блуждание дуги и повышает ее пространственную устойчивость. Высокочастотные источники питания (рис. 2.6) обычно создаются на базе инверторных. в а г б Рис. 2.6. Инверторный импульсный источник питания: а – упрощенная схеме; б – импульсный переменный ток; в – амплитудное модулирование тока; г – частотное модулирование тока Переменный высокочастотный ток получается путем попеременного включения вентилей VT1 и VТ2. На дугу может подаваться как переменный ток от трансформатора (рис. 2.6, б), так и не сглаженный выпрямленный ток с блока V2 (рис. 2.6, в). Пульсирующий ток может быть получен также из постоянного с помощью высокочастотного полупроводникового коммутатора. Высокочастотный ток повышает пространственную устойчивость дуги, особенно на малых токах (рис. 2.6, г). Перечисленные выше специализированные сварочные источники питания в отличие от сварочных трансформаторов, выпрямителей и преобразователей должны комплектоваться рядом вспомогательных устройств, обеспечивающих выполнение специальных функций. 33 2.2. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ДЛЯ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ Кроме силового источника и блоков, обеспечивающих крутопадающую внешнюю характеристику и регулирование режима для качественного ведения процесса сварки неплавящимся электродом в среде аргона, необходим ряд дополнительных устройств. Блок-схема источника показана на рис. 2.7. Рис. 2.7. Блок-схема системы управления специализированным источником питания для сварки неплавящимся электродом Двойными сплошными линиями на схеме обведены блоки, необходимые только для сварки алюминиевых сплавов на переменном токе, прерывистыми – устройства, которые в некоторых специализированных источниках отсутствуют. Регулирование режима сварки и формирование внешней характеристики производятся блоком задания режима и регулирования БЗР, который через устройство формирования управляющего сигнала УФУС управляет тиристорным выпрямителем или трансформатором с магнитным шунтом. При наличии обратной связи по току падение напряжения с шунта Uш = IдRкз через схему сравнения и преобразования (СХ. СП) пода34 ется в блок задания и регулирования, который формирует требуемую внешнюю характеристику управляемого тиристорного выпрямителя. Блок цикла БЦ обеспечивает требуемую последовательность работы всех блоков. При наличии газового клапана Y с включением его через блок цикла начинается работа схемы источника питания. После паузы 0,3–3 с, устанавливаемой в блоке цикла и предназначенной для продувки газом соединительных шлангов между баллоном с газом и сварочной горелкой, элементы блока цикла включают источник тока дуги или сначала дополнительный источник и осциллятор Осц – устройство зажигания дуги бесконтактным способом. Зажигание дуги касанием приводит к попаданию вольфрама в сварной шов и не рекомендуется. Исключение составляют случаи, когда в источнике зажигание осциллятором не предусмотрено, а начальный ток зажигания ограничен специальной схемой несколькими амперам, и попадание вольфрама при таком токе маловероятно. Осциллятор представляет собой генератор высокочастотных (до 300 кГц) затухающих по амплитуде колебаний переменного напряжения величиной до 8 кВ. Это напряжение, поданное на промежуток между электродом и изделием, обеспечивает искровой разряд, пробивающий воздушный зазор в несколько миллиметров. В среде аргона пробивная способность разряда увеличивается. Искровой разряд при включенном источнике развивается в дуговой и в дальнейшей работе осциллятора нет необходимости. После зажигания дуги устройства блока цикла его отключают. Осцилляторы могут быть параллельного (рис. 2.8, а) и последовательного (рис. 2.8, б) включения по отношению к источнику питания сварочной дуги. Осцилляторы параллельного включения требуют дополнительной защиты источника питания в идее включения в цепь Lф. Поэтому чаще всего применяют более простые и компактные осцилляторы последовательного включения. При работе осциллятора элементы схемы источника должны быть защищены от действия высокого напряжения. Для защиты в схемах всех источников предусмотрен электрический фильтр. Для осциллятора последовательного включения – это конденсатор малой емкости, подключенный параллельно дуге. Высокая частота разряда делает его безопасным для сварщика. 35 В специализированных источниках для сварки неплавящимся электродом широко используют осциллятор ОСППЗ-300М1. Принципиальная электрическая схема осциллятора показана на рис. 2.9. а б Рис. 2.8. Схема параллельного (а) и последовательного (б) осцилляторов Рис. 2.9. Принципиальная электрическая схема осциллятора ОСППЗ-300М1 Трансформатор Т1 повышает сетевое напряжение 220 В 50 Гц до нескольких киловольт. При достижении напряжения до величины около 1000 B происходит пробой разрядника FV и разряд СЗ на первичную об36 мотку трансформатора Т2 (1–2 витка). Образовавшийся колебательный контур СЗ–FV – первичная обмотка Т2 обеспечивает затухающие колебания с частотой 10...20 кГц. Во вторичной обмотке также возникают затухающие колебания высокого напряжения (около 5 кВ). Так как вторичная обмотка Т2 подключается последовательно в разрыв сварочной цепи между источником и сварочной горелкой, то она намотана сварочным кабелем и рассчитана на прохождение сварочного тока (315 А при ПВ 60 %). При подключении осциллятора к горелке должен подсоединяться тот вывод трансформатора Т2, к которому ничего не подключено (верхний на рис. 2.9). Другой вывод, к которому подключены конденсатор С4 и резистор, присоединяется к источнику. Свариваемое изделие при этом должно быть заземлено. При соблюдении этих требований осциллятор обеспечивает пробой воздушного зазора до 2,5 мм, а в среде аргона – 9 мм. Величина пробоя регулируется зазором в разряднике FV. Масса осциллятора не более 10 кг. В настоящее время по аналогичной схеме выпускаются осцилляторы ОП-240 «Огниво», Искра ОСТ-250Б. Это осцилляторы последовательного включения, предназначены для поджига и поддержания электрической дуги как постоянного, так и переменного тока. Технические характеристики осциллятора ОП-240 приведены в табл. 2.1, внешний вид – на рис. 2.10. Таблица 2.1 Технические характеристики осциллятора ОП-240 Параметр Значение Напряжение питания, В 60 Потребляемая мощность, Вт 10 Выходное напряжение, В, не менее 3000 Номинальный сварочный ток, А 200 Расстояние зажигания дуги без контакта, мм, не менее 1 Габаритные размеры, мм 385х150х150 Масса, кг 4,2 Рис. 2.10. Внешний вид осциллятора ОП-240 «Огниво» 37 Осцилляторы с разрядником создают большие радиопомехи, поэтому разработаны и эксплуатируются схемы, не имеющие разрядника. Примером такой конструкции является устройство поджига дуги УПД-1. Принципиальная электрическая схема УПД-1 показана на рис. 2.11. Рис. 2.11. Принципиальная электрическая схема устройства поджига дуги УПД-1 Напряжение сети через LC и RC фильтры (L1, L2, С1-С4 и R1, C6, C7 соответственно), дроссель L3 и первичную обмотку трансформатора Т1 заряжает конденсатор С9 при включении в соответствующем полупериоде тиристора VS1 или VS2. При заряде С9 через первичную обмотку Т1 про38 ходит большой ток, способствующий быстрому насыщению сердечника трансформатора. По мере заряда ток через обмотку снижается, а напряжение на С9 увеличивается. Конденсатор С9 заряжается практически до амплитудного значения напряжения сети, и тиристор запирается. В следующую полуволну сетевого напряжения включается другой тиристор и происходит перезаряд конденсатора по той же цепи. Таким образом, во вторичной обмотке повышающего трансформатора Т1, образующего собственной индуктивностью и конденсатором С выходной LC контур, вырабатываются высоковольтные импульсы амплитудой около 4000 В с частотой 100 Гц и длительностью порядка 15 мкс. Управление включением тиристоров VS1 и VS2 производится схемой с однопереходным транзистором VT1. В данном случае выпрямленное диодами VD1-VD4 напряжение заряжает конденсатор С13. В момент, близкий к амплитудному значению (регулируется R12), напряжение на СЗ становится достаточным для открывания транзистора VT1, в результате чего конденсатор С13 при установленной крышке корпуса (включенном выключателе блокировки S1) разряжается на управляющий переход тиристора VS3. Тиристор открывается и по первичной обмотке Т2 проходит ток, который обеспечивает запускающие импульсы тиристоров VS1 и VS2. При этом включается тот тиристор, к аноду которого приложено прямое напряжение. Конденсатор С8 обеспечивает защиту тиристоров VS1 и VS2 от коммутационных перенапряжений. Вторичная обмотка трансформатора Т1 включается в сварочную цепь последовательно. Клемма "Э" подключается к сварочной горелке, а "И" – к источнику питания. Обмотка рассчитана на сварочный ток в 250 А. Клемма "Из" подключается к изделию. Для более мощных источников (Iсв = 500 А) схема управления включением тиристоров VS1 и VS2 изменена и подключается на напряжение сварочной дуги (клеммы d и е). В этом случае осциллятор в целях безопасности должен подключаться к сети только через разделительный трансформатор 380/220 В. Для токов до 500 А вторичная обмотка трансформатора Т1 выполнена из медной водоохлаждаемой трубки. Основные параметры устройства поджига дуги УПД-1 приведены в табл. 2.2. Пробивные характеристики у осциллятора, не имеющего разрядника ниже. 39 Таблица 2.2 Характеристики устройства поджига дуги УПД-1 Наименование параметра Тип Назначение Максимальный ток сварки, А Максимальный промежуток, пробиваемый устройством, мм: в аргоне в воздухе Амплитуда поджигающего импульса, В Длительность поджигающего импульса, мкс Масса, кг Плазменная сварка 80 СНЭ СПЭ 250 500 4 ± 0,5 3 ± 0,5 8000 2 ± 0,5 2 ± 0,5 4000 2 ± 0,5 2 ± 0,5 4000 15 15 15 После возбуждения дуги сварочный ток нарастает от начального (10... 15 А) до заданного с помощью схемы нарастания тока Сх. НТ (см. рис. 2.7), воздействующей на блок режима и регулирования. Время нарастания в различных источниках регулируется в пределах от 0,04 до 10 с. Плавное нарастание тока обеспечивает равномерный разогрев конца вольфрамового электрода и повышает его стойкость, препятствуя растрескиванию. Если в источнике есть дополнительный источник начальной дуги, то начальный ток определяется током этого источника и затем увеличивается до заданного. Для получения качественных сварных соединений из алюминиевых сплавов необходимо, чтобы окисная пленка, покрывающая их, разрушалась дугой в процессе сварки. Разрушение пленки происходит в том случае, если катодом является изделие (обратная полярность). Сварка вольфрамовым электродом на обратной полярности возможна лишь при интенсивном охлаждении электрода (водяное охлаждение), что усложняет конструкцию горелки и применяется редко. В связи с этим сварка осуществляется на переменном токе. Различие физических свойств вольфрама и алюминия приводит к тому, что напряжение дуги в полупериоды прямой полярности ниже, а ток больше, чем в полупериоды обратной полярности. Условия для возбуждения дуги в период обратной полярности также значительно хуже. Осциллограммы тока и напряжения дуги, горящей между вольфрамовым электродом и алюминием, показаны на рис. 2.12. 40 Рис. 2.12. Осциллограммы напряжения и тока дуги, горящей между вольфрамовым электродом и алюминием на переменном токе: О.П. – обратная полярность; ПР.П. – прямая Для обеспечения зажигания дуги в полупериоды обратной полярности, чтобы не увеличивать чрезмерно напряжение холостого хода источника питания, применяют импульсные генераторы, которые называют импульсными стабилизаторами (ИСт., см. рис. 2.7). Для надежного зажигания дуги при сварке алюминиевых сплавов вольфрамовым электродом необходимо подавать импульсы с амплитудой порядка 600 В (не менее 300 В), длительностью 60...80 мкс и с запаздыванием подачи импульса после смены полярности на 60...200 мкс. Схема импульсного стабилизатора показана на рис. 2.13. Питание стабилизатора осуществляется от дополнительных обмоток сварочного трансформатора. В периоды прямой полярности конденсатор С3 через диоды VD1 и VD2 и резисторы R4, R5 заряжается до напряжения около 550 В, а конденсатор С4 – через VD4 и R6 до напряжения 120 B. 41 Рис. 2.13. Схема импульсного стабилизатора дуги При появлении на дуге напряжения обратной полярности (плюс на клемме "И" и минус на клемме "Изд.") отпирается тиристор VS2, конденсатор С4 разряжается на первичную обмотку импульсного трансформатора Т. В результате этого по вторичной обмотке Т проходит импульс, открывающий тиристор VS2, конденсатор СЗ разряжается на сварочную дугу (Э-Изд). Наличие индуктивности L обеспечивает колебательную форму разряда СЗ с повышением напряжения до U ≥ 600 B. Отрицательная составляющая разряда направляется через диод VD3 на R8 и в дугу не поступает. В более поздних разработках специализированных источников питания, предназначенных для сварки алюминиевых сплавов, осциллятор и стабилизатор объединены в единое устройство, называемое «возбудитель-стабилизатор». Пример схемы возбудителя-стабилизатора показан на рис. 2.14. Рис. 2.14. Принципиальная электрическая схема возбудителя-стабилизатора 42 Возбудитель-стабилизатор управляется при зажигании дуги напряжением холостого хода, а при сварке – напряжением дуги. Работа схемы заключается в следующем. Конденсатор С2 заряжается через диод VD1 и резистор R1 до напряжения около 520 В и разряжается или через первичную обмотку трансформатора Т1 (зажигание, контакт К разомкнут), или на дуговой промежуток через дроссель L1 и резистор R2 (дуга горит, контакт К замкнут). Замыкание контакта происходит от срабатывания реле напряжения дуги (на схеме не показано). В отсутствие дуги напряжением холостого хода обратной полярности заряжается конденсатор С4 по цепи: источник сварочного тока – R2-R3VD2-R4-С4–изделие. При достижении напряжения отпирания однопереходного транзистора VT происходит разряд конденсатора С4 через обмотку импульсного трансформатора Т2 и открытие тиристора VS. В результате этого конденсатор С2 разряжается через первичную обмотку автотрансформатора Т1 (контакт К разомкнут) по цепи VS-R2-R6-C5. Повышенное напряжение со вторичной обмотки автотрансформатора Т1 заряжает конденсатор С1 до напряжения пробоя разрядника FV. После пробоя разрядника высокочастотный (L1- C1 образуют колебательный контур) импульс напряжения в несколько киловольт подается на промежуток электрод-изделие. При горящей дуге конденсатор С2 разряжается через контакт К и R2-L1 на дугу, минуя повышающий автотрансформатор Т1. При резкой смене полярности с прямой на обратную напряжение дуги поступает через конденсатор С3, что обеспечивает своевременное выделение импульса при сварке. Схема возбудителя-стабилизатора, не имеющего разрядника, показана на рис. 2.15. Схема предназначена для специализированного источника сварки как переменным, так и постоянным током. При смене рода тока переключатель S ставится в соответствующее положение. Так же, как и в предыдущей схеме, управление осуществляется напряжением холостого хода источника или напряжением дуги. В первом случае конденсатор С5 разряжается через тиристор VS и первичную обмотку повышающего трансформатора Т2. Далее разряд преобразуется в колебательный высокой частоты в контуре, образованном обмотками трансформаторов Т2, Т1 и кон43 денсаторами С1 и С2, и подается на промежуток электрод-изделие через вторичную обмотку Т1 и конденсатор С3. При горящей дуге разряд осуществляется через выключатель S, резистор R2 и вторичную обмотку Т1, так как сопротивление дуги значительно меньше сопротивления цепи С4–первичная обмотка Т2. Вторичная обмотка Т1 включается, как и во всех вышеописанных конструкциях, последовательно в сварочную цепь и рассчитана на сварочный ток. Управление тиристором VS производится электронной схемой, которая подключена к выходным клеммам источника питания. Напряжение холостого хода источника или горящей дуги через мостовой выпрямитель VD9-VD12 подается на вход оптрона V. При достижении напряжения открывания фототранзистора оптрона подключается цепь базового тока транзистора VT. Рис. 2.15. Принципиальная электрическая схема возбудителя-стабилизатора без разрядника Напряжение с конденсатора С7 дифференцируется конденсатором С6 и в виде импульса подается на базу VT. Транзистор VT открывается 44 и по обмотке импульсного развязывающего трансформатора ТЗ проходит импульс. Трансформированный во вторичной обмотке импульс отпирает тиристор VS и обеспечивает работу возбудителя-стабилизатора. Возбудители-стабилизаторы выпускаются и в виде отдельных устройств, предназначенных для комплектации постов аргонодуговой сварки изделий из алюминиевых сплавов на переменном токе. Схема возбудителя ВСД-01УЗ представлена на рис. 2.16. При замкнутых блокировочных выключателях S1 и S2, отключающих питание при снятом кожухе устройства, от вторичной обмотки трансформатора Т1 через резистор R1 и диоды VD2 и VD5 заряжаются конденсаторы С11 и С13. Резисторы R12 и R14 служат для стекания накопленного на емкостях С11 и С13 заряда после отключения возбудителя. Возбуждающие импульсы генерируются при поочередном включении тиристоров VS1 и VS2. При этом перезаряжается конденсатор C2 через первичную обмотку трансформатора Т2. С вторичной обмотки Т2, включенной последовательно в цепь сварочной дуги, импульс поступает на дуговой промежуток через конденсаторы С6 и С7 (изделие, как правило, заземлено). Конденсатор С14 служит для улучшения формы возбуждающих импульсов. Конденсатор С9 и дроссель L1 ограничивают скорость нарастания напряжения на тиристорах. Диоды V6 и VD7 устраняют обратные напряжения в них. Тиристоры VS1 и VS2 управляются от напряжения холостого хода или напряжения дуги. От сварочного трансформатора напряжение поступает на выпрямитель VD1, выпрямляется и подается на однопереходные транзисторы VT1 и VT2, в базы которых включены входы оптронных тиристоров V1 и V2. Полуволны прямой и обратной полярности напряжения холостого хода источника или напряжения дуги поступают через делители R3 и R4 на конденсаторы СЗ и С4 и на эмиттеры транзисторов VT1 и VT2. После достижения напряжения срабатывания происходит разряд конденсаторов С3 и C4 (каждый в свой полупериод) через переход эмиттер-база транзисторов и светодиоды оптронных тиристоров V1 и V2. Выходные цепи оптронов отпираются, конденсаторы С8 и С10, питающиеся анодным напряжением соответствующих тиристоров, поочередно раз в период разряжаются 45 на цепи управления тиристоров, вызывая отпирание. Стабилитроны VD3 и VD4 ограничивают напряжение цепи управления. Благодаря отсутствию накопителя на стороне высокого напряжения и искрового коммутатора (разрядника) уровень генерируемых помех радиоприему соответствует установленным нормам, так что возбудитель-стабилизатор может работать в длительном режиме. Рис. 2.16. Принципиальная схема возбудителя-стабилизатора ВСД-01У3 В настоящее время компанией «Инженерный и технологический сервис» (г. С.-Петербург) выпускается возбудитель сварочной дуги ВСД-02 под торговой маркой «СЕЛМА». В отличие от ВСД-01, этот аппарат можно применять вместе со сварочным выпрямителем с падающей характеристикой в качестве установки для ручной аргонодуговой сварки на постоянном токе в режиме TIG при применении горелок с механическим отсекателем газа. Технические характеристики ВСД-01 и ВСД-02 представлены в табл. 2.3. 46 Таблица 2.3 Технические характеристики возбудителей сварочной дуги Наименование показателя Номинальное напряжение, В ВСД-01 380 Потребляемая мощность, Вт, не более 100 ~380/~220/~36 50 50. . . 500 10…500 Ток дуги, А Выходное напряжение, кВ ВСД-02 5,1 Длина дугового промежутка, мм, не более при возбуждении при горении Напряжение холостого хода источника, В 2,0 6,0 60. .. 90 Постоянная составляющая тока дуги, %, не более 10 Масса, кг, не более 15 2,0 – 70…100 Внешний вид возбудителя-стабилизатора ВСД-02 показан на рис. 2.17. Рис. 2.17. Внешний вид возбудителя-стабилизатора ВСД-02 Осциллятор УВК-7 представляет собой электронное устройство – возбудитель и стабилизатор сварочной дуги для сварочных трансформаторов и аппаратов постоянного тока. УВК-7 (рис. 2.18) не имеет разрядника в качестве основного элемента генерации высоковольтных импульсов. Питание осуществляется от напряжения холостого хода источника. Оптимальным можно считать Uхх = 60 В. 47 Рис. 2.18. Схема возбудителя-стабилизатора УВК-7 Зажигание дуги при сварке неплавящимся электродом в аргоне на переменном токе и постоянном токе происходит от одного импульса в каждый полупериод напряжения, возникающего при переходе тока через ноль, на расстоянии 10–15 мм от места сварки. На постоянном токе возбуждение и стабилизация дуги происходят с определенной частотой и не зависят от полярности питающего напряжения. Постоянным током дугу зажигает первый импульс, а последующие импульсы поддерживают ее стабильность после срыва дуги. При переменном напряжении необходима четкая синхронизация момента появления сварочного тока и возбуждающего импульса, иначе процесс сварки не начнется без касания. Устройство УВК-7 применимо в виде автономной приставки или и в качестве комплектующего в современных сварочных аппаратах отечественного или импортного производства. Как приставка осциллятор УВК-7 надевается на сварочный кабель и крепится механически – сальниками или другими соединителями. Электрическое питание его осуществляется двумя гибкими монтажными проводами малого сечения, которые оснащены клеммами. 48 Питание устройства производится выходным напряжением холостого хода сварочного аппарата либо от дополнительного трансформатора, в зависимости от вида сварочной техники и ее назначения. Технические характеристики УВК-7: – частота импульсов возбуждения для переменного тока 100 Гц, а для постоянного – около 25 Гц; – длительность импульсов 10–9 с; – энергия в импульсе - единицы мДж; – амплитуда напряжения в импульсе 5–7 кВ; – амплитуда тока в импульсе – 100–150 А; – выделяемая мощность не более 10 Вт; – масса – 350 г; – габариты 120×80×40 мм. Сравнительные характеристики некоторых осцилляторов и возбудителей-стабилизаторов отечественного производства приведены в табл. 2.4. Таблица 2.4 Характеристики некоторых отечественных осцилляторов Назначение ОСППЗ 300-2 ОГНИВО ОП-240 Питание Uпит B / F Гц Потребляемая мощность, Вт Напряжение импульса Uимп, В Энергия импульса, мДж Стаб. перем. тока Пост / перем Перем УВК-7 Возб/стаб пост./перем. ток Пост. / перем. Послед. / паралл. 220/50 60/50 220/50 220/380/50 (40-100) / 50 100 100 10 10 10 6000 3000 2500 500 6000 5000 3000 2000 1000 1 Около 1000 100 разрядника разряда конденсатора 100 (перем) 25 (пост) Частота, имп/с Электромагнитое излучение Ток сварки через осцил., А ПВ, % (ПН, %) Расстояние пробоя, мм: воздуха аргона Масса, кг Габариты, мм АУСГД-2 Начальное возбуждение Использование вида тока Включение в цепь сварки ИСКРА ОСТ-250Б 250 - 320 11 282×217×158 Послед. 200 50–315 1–350 100 (60) 100 60 2,5 9 4,2 385×150×150 касание 0,5–1,0 12–14 0,350 120×80×40 49 250 нет 8 – 3 285×160×80 Как следует из рис. 2.12, при сварке алюминиевых сплавов средние значения тока и напряжения за полупериод отличаются друг от друга. Разницу между средним значением тока за полупериод прямой и обратной полярности называют постоянной составляющей тока, как бы добавляющейся к переменному току в полупериоды прямой полярности. Постоянная составляющая создает в трансформаторе постоянное магнитное поле, накладывающееся на основное переменное. В результате повышается ток намагничивания трансформатора, понижаются отдаваемая трансформатором мощность и коэффициент мощности. Значительная постоянная составляющая оказывается вредной и с технологической стороны. Исходя из этого, в специализированных источниках для сварки алюминиевых сплавов имеется устройство либо схема ограничения или ликвидации постоянной составляющей (СхКПС, см. рис. 2.7). В схемах с тиристорами при наличии обратной связи по току устройство компенсации постоянной составляющей увеличивает угол управления тиристорами в полупериод прямой полярности, обеспечивая равенство средних значений тока за полупериод. В источниках без обратной связи по току вводится тиристор (см. рис. 1.2), угол управления которым устанавливается при подборе режима сварки соответствующим потенциометром на панели управления источника. Допускаемая постоянная составляющая должна быть не более 10 %. Если процесс сварки ведется в импульсном режиме, то блоком задания режима управляет блок импульсного режима (БИР) (см. рис. 2.7), в котором устанавливается время импульса и паузы, а также крутизна фронта нарастания тока импульса. В качестве блока импульсного режима используется мультивибратор с изменяемыми длительностями импульса и паузы, построенный на основе схемы триггера. В более поздних конструкциях используют двоично-десятичные счетчики на интегральных микросхемах. Длительность импульса и паузы обычно кратна числу периодов переменного тока промышленной частоты. Максимальная длительность до 2–3 с. Амплитуда импульса устанавливается потенциометром тока сварки, а паузы – потенциометром дежурного тока дуги. По окончании сварки при нажатии кнопки «стоп» (в некоторых источниках – «гашение», а «стоп» – аварийное отключение) блок цикла 50 включает схему заварки кратера (Сх. ЗК, см. рис. 2.7). С помощью этой схемы уровень управляющего напряжения плавно снижается в течение 3–15 с, снижая сварочный ток не менее чем в три раза. Устанавливаемое время зависит от объема сварочной ванны. Плавное снижение тока позволяет расплавленному металлу при кристаллизации заполнить кратер, образующийся при сварке, вследствие давления дуги. По окончании времени заварки кратера через 1–2 с источник отключается, в течение еще 3–30 с остается включенным газовый клапан Y, обеспечивая охлаждение металла шва в струе аргона. Блок цикла, с помощью которого определяются требуемая последовательность и время прохождения всех этапов сварки, состоит из электромагнитных реле или схемы логических элементов в более поздних конструкциях. Для получения импульсных режимов при аргонодуговой сварке на постоянном токе неплавящимся электродом в комплекте с источниками типа ВД предназначен блок управления сварочным процессом БУСП-ТИГ, а для подключения к источникам типа ВДУ – блок БУ-ТИГ (рис. 2.19). а б Рис. 2.19. Внешний вид блоков: а – БУСП-ТИГ; б – БУ-ТИГ Основные особенности блоков: – зажигание дуги осуществляется контактным методом; – предварительная установка, измерение и индикация сварочного тока; – плавная регулировка сварочного тока; – возможность запоминания 10 различных программ сварки; – возможность подключения горелки с водяным охлаждением. 51 Блок обеспечивает: – режим «короткие швы»; – продувку газового тракта с последующим включением источника; – регулировку времени плавного нарастания тока в начале сварки; – регулировку тока дежурной дуги в начале и конце сварки; – регулировку времени горения дежурной дуги; – регулировку времени паузы и тока паузы в режиме пульсирующей сварки; – регулировку времени импульса и тока импульса от значения тока паузы в режиме «пульсирующая сварка»; – индикацию режима сварки; – регулирование времени плавного снижения тока в конце сварки; – регулирование времени подачи газа после сварки. Технические характеристики БУСП-ТИГ и БУ-ТИГ приведены в табл. 2.5. Таблица 2.5 Технические характеристики блоков БУСП-ТИГ и БУ-ТИГ Наименование параметра БУСП-ТИГ Напряжение питания, В Род тока Наименьший сварочный ток , А Наибольший сварочный ток , А Диапазон регулировки времени дежурной дуги в начале сварки, с Диапазон регулировки тока дежурной дуги в начале и в конце сварки, А Диапазон регулировки времени плавного изменения тока в начале сварки, с Диапазон регулировки сварочного тока (тока паузы), А Диапазон измерения сварочного тока, А Диапазон регулировки тока пульсации в пульсирующем режиме, А Диапазон регулировки длительности тока пульсации, с 52 2×36 50 ... 100 постоянный 10 500 0,5…15 12…Imax/3 0,5…5 12…Imax – – – БУ-ТИГ 0 ... 5 10 ... 500 0,1 ... 10 10 ... 500 5 ... 500 10 ... 500 0 ... 2 Окончание табл. 2.5 Наименование параметра Диапазон регулировки длительности паузы тока, с Диапазон регулировки плавного изменения тока в конце сварки, с Диапазон регулировки времени продувки в начале сварки, с Диапазон регулировки времени продувки в конце сварки, с БУСП-ТИГ – 0,5..10 1…25 0,5…65 БУ-ТИГ 0 ... 2 0,1 ... 10 – 0,5 ... 30 2.3. СЕРИЙНЫЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ДЛЯ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА 2.3.1. Источники питания типа ВСВУ Источники питания типа ВСВУ являются выпрямителями трехфазного тока и предназначены для питания установок механизированной и ручной электродуговой сварки непрерывной и импульсной дугой неплавящимся вольфрамовым электродом жаропрочных, нержавеющих сталей и титановых сплавов в аргоне. Одной из последних разработок выпрямителей этого типа, получившей широкое распространение, является выпрямитель ВСВУ-400. Конструкция выпрямителя является продолжением разработки специализированных источников питания постоянного тока с унифицированными блоками, имеющих силовую схему, показанную на рис. 1.2, а. Основные технические параметры выпрямителя ВСВУ-400 Номинальный сварочный ток, А 400 Диапазон регулирования основного тока и тока 5 ± 10%–400 ± 10 % импульса, А Диапазон регулирования дежурного тока, А 5 ± 10%–100±10% Напряжение холостого хода, В, не более 100 Номинальное рабочее напряжение, В 30 Потребляемая мощность, кВ ∙ А, не более 21 Стабильность установленного сварочного тока при ± 1 номинальных параметрах, % 53 Крутизна внешней характеристики в диапазоне напряжения от 8 до 20 В и тока от 40 до 400 А, В/А, не менее Длительность импульса и паузы, с Длительность переднего фронта импульса, с Время нарастания сварочного тока после возбуждения дуги, с Время нарастания тока дежурной дуги, с, не менее Время спада сварочного тока, с, не уже Время спада тока дежурной дуги, с Погрешность стабилизации сварочного тока при колебаниях напряжения сети ± 10 %, % Напряжение питания КПД Коэффициент мощности не менее Масса, кг, не более Габаритные размеры, мм 20 0,04–2,0 / 0,02 0,02–0,5 / 0,1 0,5–10,0 0,5 0,5–10 0,5–10 ±1,5 380 В, 50 Гц 0,75 0,7 240 590×920×800 Выпрямитель ВСВУ-400 отличается от предыдущих конструкций серии ВСВУ более современной элементной базой электронных блоков управления, что дало возможность избавиться от специального водоохлаждаемого измерительного элемента, повысить надежность, управляемость и диапазон регулирования параметров. Упрощенная принципиальная схема выпрямителя показана на рис. 2.21. Схема включает силовой трансформатор Т1 с дополнительными обмотками источника возбуждения. В источник возбуждения входят дроссель L1...L3 и маломощный выпрямитель VD1...VD4. К основным вторичным обмоткам силового трансформатора подключен тиристорный выпрямитель VS1...VS6, на выходе которого имеется сглаживающий дроссель L4. Тиристоры и силовые элементы схемы охлаждаются двумя вентиляторами М1 и М2. Внешняя характеристика источника показана на рис. 2.20 и складывается из характеристики дополнительного и основного источников возбуждения. 54 Рис. 2.20. Внешняя характеристика источников ВСВУ-400: ДИ – характеристика дополнительного источника зажигания дуги; ОИ – характеристика основного источника Управление выпрямителем осуществляется электронной схемой, размещенной на семи платах блока управления, показанного в виде блоксхемы в нижней правой части рис. 2.21. На каждой плате блока размещен один функциональный элемент схемы. Такими элементами являются субблок логики БЛ, усилитель У, модулятор М, три формирователя импульсов ФИ (по числу пар силовых тиристоров) и генератор импульсов ГИ. Рис. 2.21. Схема выпрямителя ВСВУ-400 55 Включение, отключение и управление током сварки могут производиться от дистанционного выносного пульта управления при включенном выключателе на лицевой панели источника «Внешнее управление». В случае местного управления регулирование тока осуществляется дискретным переключателем регулятора тока сварки на источнике, а запуск – с пульта управления. Ток дежурной дуги регулируется дискретным переключателем на лицевой панели источника. Все остальные регулировки, указанные выше в перечне основных технических параметров, выполняются соответствующими потенциометрами, расположенными также на лицевой панели источника. Выпрямитель снабжается осциллятором типа ОСППЗ-300М-1, конструкция которого рассматривалась ранее. При подключении выпрямителя ВСВУ-400 к сети загорается сигнальная лампа Н1. После включения автомата защиты сети от коротких замыканий S1 и нажатия кнопки S3 «Управление включено» срабатывает реле К1, подготавливая к включению магнитный пускатель К2 и включая вентиляторы М1 и М2. О срабатывании реле К1 сигнализирует лампа Н2. При поступлении команды с выносного пульта в блок логики подключаются входные цепи оптронных тиристоров V1 и V2 и срабатывает магнитный пускатель К2, подключая сварочный трансформатор. Появляется напряжение холостого хода вспомогательного выпрямителя зажигания. Одновременно блок логики включает входные цепи оптронов V3 и V4 и начинает работать осциллятор. Возбуждается сварочная дуга, появляется ток и срабатывает реле тока КЗ. Осциллятор отключается, на тиристоры V1...V6 подаются управляющие импульсы и начинается плавное нарастание тока от тока возбуждения (около 5 А) до установленного регулятором значения. Время нарастания регулируется резистором на лицевой панели выпрямителя. Если дуга не возбудилась, то через несколько секунд (регулируется в блоке логики) магнитный пускатель К2 отключается. Если сварка будет производиться в импульсном режиме, то перед включением выпрямителя переключатель вида режимов работы устанавливается в положение «Импульсный режим». Требуемая длительность импульса и паузы, а также величина токов импульса и паузы (в паузе дей56 ствует ток дежурной дуги) устанавливаются соответствующими переключателями на передней панели источника. Требуемая длительность переднего фронта импульса устанавливается нажатием одной из клавиш регулятора с обозначением ТФР. По окончании сварки после подачи сигнала на отключение ток плавно снижается до минимального (тока возбуждения), затем пускатель К2 отключается. Таким образом, происходит заварка кратера. Плавное снижение тока осуществляется за два этапа. Сначала ток снижается от значения тока сварки до величины, соответствующей установке (положению) регулятора дежурного тока. Затем происходит снижение тока до минимального значения. Графики спада тока при различных значениях токов сварки (IСВ) и дежурного (IД) показаны на рис. 2.22. Рис. 2.22. Параметры графиков спада сварочного тока при различных значениях дежурного тока дуги IД и времени их спада t1 и t2: а – время спада t1 и t2 равны, IСВ мало отличается от IД (1), IСВ сильно отличается от IСВ (2); б – время спада t1 меньше, а IСВ = IД; в – то же, что и б, но IСВ = 2IД; г – то же, что и а, но время спада t2 меньше t1; д и е – примеры графиков для импульсного режима Во время работы выпрямителя формирователи импульсов ФИ1...ФИЗ осуществляют импульсно-фазовое управление тиристорами. Управление производится по вертикальному принципу, заключающемуся в сравнении синхронизированного с сетью пилообразного напряжения с управляющим напряжением постоянного тока. В рассматриваемой схеме для синхронизации пилообразного напряжения в ФИ использованы логические элемен57 ты, обеспечивающие импульсы при низких значениях входного выпрямленного напряжения сети (рис. 2.23, а). Пилообразное напряжение Uг сравнивается с заданным U3 (рис. 2.23, б) и подается на пороговое устройство. При Uг = U3 пороговое устройство срабатывает, в результате чего формируется импульс напряжения, который дифференцируется, усиливается и подается на управляющие электроды тиристоров. Рис. 2.23. Временные диаграммы работы формирователя импульсов ФИ Импульсы соседних каналов соединяются в порядке чередования фаз трехфазного напряжения с помощью логических элементов схемы. Таким образом, на каждый тиристор через оптроны гальванической развязки подается пара импульсов, раздвинутых на 60° с периодом в 360° (рис. 2.23, д). 58 Таким образом, обеспечивается управление тиристорным выпрямителем во всех диапазонах углов управления в соответствии с требованиями, указанными ранее. Для задания тока выпрямителя, плавного нарастания и спада дежурного тока при возбуждении дуги и заварке кратера соответственно, регулирования крутизны фронта импульса предназначен модулятор блока управления М. Схема модулятора построена на операционных усилителях и осуществляет взаимодействие других элементов блока управления. Для усиления сигналов рассогласования между заданным и сигналом обратной связи с шунта RS и формирования внешних характеристик источника предназначен усилитель У блока управления. Задание значений тока сварки и дежурной дуги осуществляется в этом блоке цифроаналоговым преобразователем на программных переключателях и резистивных матрицах (наборов резисторов) и передается в модулятор. Усиление сигнала рассогласования производится схемой на операционных усилителях. Генератор импульсов ГИ служит для обеспечения импульсного режима работы выпрямителя. Генератор представляет собой делитель частоты с регулируемым коэффициентом деления, построенный на двоичнодесятичных счетчиках в интегральном исполнении. Задающий генератор схемы работает с частотой сети и обеспечивает дискретность времени импульса и паузы в 0,02 с. Передачу команд при работе источника и логические операции осуществляет субблок логики БЛ. Кроме схемы обеспечения всех этапов цикла сварки в субблоке находится устройство плавного нарастания и спада сварочного тока, работающее так же, как и аналогичное устройство для дежурного тока в модуляторе. Работа блока начинается после подачи команды «Пуск» и заканчивается после команды «Стоп» с окончанием времени заварки кратера и отключением пускателя К2. Управление аппаратурой для подачи защитного газа схемой источника не предусмотрено. 59 2.3.2. Источники питания типа ИСВУ Из источников типа ИСВУ наиболее широко применяются в промышленности источники ИСВУ-315-1 и ИСВУ-630. Источник питания ИСВУ-315-1 предназначен для механизированной и ручной сварки неплавящимся вольфрамовым электродом непрерывной и импульсной дугой в аргоне алюминиевых сплавов. Конструкция выпрямителя является продолжением разработок специализированных источников типа ВСВУ с унифицированными блоками 70х годов [1]. В источнике ИСВУ-315 использованы те же схемные решения управления тиристорами, имеются водоохлаждаемый измерительный элемент и релейный блок управления циклом. Силовая схема ИСВУ-315 представляет собой однофазный управляемый тиристорный выпрямитель (см. рис. 1.2, г), в котором сварочная дуга включена на стороне переменного тока. Основные технические параметры выпрямителя ИСВУ-315 Номинальный ток, А 315 Напряжение холостого хода, В 65±10 Пределы регулирования тока, А: сварочного 20–350 дежурной дуги при импульсной сварке 20–150 Длительность импульса через 0,02 с 0,1–1,0 ± 10 % Минимальный ток заварки кратера, А 20 Время заварки кратера, с 5-20 Крутизна внешней характеристики 4 при номинальном токе, В/А, не менее Длительность фронта нарастания импульса, с 0,04–0,5 Длительность фронта спада импульса, с 0,04 Режим работы, ПВ % 60 Напряжение питания трехфазной сети 380 В, 50 Гц Потребляемая мощность, кВ⋅А 40 Расход охлаждающей воды, м3/с, не менее Масса, кг 0,15⋅10³ 540 Габаритные размеры, мм 530×10×1237 60 Упрощенная принципиальная схема источника питания показана на рис. 2.24. Рис. 2.24. Упрощенная принципиальная схема источника питания ИСВУ–315–1 К однофазному сварочному трансформатору с жесткой внешней характеристикой Т через сварочную дугу подключен управляемый тиристорный выпрямитель VS1 ...VS4, в нагрузку которому включен дроссель L последовательно с измерительным элементом RS2. Измерительный элемент представляет собой водоохлаждаемую трубку из нержавеющий стали, являющуюся шунтом с постоянным сопротивлением с падением напряжения на нем при сварочных токах до нескольких вольт. Таким образом, получается достаточный сигнал обратной связи по току без предварительного усиления, что упрощает электронную схему блока управления, так как она собрана на полупроводниковых элементах без применения интегральных схем. Для зажигания дуги источник снабжается осциллятором А типа ОСППЗ-300М-1 или подобным последовательного включения. Для стабиль61 ного зажигания дуги при смене полярности источник имеет стабилизатор Ст., конструкция которого рассмотрена ранее и показана на рис. 2.13. Стабилизатор обеспечивает импульсы при смене полярности на обратную длительностью 1–2 мс с амплитудой не менее 600 В. Источник снабжен амперметром на стороне постоянного тока, который должен быть отключен выключателем S2 в случае импульсного режима. Внешняя характеристика источника показана на рис. 2.25. Электронный блок управления включает блок задания режима и регулирования БЗР (блок регулирования), блок формирования импульсов БФИ (формирователь импульсов), блок управления цикла БУЦ (релейный блок), генератор импульсов ГИ (триггерный блок) и блок коммутирующей аппаратуры и питания БКП. Рис. 2.25. Внешняя характеристика источников ИСВУ-315 Блок регулирования осуществляет регулирование сварочного тока, плавное его нарастание при возбуждении дуги и плавный спад при заварке кратера, стабилизацию тока при колебаниях напряжения сети, формирование внешней характеристики. В этот блок подаются сигналы обратной связи по току и напряжению сети. Наличие обратной связи по сварочному току обеспечивает компенсацию постоянной составляющей, возникающей при сварке алюминиевых сплавов. Схема блока регулирования реализована с помощью различных электронных устройств на 11 транзисторах и управляет формирователем импульсов. Формирователь импульсов формирует импульсы управления силовыми тиристорами по вертикальному принципу. Напряжение управления, представляющее собой сумму напряжений обратной связи и напряжения 62 задания, подается на блок формирования и сравнивается с пилообразным напряжением, синхронизированным с сетью. При равенстве напряжений формируется управляющий импульс, который через развязывающие импульсные трансформаторы подается на ту пару тиристоров, к которым в этом полупериоде приложено прямое напряжение. Триггерный блок служит для формирования импульсов сварочного тока с регулируемой длительностью и паузой. В блоке применена схема триггера на тиристорах, которая формирует прямоугольные импульсы напряжения, изменяемые по длительности и частоте (скважности). Импульсы подаются в блок регулирования и используются для управления в импульсном режиме. Кроме этого из блока имеется выход, к которому можно подключать устройство импульсной подачи сварочной проволоки сварочного трактора или головки при механизированной сварке. Таким образом, скорость подачи присадочной проволоки будет изменяться синхронно с изменением тока, что улучшает формирование шва. Блок релейный служит для управления процессом пуска и окончания сварочного процесса. Схема блока реализована на герметизированных электромагнитных реле. Кроме этого в блоке находится система отключения источника при нарушениях в системе водяного охлаждения измерительного элемента и силовых тиристоров, завинченных в водоохлаждаемые радиаторы. Для этого на измерительном элементе находится терморезистор, который включен в мостовую измерительную схему, управляющую включением реле защиты от перегрева. При повышении температуры реле срабатывает, отключая источник и включая сигнальную лампу «охлаждение» на панели блока. Для охлаждения электронных элементов схемы в источнике имеется вентилятор. Включение и выключение источника производятся с пульта управления, на котором кроме кнопок «пуск» и «стоп» находятся кнопки «аварийное отключение», «проверка осциллятора» и «ток дежурной дуги», с помощью которых может быть установлен дежурный ток по амперметру перед началом импульсной сварки. Предусмотрено также включение источника кнопкой на сварочной горелке или сварочном автомате. Выбор способа включения производится выключателем на лицевой панели релейного блока. Для соответствующих соединений на боковой поверхности источника находятся штепсельные разъемы с надписями. 63 Все регулировки и органы управления режимом сварки находятся на лицевых панелях блоков за прозрачной откидывающейся панелью. Другие разновидности источников ИСВУ отличаются мощностью сварочного трансформатора. Например, ИСВУ-630 рассчитан на номинальный ток 630 А, но в схеме управления отличий не имеет. 2.3.3. Источники питания типа ТИР Источники питания типа ТИР (ТИР-250УЗ, ТИР-315, ТИР-630 и др.) предназначены для ручной и механизированной сварки неплавящимся электродом в среде аргона на постоянном и переменном токах, а также ручной сварки покрытыми электродами. Источник ТИР-315, в отличие от других типов, может работать как в стационарном режиме, так и импульсном. В остальном схемы управления источников не имеют существенных различий. При ручной дуговой сварке покрытыми электродами осциллятор, входящий в схему управления источником, должен быть отключен. В источниках типа ТИР реализован так называемый феррито-тиристорный метод управления. Источник не имеет внешних (созданных с помощью схем) обратных связей. Обратные связи при использовании процессов намагничивания сердечников являются внутренними, т. е. обусловлены протеканием электромагнитных процессов в элементах схемы. Такие устройства называют устройствами параметрического типа. Источник питания может использоваться как на переменном, так и на постоянном токах. Переключение производится специальным рубильником. Силовая схема в зависимости от рода тока соответствует рис. 1.2, б или г. Основные технические параметры источников питания типа ТИР Номинальный сварочный ток, А Номинальный режим работы, ПВ % Мощность, потребляемая от сети, кВ⋅А Напряжение холостого хода, В 64 ТИР-250 250 60 17 ТИР-315 315 100 25 70 65+7 Плавное регулирование сварочного тока: на 1 ступени 12...150 на 2 ступени 30...250 0,4 Коэффициент мощности (cos <ϕ) 20...140 40...315 0,4 на номинальном режиме, не менее Время гашения сварочного тока, с Время импульса и паузы (равные), с 5+1 2... 10 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,7; 2,0; 2,5; 3,0 20...25 45...55 однофазное 380 В, 50 Гц 520 410 Ток в паузе на 1 ступени, А на 2 ступени, A Напряжение питания Масса, кг Габаритные размеры, мм 1230 × 680 × 1040 1220 × 730 × 980 Упрощенная схема источника ТИР-315 показана на рис. 2.26. Силовой трансформатор Т1 имеет жесткую характеристику. На выходе тиристорного выпрямителя VS1...VS4 включен линейный дроссель L3. В зависимости от рода тока, на котором производится сварка, сварочная дуга подключается на стороне переменного или постоянного тока рубильником S2. Изменение угла управления тиристорами осуществляется с помощью дросселей насыщения L1 и L2, работающих в режиме вынужденного намагничивания и имеющих по четыре обмотки. Включение тиристоров производится анодным напряжением. При насыщении сопротивление обмоток L1.1 и L1.2 или L2.1 и L2.2 резко снижается, ток через них становится достаточным для открывания тиристора. RC- цепи защищают тиристоры от бросков напряжения, опасных для полупроводникового перехода (перенапряжений), стабилитроны VD1, VD3, VD5, VD7 ограничивают ток управления. Сварочный ток дополнительно регулируется ступенчато переключателем S1. Оба рубильника S1 и S2 во всех источниках типа ТИР находятся в специальной нише, которая закрывается откидной дверкой. Здесь же находится разрядник осциллятора. Охлаждение тиристоров обеспечивается вентилятором. 65 Рис. 2.26. Упрощенная принципиальная схема источника питания ТИР-315 Блок управления БУ содержит электронную схему изменения тока управления в обмотках дросселей насыщения L1.4 и L2.4, осциллятор последовательного включения и стабилизатор, подобный стабилизатору источника ИСВУ. Стабилизатор обеспечивает импульс напряжением не менее 380 B при смене полярности с прямой на обратную (рис. 2.27). 66 Рис. 2.27. Осциллограмма работы стабилизатора в источнике ТИР В источнике ТИР-315 для обеспечения импульсного режима имеется генератор импульсов ГИ, представляющий собой LC-автогенератор с трансформаторной связью. Такое схемное решение обеспечивает равенство длительностей импульса и паузы, определяемых величиной емкости подключаемых конденсаторов. Длительность, таким образом, не связана с периодом переменного напряжения сети. Блок цикла БЦ содержит реле тока, реле напряжения дуги, а также реле и магнитные пускатели, обеспечивающие последовательность цикла сварки. В источнике ТИР-630 сварочный трансформатор включается через симистор, а в качестве реле тока используется магнитоуправляемый контакт, расположенный в районе действия магнитного поля линейного дросселя. Включение и выключение источника производятся кнопками выносного пульта или пульта с педалью. Регулирование тока с помощью дросселей насыщения обеспечивает стабильность установленного тока сварки в пределах ±5 %. Временные интервалы гашения дуги осуществляются изменением величины емкостей, подключаемых в схему регулирования тока управления дросселей. Начальное нарастание тока происходит параметрически при постепенном намагничивании сердечников дросселей после включения в течение 20 периодов и не регулируется. 67 В источниках ТИР-250 и ТИР-630 имеется схема защиты от перегрева силовых тиристоров, которая отключает источник и включает сигнальную лампу «перегрев». Источники питания типа ТИР имеют относительно простую и надежную схему управления, но низкий коэффициент мощности и невысокие массогабаритные показатели. 2.3.4. Установки типа УДГ Функциональная схема сварочной установки УДГ-101 приведена на рис. 2.28. Рис. 2.28. Функциональная схема установки УДГ-101: Т – трансформатор; А – магнитный усилитель; V – выпрямитель; L – линейный дроссель; S – переключатель полярности; БЗТ – блок задания тока; G – осциллятор Трансформатор Т имеет жесткую внешнюю характеристику и две ступени регулирования за счет секционирования. Магнитный усилитель является нагрузкой трансформатора и предназначен для получения падающей внешней характеристики и плавного изменения сварочного тока. Нагрузкой трансформатора является трехфазный мостовой выпрямитель на полупроводниковых диодах. Установка типа УДГ-101 предназначена для ручной apгонодуговой сварки неплавящимся (вольфрамовым) электродом на постоянном токе изделий из нержавеющих сталей, меди и ее сплавов малых толщин (от 0,2 до 2,5 мм). 68 Она может быть использована также и для автоматической сварки. В этом случае пульт управления устанавливается на сварочном тракторе. Установка состоит из шкафа управления, выносного пульта управления с соединительными проводами, педальной кнопки и горелки с водяным охлаждением. Принципиальная схема установки обеспечивает: а) включение источника питания сварочной дуги и подачу газа одновременно с включением "Выключателя сварки" (кнопка на пульте управления или педальная кнопка); б) включение осциллятора по истечении времени, необходимого для продувки газового тракта после начала подачи газа; выдержка времени "Продувка" должна быть около 5 с; в) автоматическое отключение осциллятора после возбуждения дуги. При этом время работы осциллятора для возбуждения дуги не должно превышать 1 с; г) отключение источника питания сварочной дуги в случае невозбуждения или обрыва дуги; д) отключение источника питания сварочной дуги после отключения "Выключателя сварки" либо сразу (без заварки кратера) , либо после плавного спадания сварочного тока (с заваркой кратера); е) прекращение подачи газа по истечении выдержки времени «Газ после сварки» после отключения источника сварочной дуги; ж) возможность включения подачи газа для предварительной установки необходимого расхода; з) возможность использования установки в качестве источника питания совместно с другими механизмами для осуществления автоматической сварки. Внешние характеристики установки даны на рис. 2.29. 69 Рис. 2.29. Внешние характеристики установки УДГ-101 Аналогичную конструкцию имеет установка УДГ-161. Для сварки переменным током неплавящимся электродом изделий из легких металлов и сплавов в среде аргона применяются установки типа УДГ-180, УДГ-301, УДГ-501. Их функциональная схема приведена на рис. 2.30. Рис. 2.30. Функциональная схема установки типа УДГ-301 На функциональной схеме показаны следующие элементы: Т – однофазный трансформатор с падающей внешней характеристикой, выполняющий функцию регулирования тока с помощью неподвижного подмагничивающего шунта. Он имеет две ступени регулирования: 70 1) ступень больших токов при параллельном соединении обмоток; 2) ступень малых токов при последовательном соединении обмоток. А – магнитный усилитель для управления током подмагничивания шунта. РССТ – регулятор снижения сварочного тока (для заварки кратера). Время заварки кратера регулируется от 0 до 30 с. Батарея конденсаторов С препятствует прохождению постоянной составляющей несинусоидального сварочного тока во вторичную обмотку трансформатора Т. При сварке алюминия приэлектродное падение напряжения резко изменяется и, чтобы пробить оксидную пленку, напряжение обратной полярности должно быть выше. Постоянная составляющая как раз и выделяется на конденсаторе С. Блок возбуждения дуги ВД возбуждает сварочную дугу с помощью высоковольтных знакопеременных затухающих импульсов (осцилляторный режим) и поддерживает стабильное горение дуги с помощью низковольтных апериодичных импульсов тока (стабилизаторный режим). Генерация импульсов в обоих режимах происходит один раз за период во время положительной полярности на электроде, но с опережением во времени на 40–60 мкс относительно нулевого значения сварочного тока. Это запускающие импульсы для возбуждения дуги. Каждая установка состоит из шкафа управления, переносного блока поджигания, сварочной горелки, турели, соединительных проводов и шлангов. Турель устанавливается на источнике питания, служит опорой для выносного блока поджигания и обеспечивает возможность его поворота вокруг вертикальной оси. Установка УДГ-301 комплектуется двумя сварочными горелками: малой и средней, а установка УДГ-501 – тремя сварочными горелками: малой, средней и большой. Электрическая схема включает в себя осциллятор-стабилизатор, устройство для заварки кратера и регулирования величины сварочного тока, схему управления сварочным циклом, схему ограничения работы осциллятора и напряжения холостого хода при обрыве сварочной дуги, полупроводниковый узел компенсации постоянной составляющей сварочного тока, схему управления узлом компенсации постоянной составляющей, схему управления осциллятором-стабилизатором. 71 Схема установки обеспечивает зажигание дуги пробоем дугового промежутка высокочастотной искрой импульсного осциллятора, при этом для снижения помех радиоприему и телевидению осциллятор работает по следующему циклу: 0,9 с – работа, 10 с – пауза. Поддержание горения дуги осуществляется с помощью импульсного стабилизатора. Компенсацию постоянной составляющей сварочного тока осуществляет специальный полупроводниковый блок. Плавное регулирование сварочного тока выполняется с помощью тиристорного регулятора напряжения путем подмагничивания шунта сварочного трансформатора, а для заварки кратера осуществляется плавное снижение сварочного тока специальным устройством. С помощью индуктивно-емкостного фильтра создается защита элементов установки от напряжения высокой частоты, создаваемого осциллятором. В процессе сварки включение и отключение сварки выполняются с помощью выключателя, установленного на горелке, при этом подача защитного газа – аргона включается за 1–5 с до начала сварки и прекращается через 5–30 с после ее окончания, а отключение напряжения холостого хода сварочного трансформатора осуществляется за время не более 1 с после обрыва сварочного тока. Внешний вид некоторых установок типа УДГ приведен на рис. 2.31, а их технические характеристики даны в табл. 2.6. а б в Рис. 2.31. Внешний вид некоторых установок типа УДГ: а – УДГ-161; б – УДГ-180; в – УДГ-501 72 Таблица 2.6 Технические характеристики установок типа УДГ 1 3 4 5 6 7 12 13 14 15 Показатель Напряжение питающей сети трехфазное (с переключением), В Частота питающей сети, Гц Напряжение холостого хода, В Максимальный сварочный ток, А Минимальный сварочный ток, А Пределы регулирования сварочного тока при напряжении на дуге 12 В, А Способ зажигания Расход охлаждающей воды, л /ч Расход аргона, л/мин Габаритные размеры, мм Масса, кг УДГ-101 220–380 УДГ-161 220 УДГ-180 220 УДГ-301 УДГ-501 380 50 65 ± 2 % 25 ± 5 % 70 ± 5 % 80 при ПВ 25 % 4 150 при ПВ 35 % 5 170 при ПВ 35 % 35 315 при ПВ 60 % 15 500 при ПВ 60 % 40 2–80 5–150 35–180 8–20 – контактный 70 – – 1–8 – – 940×650× 360×360× ×905 ×930 290 60 70 ± 5 % бесконтактный 75 360×360× ×940 60 5–10 5–15 900×700×1100 390 2.3.5. Установки типа УДГУ Установки УДГУ имеют более простую конструкцию и лучшие весогабаритные показатели в сравнении с источниками типа ТИР и ИСВУ. Универсальная установка УДГУ-301 предназначена для ручной аргонодуговой сварки неплавящимся электродом на постоянном токе титановых, медно-никелевых сплавов, нержавеющих сталей или на переменном токе нержавеющих сталей, а также алюминия и его сплавов с компенсацией постоянной составляющей. Установка представляет собой однофазный выпрямитель по схеме (рис. 1.2, б) с заменой тиристоров VS3 и VS4 на диоды при сварке на постоянном токе и источник переменного тока по схеме (см. рис. 1.2, в). Переключение рода тока производится пересоединением сварочного кабеля 73 на другой разъем, а также подключением соответствующих элементов блока управления переключателем режима работы. Установка разнесена на два корпуса – источник питания и блок поджигания. В блоке поджигания находятся возбудитель-стабилизатор и часть блока управления, а также газовая аппаратура и арматура для охлаждающей сварочную горелку воды. Основные технические параметры установки УДГУ-301 Номинальная потребляемая мощность: силовой цепью (однофазная), кВ⋅А, не более 25 правления (трехфазная), кВт, не более 0,5 Номинальный сварочный ток, А 315 Число диапазонов регулирования 3 Общий диапазон регулирования сварочного тока, А 15...315 Диапазоны регулирования по ступеням 1 2 3 соответственно, А 25 100 315 Пределы регулирования рабочего напряжения, В 8...20 Номинальное рабочее напряжение, В 20 Номинальный режим работы (ПВ %) 60 при цикле 10 мин, % Допустимые отклонения напряжения питающей сети 10 от номинального значения, %, не более Напряжение холостого хода: на постоянном токе, В, не более 100 на переменном токе, В, не более 80 Внешняя характеристика крутопадающая Диаметр электродов, мм 0,8...6 Расход защитного газа, л/мин 5...10 Расход охлаждающей воды при давлении 75 на входе 0,25 МПа, л/ч, не менее Радиус действия сварочной горелки относительно 8 источника питания, м Масса, кг: источник питания, 280 блок поджигания 20 74 Габаритные размеры, мм: источник питания 800 × 700 × 900 блок поджигания 520 × 400 × 350 В комплект установки входят две горелки ГР-4 и ГР-6, а также редуктор АР-40 с расходомером. Упрощенная принципиальная схема установки УДГУ-301 показана на рис. 2.32. Рис. 2.32. Схема установки УДГУ-301 Сварочный трансформатор Т1 имеет магнитный шунт, обеспечивающий крутопадающую характеристику. В отличие от конструкции трансформатора, на магнитопроводе шунта расположена еще одна вторичная обмотка, увеличивающая крутизну внешней характеристики при сварке на ступени малых токов. Переключение ступеней производится переключателем S1. В положении «315 А» соединены клеммы 1-2, 7-8, 11-12 переключателя. Таким образом, подключены дополнительная вторичная обмотка, находящаяся рядом с первичной, и часть основной. В этом случае ток короткого замыкания максимально возможный. В положении S1 «100 А» соединены клемы 3-4 и 5-6 – подключены обе основные вторичные обмотки, находящиеся по другую сторону шунта от первичной, и ток 75 короткого замыкания в три раза меньше. В положении «25 А» соединены клеммы 9-10 и к предыдущему соединению последовательно подключается еще и обмотка, расположенная на магнитопроводе шунта. В последнем случае ток короткого замыкания минимальный. Внутри ступеней сварочный ток регулируется током обмотки управления магнитного шунта. Для этих целей предназначен выпрямитель на тиристорах VS1 и VS2, напряжение на который подается с первичной обмотки. Изменение тока через тиристоры обеспечивается подачей управляющих импульсов с импульсного трансформатора Т2 от схемы на однопереходном транзисторе блока управления. В режиме постоянного тока, когда сварочная горелка через блок возбудителя-стабилизатора В-С подключается, как показано на схеме (см. рис. 2.32) (разъем "="), сварочный ток проводят два диода VD10, VD11 и два тиристора VS3 и VS4, работающие в диодном режиме. Отпирающее анодное напряжение подается на тиристоры через переключатель S2 (S2.1, S2.2, S2.3 должны быть установлены в крайнее правое положение). Для предотвращения погасания дуги при спадах выпрямленного тока в схему включен дополнительный источник подпитки (трансформатор Т3, диоды VD8, VD9), ток которого опережает основной. В режиме переменного тока без компенсации постоянной составляющей переключатель S2 находится в положении, показанном на рис. 2.32, а источник питания подсоединен к В-С через разъем "~". В этом случае к сварочному трансформатору подключены встречно-параллельно тиристоры VS4 и VS5, работающие как диоды. В режиме переменного тока с компенсацией постоянной составляющей S2 находится в среднем положении. В этом случае тиристор VS4 управляется специальной схемой блока управления. Схема обеспечивает задержку включения тиристора VS4 при нарастании напряжения прямой полярности, уравнивая средние значения тока за полупериоды. Непрерывность сварочного тока в моменты перехода через ноль поддерживается шунтированием балластным сопротивлением R5 тиристоров VS4 и VS5. Для возбуждения и поддержания горения дуги при сварке алюминиевых сплавов в установке имеется возбудитель-стабилизатор В-С (см. рис. 2.32). 76 Принципиальная схема возбудителя-стабилизатора установки УДГУ-301 соответствует схеме, приведенной на рис. 2.14. Кроме управления током и компенсации постоянной составляющей блок управления установки осуществляет: – автоматическую выдержку времени для предварительной подачи защитного газа в горелку и поддувное устройство до возбуждения дуги (управление двумя электромагнитными клапанами); – отключение подачи газа в поддувное устройство; – автоматическое включение сварочного трансформатора и осциллятора по истечении времени продувки газового тракта с настройкой времени до 5 с; – включение осциллятора на время не более 1 с (с перерывом не менее 9 с); – автоматическое переключение осциллятора на режим работы стабилизатора после ее возбуждения (на переменном токе); – отключение сварочного трансформатора после плавного спада тока до минимального в пределах каждой ступени для заварки кратера; – автоматическое прекращение подачи газа по истечении установленной выдержки времени от 5 до 30 с после прекращения горения дуги; – отключение напряжения холостого хода после размыкания сварочной цепи за время не более 1 с; – возможность включения подачи газа без включения дуги для установки требуемого расхода. Вышеперечисленное обеспечивается в нужной последовательности и с временными интервалами электромагнитными реле, коммутация которых осуществляется схемами с тиристорами, управляемыми с помощью однопереходных транзисторов. В установке предусмотрена возможность подключения пульта дистанционного управления или аналогичного устройства сварочного трактора или головки. Для сварки малоамперной дугой в условиях единичного производства и выполнения ремонтных работ созданы установки малой мощности. Примером такой установки является УДГУ-122. 77 Универсальная установка УДГУ-122 предназначена для ручной сварки на постоянном токе неплавящимся электродом в среде аргона малоуглеродистых и нержавеющих сталей, титановых и медно-никелевых сплавов, а также на переменном токе изделий из алюминия и его сплавов. Установка может быть использована для сварки штучными электродами на переменном и постоянном токах малоуглеродистых и нержавеющих сталей. Рекомендуемые разработчиками толщины свариваемых материалов при сварке неплавящимся электродом составляют: малоуглеродистые стали – до 2,0 мм; нержавеющие стали – до 1,5 мм; титановые сплавы – до 1,0 мм; медно-никелевые сплавы – до 0,8 мм. Сварка штучными электродами выполняется для малоуглеродистых и нержавеющих сталей толщиной до 4 мм. Установка УДГУ-122 является однофазным управляемым выпрямителем по схеме (рис. 1.2, б) при сварке на постоянном токе и источником переменного тока по схеме (рис. 1.2, в). Так же как и в УДГУ-301, переключение рода тока производится пересоединением сварочного кабеля на соответствующий разъем и установкой переключателя лицевой панели в нужное положение. Установка состоит из двух корпусов: источника питания, на лицевой панели которого находятся все органы управления, и возбудителя ВСД-125, на котором имеется переключатель рода тока. Оба корпуса соединяются сварочным кабелем и проводами через разъемы. Газовая аппаратура обеспечивает подачу аргона в сварочную горелку с расходом до 5 л/мин. Основные технические параметры установки УДГУ-122 Номинальное напряжение однофазной сети, В Номинальный сварочный ток, А: Рабочее напряжение при номинальном сварочном токе, В Максимальное напряжение на дуге, В Количество ступеней регулирования тока Диапазон регулирования сварочного тока, А: 1 ступень 2 ступень 3 ступень 78 5% 220 +−10 % 125 15 18 3 20...50 40...80 70...125 Напряжение холостого хода, В Продолжительность нагрузки при времени цикла 5 мин (ПН),% Время заварки кратера, с, не менее Время отключения газа после сварки, с Мощность, потребляемая из сети при максимальном токе, 80 20 5 3 10 кВ⋅А, не более Масса, кг: источника питания 52 возбудителя сварочной дуги 10 Габаритные размеры, мм источника питания 292 × 394 × 490 возбудителя сварочной дуги 292 × 210 × 463 В комплект установки входит сварочная горелка. Упрощенная принципиальная схема установки представлена на рис. 2.33. Рис. 2.33. Упрощенная принципиальная схема установки УДГУ-122 Сварочный трансформатор Т1 имеет ту же конструкцию, что и в УДГУ-301, но без обмотки управления. На магнитопроводе шунта размещены дополнительная вторичная обмотка и слаботочная обмотка вспомо79 гательного источника тока. Первичная обмотка находится внутри части вторичной. Изменение тока производится ступенчато. При этом дополнительная обмотка обеспечивает размагничивающее действие на первой ступени, отключается на второй и подключается согласно на третьей. Внутри ступеней ток регулируется углом управления тиристоров VS1 и VS2 на постоянном токе и VS2 и VS3 на переменном. Тиристор VS4 работает в диодном режиме. Переключение рода тока осуществляется переключателем S3. Вспомогательный источник подключается при сварке штучными электродами отключением возбудителя-стабилизатора В-С переключателем S2. В состав вспомогательного источника входят дополнительная слаботочная обмотка сварочного трансформатора, диоды VD4, VD5 и конденсатор СЗ. Последовательное включение емкости СЗ на стороне переменного тока обеспечивает сдвиг тока в нагрузке относительно тока основного источника и препятствует прерыванию дуги при различных углах управления тиристорами. Охлаждение тиристоров и схемы управления осуществляется вентилятором М. Работа возбудителя-стабилизатора В-С рассмотрена ранее. Включение установки производится кнопкой на горелке S1 или выключателем S2 при сварке штучными электродами. Время нарастания тока регулируется резистором R5, а заварки кратера – резистором R6. Сварочный ток устанавливается резистором R4. При сварке алюминиевых сплавов на переменном токе степень устранения постоянной составляющей определяется в результате пробных сварок и устанавливается резистором R2. Работу установки обеспечивает электронный блок управления БУ. Для стабилизации режима во время сварки в качестве сигнала обратной связи в схеме используется падение напряжения на шунтирующих тиристорах VS2, VS3, резисторах R8 и R9 за время, соответствующее углу управления (до включения тиристоров). Установка не имеет приборов, отображающих режим сварки, и протарированных переключателей и рассчитана на квалифицированную эксплуатацию. 80 В настоящее время выпускаются универсальные сварочные установки УДГУ-251, УДГУ-351 и УДГУ-501. Установки предназначены для сварки неплавящимся электродом ∅ 0,8–6 мм в среде аргона на переменном (АС) или постоянном (DC) токах металлов и сплавов. Особенности установок: – возможность выбора одного из режимов сварки (ТИГ-АС, ТИГ-DC, ММА-АС, ММА-DC); – возможность подключения пульта дистанционного управления (для регулирования сварочного тока), в том числе пульта пульсирующей сварки ППС; – индикация наличия напряжения сети; – отключение силовой цепи при тепловой перегрузке и индикация отключения; – плавное регулирование значения величины сварочного тока; – регулирование времени продувки газового тракта до сварки (0,2–8,0 с); – включение сварочного тока и регулирование времени плавного нарастания тока в начале сварки (0,1–10 с); – регулирование плавного снижения сварочного тока в конце сварки (0,1–30 с); – регулирование временем подачи газа в конце сварки (0,2–30 с); – бесконтактный поджиг дуги; – регулирование очищающей и проплавляющей способности дуги (режим ТИГ-АС). Установка УДГУ-251 (рис. 2.34) состоит из корпуса, внутри которого расположены трансформатор, блок выпрямителей, дроссель, осциллятор, коммутационная и защитная аппаратура. Охлаждение установки воздушное принудительное с помощью вентиляторов. Корпус установки смонтирован на колесах, дающих возможность перемещения вручную без применения специальных средств. 81 а б Рис. 2.34. Внешний вид (а) и элементы управления (б) установки УДГУ-251: 1 – штуцер подачи газа к горелке; 2 – токовый разъем «~/+»; 3 – индикатор «Перегрев»; 4 – сетевой выключатель с индикацией; 5 – пульт управления сварочным процессом; 6 – концевые выключатели блокировки неверной установки перемычек AC/DC; 7 – переключатели режимов AC/DC; 8 – токовый разъем «~/–»; 9 – разъем кнопки на горелке; 10 – сетевой кабель с жилой заземления; 11 – штуцер подачи газа от газовой арматуры Принципиальная схема установок приведена на рис. 2.35. Установка снабжена термореле (SK1), которое отключает силовую цепь при перегрузке. 82 Рис. 2.35. Принципиальная схема установок типа УДГУ 251, 351,501 Для сварки в импульсном режиме к установкам типа УДГУ выпускается приставка ППС-01 (пульт пульсирующей сварки), которая позволяет регулировать наибольшие и наименьшие значения импульсов тока, ток 83 паузы и их продолжительность. ППС-01 позволяет регулировать частоту следования импульсов до 10 Гц (по спецзаказу до 30 Гц). Это обеспечивает снижение вероятности прожогов свариваемого металла, возможность сварки в различных пространственных положениях и улучшает формирование сварного соединения. Технические характеристики установок типа УДГУ приведены в табл. 2.7. Таблица 2.7 Технические характеристики установок типа УДГУ Наименование параметра 1. Номинальный сварочный ток при цикле 5 мин, А (при ПВ, %) УДГУ-251 АС DС 275 (25) 250 (35) УДГУ-351 AC 270 (60) 210 (100) DC 270 (60) 210 (100) 2. Напряжение холостого хода, В, 80 100 70 100 не более 3. Пределы регулирования свароч10–275 10–250 15–350 12–300 ного тока, А 4. Пределы регулирования рабочего 10,4–21 10,4–20 10,6–24 10,5–22 напряжения, В 5. Потребляемая мощность, кВА, не 21 21 26 24 более 6. Габаритные размеры (длина × 750 × 390 × 770 455 × 565 × 970 ширина × высота), мм, не более 7. Масса, кг, не более 110 136 УДГУ-501 AC 500 (60) 360 (100) DC 450 (60) 350 (100) 70 100 25–500 15–450 12–30 10–28 35,6 31,7 455 × 730 × 970 200 На рис. 2.36 приведено расположение элементов управления установок УДГУ-351 и УДГУ-501. На схеме показаны: 1, 27 – переключатель и перемычки установки AC/DC; 2 – переключатель режимов работы осциллятора; 3 – переключатель вида сварки (ММА-ТИГ); 4 – потенциометр регулирования сварочного тока; 5 – потенциометр регулирования длительности продувки газа; 6 – потенциометр регулирования длительности нарастания тока сварки; 7 – потенциометр регулирования длительности спада тока; 8 – потенциометр регулирования длительности продувки газа после сварки; 9 – кнопка «пуск»; 10 – индикатор наличия напряжения питающей сети «Сеть»; 11 – индикатор перегрузки (включение теплового реле); 12 – предохранители; 13 – разъем подключения пульта дистанцион84 ного управления (ПДУ и ППС); 14 – переключатель «местное-дистанционное» управление; 15 – разъем для подключения кнопки горелки; 16 – силовой разъем «-/~»; 17 – силовой разъем «+/~»; 18 – штуцер подключения выхода газа к горелке; 19 – кнопка «стоп»; 20 – потенциометр регулирования очищающей-проплавляющей способности дуги в в режиме ТИГ (АС); 21 – кабель для подключения к сети; 22 – штуцер «вход газа»; 23 – болт заземления; 25 – штуцер для входа охлаждающей горелку жидкости; 26 – штуцер для выхода охлаждающей горелку жидкости. Рис. 2.36. Расположение элементов управления установок УДГУ-351 и УДГУ-501 Завод «Электрик» (г. С.-Петербург) выпускает установку УДГУ-2510, предназначенную для ручной сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов алюминия и его сплавов на переменном токе, а также изделий из нержавеющих сталей, титановых и медно-никелевых сплавов на постоянном токе. Установка сварочная УДГУ-2510 предназначена для промышленной эксплуатации и рассчитана на длительную непрерывную работу (ПВ, 85 60 %), при этом имеется защита от перегрузки с индикацией. Электронная схема установки позволяет получить мягкую устойчивую дугу, хорошо регулируемую во всем диапазоне токов. Установка имеет как непрерывный, так и импульсный режимы, при этом регулируются по отдельности ток импульса и ток паузы. Расширенный диапазон токов от 5 до 250 А позволяет сваривать материалы толщиной 0,3–8 мм. Система управления позволяет предварительно установить сварочный ток по цифровому индикатору и плавно его регулировать в процессе работы. В зависимости от вида сварки и материала может выбираться разная интенсивность. Установка сварочная УДГУ-2510 (рис. 2.37) состоит из следующих основных узлов: блока силового, возбудителя-стабилизатора сварочной дуги, сварочных горелок, пульта дистанционного управления. Технические характеристики установки приведены в табл. 2.8. Рис. 2.37. Схема комбинированная установки УДГУ-2510 86 Таблица 2.8 Технические характеристики сварочной установки УДГУ-2510 Напряжение питания (50 Гц), В Потребляемая мощность, кВА Род сварочного тока Номинальный сварочный ток, А(%) Продолжительность цикла сварки, мин Диапазон регулирования сварочного тока, А Режим импульсной сварки: – ток импульса, А – ток паузы, А – длительность импульса, с – длительность пузы, с Напряжение холостого хода, В Номинальное рабочее напряжение, В Диаметр вольфрамового электрода, мм Расход аргона, л/мин Степень защиты Габариты (Д × Ш × В), мм: – блока силового – возбудителя стабилизатора дуги Масса кг, не более: – блока силового – возбудителя стабилизатора дуги 2х380 22 пост./перем. 250 (ПВ 60 %) 200 (ПВ 100 %) 10 5…250/10…250 5…250/10…250 5…150/10…150 0,1…4,0 0,1…4,0 65 18 0,5…5 4…10 IP22 750 × 415 × 770 330 × 225 × 345 155 10 Внешние характеристики установки приведены на рис. 2.38. Рис. 2.38. Внешние характеристики установки УДГУ-2510 87 Установка снабжается компактным блоком возбуждения дуги, к которому подключается горелка. Блок позволяет вести работу на расстоянии до 50 мм от источника, при этом возможно регулирование сварочного тока на месте сварки через дистанционный пульт управления. Могут использоваться горелки как с водяным охлаждением для сварки материалов большой толщины, так и с газовым охлаждением для тонких материалов. 2.3.6. Инверторные источники для TIG сварки НПП «Технотрон» (г. Чебоксары) выпускает инверторные источники питания марки ДС. Так, ДС200А (рис. 2.39) – инверторный аппарат для сварки неплавящимся электродом в защитных газах (TIG) в непрерывном и импульсном режимах на токах до 200 А. Инверторный аппарат ДС315АУ предназначен не только для TIG сварки сталей и цветных металлов на постоянном токе, но и алюминия и его сплавов – на переменном токе до 315 А. Импульсный режим применяется для управления процессом тепловложения и кристаллизации сварочной ванны. Источники имеют ПВ = 100 %. Аппараты позволяют задавать все параметры сварки в цифровом виде. Основные функциональные возможности аппаратов серии ДС: – питание от стационарной сети и от автономных генераторов; – режим контактного и бесконтактного зажигания дуги на малом токе; – непрерывный и импульсный режимы работы; – 2-тактный и 4-тактный режимы работы; – режим «Миниток», позволяющий во время сварки производить быстрое переключение между двумя заданными уровнями тока; – память сварочных режимов; – режим фокусировки дуги; – регулируемое время нарастания и спада тока при окончании сварки. Плавное нарастание сварочного тока необходимо для снижения износа электрода и защиты места начала сварки, а плавный спад предотвращает образование кратера; – управление сварочным током с пульта дистанционного управления ±25 % от заданного. 88 а б Рис. 2.39. Внешний вид источников питания ДС200А (а) и ДС315АУ (б) Контроль тока и напряжения производится цифровым индикатором, а контроль расхода газа – ротаметром. Регулировка тока зажигания позволяет установить такую его величину, при которой происходит надежное зажигание сварочной дуги и в то же время нет прожигания свариваемого изделия в месте начала сварки. Для максимальной защиты сварочной ванны выполняются продув газа перед началом сварки и обдув сварочной ванны после окончания сварки. В аппарате ДС315АУ для сварки алюминия и его сплавов предусмотрен режим работы на переменном токе с регулировкой: амплитуды тока (относительно импульса положительной и отрицательной полярности), частоты тока, коэффициента заполнения импульсов сварочного тока, т. е. имеется возможность увеличивать, либо уменьшать долю сварочного тока прямой и обратной полярности (от 35 до 90 %), что позволяет гибко управлять проплавляющей и очищающей способностью сварочной дуги. Повысить проплавляющую способность дуги можно, увеличив долю сварочного тока прямой полярности или его амплитуду. Повысить очищающую способность сварочной дуги, необходимую для эффективного разрушения оксидной пленки, можно, увеличив долю сварочного тока обратной полярности или его амплитуду. Такое управление тепловложением позволяет значительно увеличить стойкость электрода и использовать го89 релку без водяного охлаждения. Внешний вид панелей управления аппаратов серии ДС приведен на рис. 2.40. а б Рис. 2.40. Панели управления аппарата ДС200А (а) и ДС315АУ (б): 1 – время продува газа перед началом сварки; 2 – ток зажигания; 3 – время нарастания сварочного тока; 4 – ток сварки; 5 – время импульса; 6 – ток паузы; 7 – время паузы; 8 – время спада сварочного тока; 9 – время обдува сварочной ванны; 10 – регулировка частоты переменного тока с шагом 1 Гц; 11 – амплитуда положительной полярности тока; 12 – отношение длительности импульса прямой полярности к обратной; 13 – амплитуда отрицательной полярности тока 90 Технические характеристики аппаратов серии ДС показаны в табл. 2.9. Таблица 2.9 Технические характеристики аппаратов серии ДС Наименование параметра ДС-250 ДС-315 Напряжение питания, В 380,+10 % –15 % Потребляемая мощность, кВА, не более 11 15 Сварочный ток (плавнорегулируемый), А 5–200 15–315 Дискретность регулирования сварочного 1 тока, А Способ возбуждения дуги контактный и бесконтактный Режим работы непрерывный и пульсирующий Частота модуляции в аргонодуговом ре300 ± 10 – жиме, Гц Отношение длительности импульсов пря– 30–70 мой и обратной полярности в режиме АДС, % Номинальный режим работы ПН, % (при 100 +40 º С) Диапазон рабочих температур, ºС От –20… до +40 От –10 до +40 Масса, кг 27 50 Габаритные размеры (Ш × В × Г), мм 220 × 431 × 564 220 × 431 × 564 Научно-производственное предприятие «ФЕБ» (г. С.-Петербург) выпускает инверторные источники питания «МАГМА-315» нескольких модификаций, предназначенные для аргонодуговой ручной или автоматической сварки неплавящимся электродом черных и цветных металлов (кроме алюминия). Источник представляет собой автоматически управляемый преобразователь электрической энергии со звеном повышенной частоты – инвертором (рис. 2.41). Рис. 2.41. Структурная схема источника 91 Преобразование электрической энергии в источнике осуществляется в четыре этапа: – выпрямление напряжения питающей сети и сглаживание его емкостным фильтром осуществляется узлом U1; – преобразование постоянного напряжения в переменное повышенной частоты 25 кГц на выходе осуществляется узлом U2; – трансформация (понижение до необходимой величины) и гальваническая развязка напряжения высокой частоты с помощью трансформатора U3; – выпрямление напряжения высокой частоты и сглаживание его индуктивным фильтром в узле U4. Управление количеством передаваемой энергии осуществляется в узле инвертора с помощью регулирования длительности полуволн напряжения – широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Задание для узла инвертора формирует система управления источника (СУ). Она измеряет величину сварочного тока и меняет количество передаваемой энергии. Вспомогательный источник питания (ВИП) обеспечивает узлы источника необходимым напряжением. Технические характеристики источника МАГМА-315 приведены в табл. 2.10, а внешний вид представлен на рис. 2.42. Таблица 2.10 Технические характеристики источника МАГМА-315 Сварочный ток: ПВ=100 % при tокр. ср.=250° С, не менее ПВ=60 % при tокр. ср.=400° С, не менее ПВ=30 % при tокр. ср.=600° С, не менее Диапазон регулировки сварочного тока в ручных режимах Диапазон установки напряжения холостого хода Напряжение питания от трехфазной сети Потребляемая мощность при номинальном токе 300 А Рабочий диапазон температуры окружающей среды Габаритные размеры с защитным каркасом, мм, не более Масса, кг, не более 92 300 А (32 В) 250 А (30 В) 300 А (32 В) 5–350 А 50–85 В 380 В 15кВ∙А/11кВт –40 … + 40 ° С 540 × 370 × 300 25 Рис. 2.42. Внешний вид источника питания МАГМА-315 Выходная характеристика источника при ручной TIG сварке приведена на рис. 2.43. При возбуждении дуги бесконтактным способом путем пробоя газового промежутка высоким напряжением осциллятора ток короткого замыкания ограничивается до 20 А. Напряжение холостого хода ограничено предварительной установкой от 50 до 85 В. Рис. 2.43. Выходная характеристика источника МАГМА-315 при ручной TIG сварке Система управления источником формирует выходную характеристику ABDE. Отрезок BD задает выходную характеристику, на которой горит сварочная дуга. Положение отрезка задается координатами точки С и наклона К отрезка. Положение точки С определяется пересечением пря93 мой, полученной уравнением U = 10 + (0,04 + RСвЦ)·I, и установленного тока для сварочного процесса Iус. Зона «холостого хода» начинается при токе меньшем, чем Ixx. При этом система управления ограничивает напряжение на уровне 85 В. При токе меньшем 5 А система управления ограничивает напряжение холостого хода на установленном уровне Uxx, которое зависит от установки параметра «Горячий Старт». При установке параметра меньше нуля Uxx = 12 B. При установке параметра выше нуля Uxx устанавливается от 50 до 85 В. Зона КЗ начинается при напряжении меньшем, чем (5 + (0,02 + RСвЦ) ∙ I) В, т. е. ниже точки D. При этом система управления поддерживает ток на уровне Iкз. Значение Iкз зависит от установки параметра «Горячий Старт». При установке параметра меньше нуля Iкз устанавливается от 100 до 20 А. При установке параметра выше нуля Iкз = 20 А. Рязанский приборный завод выпускает сварочные инверторы под торговой маркой «Форсаж». Для аргонодуговой сварки постоянным током деталей и материалов из стали и медных сплавов (TIG) предназначены аппараты «Форсаж201АД» и «Форсаж-315АД». Аппараты обеспечивают: – бесконтактное (за счет применения осциллятора) или контактное возбуждение дуги при подаче электрода и защитного газа к свариваемому шву; – стабильность процесса сварки; – высокое качество сварного шва за счет подачи защитного газа в зону сварки до зажигания и после погасания дуги; – высококачественное формирование шва и заварки кратера сварочного шва за счет плавного нарастания и спада сварочного тока; – выполнение сварочных швов в любых пространственных положениях; – возможность работы в продолжительном режиме; – возможность двухтактного и четырехтактного управления процессом сварки. 94 Органы управления аппарата «Форсаж-315АД» приведены на рис. 2.44. Рис. 2.44. Общий вид и органы управления аппарата «Форсаж-315АД» Для сварки на постоянном на переменном токе предназначены аппараты «Форсаж-200 АС/DC», «Форсаж-315 AC/DC» и «Форсаж-500 AC/DC». Функциональная схема аппаратов приведена на рис. 2.45. Переменное напряжение сети электропитания (либо от автономной электростанции) подается на входной выпрямитель (В), где выпрямляется. Затем оно поступает на блок измерения и коммутации сетевого напряжения (БИК), в котором осуществляется его измерение. В случае несоответствия напряжения питающей сети допустимому диапазону аппарат не включается. Далее напряжение питания сглаживается входным фильтром (Ф). Постоянное напряжение с выхода фильтра поступает на транзисторный преобразователь (ТП), представляющий собой генератор с внешним возбуждением, где вновь происходит его трансформация в переменное импульсное напряжение. Также ТП обеспечивает формирование крутопадающей выходной вольт-амперной характеристики. Импульсное напряжение выпрямляется выходным выпрямителем (ВВ) и поступает на выход95 ной инвертор (ВИ), который в режиме «TIG AC» преобразует постоянное напряжение в переменное заданной формы и частоты, а в режиме «TIG DC» оставляет напряжение постоянным. Рис. 2.45. Функциональная схема аппаратов «Форсаж-200 (315, 500) AC/DC» Далее напряжение поступает на выходные розетки аппарата. Управление работой ТП, защиту от перегрузок по току и регулирование сварочного тока осуществляет устройство управления (УУ). Цифровые индикаторы модуля интерфейса пользователя (МИП) обеспечивают индикацию выходных параметров (ток и напряжение) и дополнительных рабочих параметров аппарата. Бесконтактный поджиг дуги обеспечивает осциллятор (ОСЦ). Включение осциллятора происходит при установке клавишного выключателя в положение «HF» (светодиод клавишного выключателя должен светиться). Конструктивно аппараты выполнены в виде переносных моноблоков. Для примера на рис. 2.46 приведен общий вид аппарата «Форсаж-500 AC/DC». В верхней части передней панели расположены: – индикатор «TIG»; – индикатор «ММА»; – индикатор «ДУ»; – кнопка переключения режимов работы аппарата «TIG/ММА»; – регулятор «–»-«+», предназначенный для установки параметров функций аппарата; 96 – жидкокристаллический экран, отображающий различную информацию в зависимости от установленного режима работы; – кнопки «1», «2», «3» и «4» с изменяющимися в зависимости от режима функциями. Рис. 2.46. Общий вид аппарата «Форсаж-500 AC/DC» В нижней части передней панели расположены: – разъемы (с обозначением полярности выходного напряжения) для присоединения сварочных кабелей и горелки; – разъем для подключения кабеля ПДУ; – разъем для подключения кабеля кнопки сварочной горелки; – фитинг для подключения шланга сварочной горелки; – клавишный выключатель со светодиодной подсветкой для включения осциллятора. На задней панели аппарата размещены: – фитинг «ГАЗ» для шланга подачи защитного газа от газового баллона; – выключатель «СЕТЬ» отключения сети; – сетевой шнур. В зависимости от режима сварки (AC или DC) на жидкокристаллическом экране высвечивается соответствующая информация по настройкам (рис. 2.47). 97 а б Рис. 2.47. Отображение настроек на жидкокристаллическом экране при сварке «TIG DC» (а) и «TIG AC» (б) Технические характеристики аппаратов «Форсаж» приведены в табл. 2.11. Таблица 2.11. Технические характеристики аппаратов серии «Форсаж» Параметры 201АД 315АД 200AC/DC 315AC/DC 500 AC/DC Регулирование сварочного тока, А Диаметр электрода, мм Ток дежурной дуги, А Баланс, % (для режима TIG AC) Частота выходного тока, Гц (для режима TIG AC) Максимальный сварочный ток, А (при ПН, %) 5–200 10–315 5–200 5–315 5–500 1,6–5 1,6–5 1,6–5 1,6–5 1,6–6 – – – – – 45–85 – 45–85 5–60 45–85 – – 20–300 20–300 20–300 140 (100) 200 (40) 250 (100) 315 (60) 140 (100) 200 (40) 250 (100) 315 (60) 400 (100) 500 (60) 98 Окончание табл. 2.11 Параметры 201АД 315АД 200AC/DC 315AC/DC 500 AC/DC Напряжение холостого хода, В Максимальная потребляемая мощность, кВА Регулируемое время нарастания/спада тока Время подачи защитного газа перед сваркой, с Время подачи защитного газа после сварки, с Габариты, мм (Д × В × Ш) Масса, кг – 70–100 70–90 – – 10 17 9,5 17 27 + + 0–10/0–15 0–10/0–15 0–10/0–15 + + 0–5 0,1–10 0–20 0,1–30 352×198×193 425×185×355 358×197×261 440×188×380 497×209×410 6,7 14 9,5 16,2 23,5 2.4. СЕРИЙНЫЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ДЛЯ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ ЗАРУБЕЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА В настоящее время значительное количество производителей выпускают широкую номенклатуру аппаратов для аргонодуговой сварки неплавящимся электродом. На американском рынке лидерами являются компании Lincoln Electric и Miller, а в Европе – ESAB (Швеция), Kemppi (Финляндия) и EWM (Германия). Компания ESAB поставляет аппараты для аргоно-дуговой сварки торговых марок Caddy Tig, Origo Tig и Aristo Tig. Все аппараты представляют собой инверторы, выполненные на технологии IGBT, с дополнительным охлаждением от отдельного блока с управлением программой ESAB LogicPump. Аппарат Caddy Tig 2200i AC/DC является классическим в нише переносных аппаратов. Он оснащен ручкой для удобства транспортировки. Для охлаждения внутренних компонентов предназначены большие радиаторы-теплосъемники и оптимальная конструкция воздушного охлаждения. В состав аппарата входит блок автоматической коррекции коэффициента мощности (ККМ), который минимизирует помехи в сети, что позволяет подключать аппарат к генератору. Управление аппаратом осуществляется с помощью панели TA33 AC/DC или TA34 AC/DC (рис. 2.48). При сварке на переменном токе ап99 парат оснащен функцией предварительного подогрева электрода, которая повышает стабильность горения дуги и безопасность в начале сварки. Продолжительность предварительного нагрева электрода устанавливается от 80 до 120 мс. Функция VRD обеспечивает поддержание значения напряжения разомкнутой цепи на уровне 35 В, а при начале сварки она отключается. Аппараты Origo Tig 3000i AC/DC и Origo Tig 4300iw AC/DC более мощные, предназначены для использования на крупных предприятиях с возможностью перемещения подъемными механизмами. Обладают всеми описанными выше функциями. Управление осуществляется с панели ТА24 AC/DC (рис. 2.49). Рис. 2.48. Панель управления ТА34 AC/DC: 1 – ручка для задания параметров; 2 – дисплей; 3 – выбор способов сварки; 4 – кнопка выбора метода сварки TIG; 5 – выбор высокочастотного возбуждения дуги (HF) или зажигания дуги контактным способом (LiftArc); 6 – выбор 2-тактного или 4-тактного режима; 7 – выбор настройки с панели, с переключателя горелки или с блока дистанционного управления; 8 – индикация включения функции VRD (пониженное напряжение разомкнутой цепи); 9 – индикаторы параметра, отображаемого на дисплее; 10 – отображение измеренного значения тока или напряжения во время сварки; 11 – индикация выбранного настраиваемого параметра; 12 – кнопки для введения параметров сварки в запоминающее устройство 100 Рис. 2.49. Панель управления ТА24 AC/DC: 1 – ручка для задания параметров; 2 – дисплей; 3 – выбор способа сварки; 4 – кнопка выбора метода сварки TIG; 5 – выбор высокочастотного возбуждения дуги (HF) или зажигания дуги контактным способом (LiftArc); 6 – выбор 2-тактного или 4-тактного режима; 7 – выбор настройки с панели, с переключателя горелки или с блока дистанционного управления; 8 – отображение измеренного значения тока или напряжения во время сварки; 9 – индикаторы параметра, отображаемого на дисплее; 10 – выбор настраиваемого параметра; 11 – индикация выбранного настраиваемого параметра; 12 – кнопки для введения параметров сварки в запоминающее устройство; 13 – индикация включения функции VRD (пониженное напряжение разомкнутой цепи) Технические характеристики аппаратов для TIG сварки компании ESAB приведены в табл. 2.12. Таблица 2.12 Технические характеристики некоторых аппаратов для TIG сварки компании ESAB Параметр Диапазон установок для аргонодуговой сварки (TIG) постоянного тока, A Напряжение холостого хода (A33), В Caddy Tig 2200i AC/DC Origo Tig 3000i AC/DC Origo Tig 4300iw AC/DC Aristo Tig 4000iw DC 3–220 4–300 4–430 4–400 70 54-67 83 78-90 101 Окончание табл. 2.12 Параметр Caddy Tig 2200i AC/DC 0,99 Коэффициент мощности (TIG) Максимальный выходной 140 (100) ток при 40 ° C (ПВ, %) 220 (20) Нарастание тока, с Уменьшение тока, с Подача газа после гашения дуги, с Частота импульса постоянного тока, с Размеры, мм (Д × Ш × В) 418 × 188 × 345 Масса, кг 15 Origo Tig 3000i AC/DC 0,65 Origo Tig 4300iw AC/DC 0,89 Aristo Tig 4000iw DC 0,9 200 (100) 300 (35) 0–10 0–10 0–25 315 (100) 430 (35) 0–10 0–10 0–25 250 (100) 400 (25) – – – 0,01-2,5 0,01-2,5 – 652 × 249 × 423 30 625 × 349 × 776 95 625 × 394 × 776 81,5 Финская компания Kemppi представляет для аргонодуговой сварки неплавящимся электродом аппараты семейств MinarcTig Evo и MasterTig. Аппараты MinarcTig Evo предназначены для сварки TIG на постоянном токе на предприятиях легкой промышленности, при монтаже, ремонте и техническом обслуживании техники. Основным преимуществом аппаратов являются их малая масса и компактность. Семейство моделей включает MinarcTig Evo 200 и MinarcTig Evo 200MLP. Технология источников питания с PFC обеспечивает аппаратам высокий энергетический КПД и возможность надежного функционирования с кабелями питания длиной более 100 метров. В моделях MinarcTig Evo предусмотрена большая светодиодная приборная панель (рис. 2.50) и широкий набор функций, включая регулировку времени подачи газа до и после сварки, регулировку времени увеличения и уменьшения сварочного тока и возможности дистанционного управления. Модели MLP оснащены дополнительными функциями, среди которых регулятор Minilog и функция импульсной дуговой сварки. Сущность функции Minilog заключается в управлении током между двумя заданными значениями с помощью выключателя горелки. Происходит это так: включается подача газа нажатием кнопки включения на горелке, при отпускании кнопки ток начинает увеличиваться до заданного для основного режима сварки, далее в процессе сварки, если быстро нажать и отпустить выключатель горелки (за период менее одной секунды), произойдет переключение между основным током сварки и током 102 функции Minilog, удержание кнопки горелки более одной секунды позволяет плавно завершить работу, ток при этом уменьшается до полного гашения дуги. а б Рис. 2.50. Панели управления MinarcTig Evo 200 (а) и MinarcTig Evo 200MLP (б): 1 – индикатор сети; 2 – индикатор блока понижения напряжения; 3 – индикатор подачи газ до/после сварки, возрастания/уменьшения тока и значения основного тока; 4 – клавиши выбора параметра сварки; 5 – кнопка выбора способа сварки; 6 – кнопка выбора 2-тактного или 4-тактного режима; 7 – кнопка выбора способа зажигания дуги; 8 – кнопка выбора способа регулирования: с панели, с кнопки горелки, с пульта управления; 9 – регулятор сварочного тока и значений параметров; 10 – дисплей сварочного тока и значений параметров; 11 – индикатор перегрева; 12 – включение функции Minilog; 13 – задание уровня силы тока Minilog; 14 – включение функции импульсной сварки Аппараты серии MasterTig выпускаются следующих модификаций: для сварки на постоянном токе – MasterTig 3000 MLS, а для сварки на постоянном и переменном токе – MasterTig MLS 2300 ACDC. Питание источника MasterTig MLS 2300 ACDC однофазное 230 В, а MasterTig 3000 MLS – трехфазное 380 В. Установка на 230 А комплектуется панелями управления ACS или ACX, позволяющими быстро отрегулировать основные параметры, включая время подачи газа до и после сварки, частоту дуги переменного тока и значения времени возрастания и 103 уменьшения тока. Панель ACS предоставляет все необходимые элементы управления для сварки на постоянном и переменном токе, а также для комбинированной сварки (MIX TIG) с высокочастотным или контактным зажиганием. Панель ACX (рис. 2.51) имеет дополнительные функции, включая MicroTack, каналы памяти и импульсную сварку. MicroTack применяется для сложных работ, где необходима сварка тонколистовых заготовок или заготовок разной толщины, а также для прихваток. Сварка с функцией MicroTack напоминает точечную сварку тем, что обеспечивает мгновенную подачу сильноточного импульса, который сплавляет заготовки друг с другом. Рис. 2.51. Панель управления ACX: 1 – выбор функции 4Т-Log и Minilog; 2 – начальный ток (5–90 % Iсв); 3 – ток Start (мягкий пуск – 80–150 % Iсв); 4 – ток minilog (10–150 % Iсв); 5 – ток окончания (5–90 % I св); 6 – таймер точек при длинных импульсах и синергетических скоростных импульсах; 7 – продолжительность сварки точки глубокого проплавления (0–10 с); 8 – импульсный ток; 9 – соотношение импульса (10–70 %); 10 – частота; 11 – нижний ток (10–70 % от импульсного тока); 12 – функции памяти MEMORY; 13 – выбор ячейки памяти; 14 – запись параметров в память Аппарат MasterTig 3000 MLS комплектуется панелями MTL / MTX / MTM / MTZ, которые оснащены стандартными и специальными функци104 ями, необходимыми для выполнения качественной сварки TIG на постоянном токе. Панели могут иметь следующие функции: выбор высокочастотного или контактного зажигания, регулировку подачи газа до и после сварки, фиксирование переключателя сварочной горелки в режиме 2/4тактной синхронизации, выбор устройств дистанционного управления и вариантов настройки, таймер увеличения или уменьшения значений сварочного тока, управление импульсом зажигания при сварке ММА, управление динамикой дуги при сварке ММА, переключение режимов импульсной сварки и синергетической импульсной сварки TIG, таймер точечной сварки, функцию 4T LOG и каналы памяти. По расположению элементов управления аналогичны панелям ACS/ACX. Работа функции 4Т LOG заключается в том, что в процессе сварки пользователь кратковременным нажатием на кнопку «ПУСК» может сбросить сварочный ток (на 20–70 %, в зависимости от предустановки) и повысить обратно до рабочего уровня следующим кратковременным нажатием. Эта функция облегчает сварку в разных пространственных положениях, предотвращает прожоги. Широкую номенклатуру аппаратов для аргонодуговой сварки неплавящимся электродом представляет компания EWM (Германия). Наиболее простые из них входят в линейку «Picotig» (рис. 2.52). Это переносные компактные аппараты с номинальным сварочным током 230 А, предназначены для работы на монтаже. Охлаждение горелки – газовое. а б Рис. 2.52. Внешний вид аппарата EWM Picotig 200 (а) и панель управления (б) 105 Для непрерывной работы на производстве, в том числе при многосменной работе, предназначены аппараты линейки Tetrix. Они имеют высокие мощность и продолжительность включения. Силовая часть инвертора за счет высокого КПД дополнительно экономит затраты на энергию, а жидкостное охлаждение предотвращает перегрев. Аппараты, рассчитанные на 200 и 300 А, имеют блочное исполнение (отдельно источник питания и система охлаждения), а начиная с Tetrix 351 – однокорпусное исполнение (рис. 2.53). Все модели аппаратов имеют исполнение для сварки только постоянным током и исполнение для сварки на постоянном и переменном токах. Одной из особенностей аппаратов является функция EWM activArc, позволяющая получить точно сфокусированную стабильную сварочную дугу, надежный равномерный провар шва, отсутствие вольфрамовых включений в металле сварного соединения, уменьшенную зону термического влияния и, как следствие, снижение сварочных деформаций. а б Рис. 2.53. Внешний вид аппаратов EWM Tetrix 351 (а) и EWM Tetrix 551 (б) Динамичная система регуляторов обеспечивает постоянство вводимой энергии, т. е. изменение напряжения и сварочного тока, в случае изменения расстояния между горелкой и сварочной ванной (рис. 2.54). 106 Рис. 2.54. Преимущества функции EWM activArc Другой полезной функцией аппаратов является AC special, режим работы которой является вариантом использования импульсной сварки TIG, но при этом идёт чередование между переменным и постоянным током. Амплитуду и время переменного и постоянного тока можно настроить отдельно. Эта функция подходит для сварки вертикальных швов снизу вверх без маятникового поступательного движения, при сварке тонких листов встык, при полностью механизированной и автоматизированной сварке для получения более высокой скорости. Ещё одна функция EWM-spotArc – контактная сварка методом TIG, преимуществами которой являются лучшая поверхность точки и меньшее тепловложение. Так как сварка производится без присадочного металла, а расплавляется только основной металл, то точки получаются плоскими, без усиления, отсутствует необходимость последующей механической обработки места сварки. Благодаря меньшему времени сварки не происходит перегрев металла, что гарантирует отсутствие сварочных деформаций. При сварке не переменном токе аппараты позволяют регулировать баланс отрицательной и положительной составляющих от –30 до +30 %. Аппараты EWM Tetrix оснащены панелью управления Synergic (рис. 2.55). 107 Рис. 2.55. Панель управления EWM Synergic Панель осуществляет: – однокнопочное управление с помощью 256 заранее запрограммированных сварочных заданий (JOBs) и прямой доступ ко всем сварочным параметрам; – выбор между тремя режимами аргонодуговой сварки: spotArc (диапазон времени точечной сварки 0,01–20,0 с), 2-тактный или 4-тактный; – управление полярностью постоянного сварочного тока; – управление формой переменного тока – прямоугольная, трапецеидальная и синусоидальная; – включение функции «оптимизация поджига» в зависимости от диаметра вольфрамового электрода. Правильный выбор диаметра электрода обеспечивает лучшее зажигание дуги и увеличение ее стабильности при постоянном и переменном токе, а также оптимизирует округление конца вольфрамового электрода при переменном токе; – регулирование баланса полярности переменного тока (АС) от –30 до + 30 %; – регулирование частоты переменного тока (АС) от 50 до 200 Гц; – регулирование расхода газа; – задание и индикацию толщины свариваемого металла; – цифровую индикацию параметров сварки. 108 Для повышения производительности TIG сварки аппараты EWM Tetrix могут дополнительно комплектоваться подающими механизмами для сварки методом TIG coldwire (холодной проволокой), а также дополнительным источником питания для сварки методом TIG hotwire (горячей проволокой). В последнем случае присадочный материал нагревается от отдельного источника посредством резистивного нагрева проволоки с подводом тока к контактному наконечнику. Последней разработкой фирмы EWM стало устройство горячей подачи проволоки для сварки TIG c системой колебания проволоки в одном корпусе – TigSpeed drive hw (рис. 2.56). Рис. 2.56. Аппарат TigSpeed drive hw для TIG сварки горячей проволокой Аппарат заменяет применение дополнительного механизма подачи и источника сварочного тока для предварительного нагрева проволоки. Во время подачи проволоки происходит наложение непрерывного движения проволоки вперед и движений проволоки вперед-назад с частотой 1–15 раз/с. Благодаря этому достигается стабильность сварочного процесса с высокой мощностью расплавления. Регулируемый подвод тепла к проволоке осуществляется с силой тока 70–130 A (в зависимости от диаметра проволоки) для повышения мощности расплавления и снижения вероятности возникновения дефектов шва. 109 3. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ДЛЯ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ 3.1. ИМПУЛЬСНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ СВАРКЕ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ Появление импульсных процессов позволило улучшить технологические свойства дуги с плавящимся электродом и расширить возможности дуговой сварки. По сравнению со стационарными импульсные процессы позволяют регулировать проплавляющую способность сварочной дуги, уменьшить сварочные деформации, улучшить структуру сварного шва изменением скорости кристаллизации, повысить качественные характеристики сварного соединения за счет улучшения формирования шва независимо от пространственного положения и повышения однородности структуры, а также снизить потери на разбрызгивание при сварке в среде защитного газа за счет управления переносом электродного металла. Таким образом, стало возможным получение сваркой плавящимся электродом сварных соединений высокого качества из алюминиевых сплавов, применение автоматической сварки неповоротных стыков трубопроводов, обеспечение наиболее экономичного струйного переноса электродного металла при сварке в среде аргона на средних токах в 3–4 раза ниже критического, что позволило расширить область оптимальных режимов. В настоящее время существует несколько видов импульсных процессов, обеспечивающих высокие технологические показатели при различных способах сварки. Различия эти основаны на характере изменения сварочного тока и влияния его на процесс переноса электродного металла и формирование сварного шва. Наибольшее влияние на характер переноса электродного металла при сварке в среде аргона и его смесях оказывает импульсно-дуговая сварка (ИДС). При импульсно-дуговой сварке ток периодически увеличивается до амплитуды в несколько сотен ампер и снижается до тока паузы, называемого базовым током. Величина базового тока, как правило, меньше амплитуды импульса в 3–5 раз и оказывает наибольшее влияние на проплавление основного металла и размеры сварочной ванны. Частота импульсов выбирается близкой к частоте естественного переноса капель стационар110 ной дугой без коротких замыканий и в выпускаемых промышленностью сварочных источниках кратна сетевой (чаще всего это 50 и 100 Гц при длительностях импульса 1...5 мс). Процесс ИДС первоначально реализовался с помощью специальных генераторов импульсов, включаемых параллельно серийному сварочному выпрямителю (источнику базового тока). Затем стали использовать специальные источники, конструкция которых представляет совмещенные в одном корпусе сварочный выпрямитель и генератор импульсов. Импульсно-дуговая сварка обеспечивает управляемый перенос электродного металла, при котором один импульс отрывает одну каплю при минимальных потерях на разбрызгивание. Подача импульсов увеличивает средний ток процесса сварки на несколько десятков ампер в зависимости от амплитуды импульса и не требует каких-либо изменений в схемах управления приводом подачи электродной проволоки. Так как время действия импульса кратковременно, то контроль параметров в процессе сварки невозможен без осциллографа. Осциллограмма процесса ИДС при использовании генератора импульсов показана на рис. 3.1. Рис. 3.1. Осциллограмма процесса ИДС сплава АМг-6 (амплитуда импульсов 450 А; частота импульсов 100 Гц; длительность импульса 3 мс; средний ток сварки 180 А) Согласно последним представлениям о внешних характеристиках источников базового и импульсного токов источник базового тока должен иметь L-образную характеристику, а импульсного – жесткую с вертикальным участком в диапазоне амплитуды импульса (рис. 3.2). 111 Рис. 3.2. Внешние характеристики источников питания базового (кривая 1) и импульсного (кривая 2) тока В этом случае устойчивость процесса наибольшая при изменениях длины дуги от lmax до lmin. При малом базовом токе при удлинении дуги устойчивость её повышается с переходом на крутопадающий участок (точка b1), при этом ток импульса должен быть снижен (точка А1). При укорочении дуги амплитуда импульса практически неизменна (точка А2), а увеличение базового тока (точка b2) способствует лучшему саморегулированию. Скорость подачи электродной проволоки при этом постоянна, как и при сварке стационарной дугой. Другая разновидность импульсной технологии направлена на управление процессами в сварочной ванне и лишь косвенно влияет на перенос электродного металла. Этот способ может применяться как для сварки в среде защитных газов (включая СО2), так и для сварки покрытыми электродами. При сварке пульсирующей дугой в отличие от ИДС ток не имеет четко выраженной паузы, а периодически возрастает и снижается по экспоненте или имеет прямоугольную или трапецеидальную форму. Последний способ получил название сварки модулированным током. Наблюдаемая на осциллограммах модуляция получается при сварке в среде СО2 с естественными короткими замыканиями с частотой в несколько десятков герц. В этом случае естественная частота коротких замыканий является как бы несущей, на которую накладываются периодические изменения напряже112 ния более низкой частоты. Осциллограммы сварки пульсирующей дугой и модулированным током при различных способах изменения напряжения источника показаны на рис. 3.3 и 3.4. а б в Рис. 3.3. Осциллограммы процесса сварки в СО2 с короткими замыканиями при модуляции тока: а – изменение напряжения и тока возбуждения сварочного генератора; б, в – изменение напряжения и тока сварочной дуги Временные параметры импульсов близки к параметрам импульснодуговой сварки неплавящимся электродом. Соотношения величин токов импульса и паузы как для сварки пульсирующей дугой, так и для сварки модулированным током, как правило, не более 3:1. Сварка модулированным током и пульсирующей дугой реализуется при схемах источников, показанных на рис. 1.2, а и 1.2, д соответственно. Для схемы на рис. 1.2, д созданы различные приставки, для схемы на рис. 1.2, а используются специальные источники. Кроме этого в ИЭС им. Е. О. Пaтoна создано и выпускалось серийно импульсное устройство, в том числе и для сварки модулированным током, где несущая частота не связана с естественными короткими замыканиями. 113 а б в Рис. 3.4. Осциллограмма процесса сварки модулированным током при подаче импульсов трапецеидальной формы: а – изменение напряжения сварочного выпрямителя; б, в – изменение напряжения и тока сварочной дуги; uи – напряжение источника питания; uн и iн – напряжение и ток дуги; tИ и tП – время импульса и время паузы Конструкция источника представляет собой источник для ИДС, имеющий дополнительную возможность периодического изменения амплитуды импульсов по жесткой программе с частотой, соответствующей частоте сварки модулированным током. Осциллограмма такого процесса показана на рис. 3.5. Базовый ток в этом источнике зависит от амплитуды и длительности импульса и не является строго постоянно величиной. а б Рис. 3.5. Осциллограммы процесса сварки модулированным током в среде аргона при отсутствии коротких замыканий с источником конструкции ИЭС им. Е.О. Патона: а – напряжение холостого хода; б – сварочный ток при сварке; tИ и tП – время импульса и паузы соответственно; α – фазовый угол управления тиристором 114 В связи с тем, что ток при сварке в среде защитных газов определяется напряжением источника и скоростью подачи проволоки, относительно длительные изменения напряжения при сварке пульсирующей дугой или модулированным током должны сопровождаться изменением скорости подачи электрода. Это обстоятельство учитывается, если электропривод подачи электродной проволоки связан с напряжением дуги. В других конструкциях источников имеется регулятор скорости подачи проволоки, работающий синхронно с изменениями напряжения источника питания. Поскольку изменения напряжения и тока относительно медленны, то могут быть проконтролированы в процессе сварки кратковременным включением обычных приборов. 3.2. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ БЕЗ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ДЛЯ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В зависимости от способа генерирования импульсов тока импульсными источниками питания, принципа построения силовой схемы, наличия или отсутствия источника базового тока можно выделить четыре основные схемы включения источников питания при импульсно-дуговой сварке плавящимся электродом (рис. 3.6). При наличии генератора импульсов и сварочного выпрямителя (рис. 3.6, а) осуществляют их непосредственное параллельное встречное соединение и через замыкающий контакт силового контактора К подключают к сварочной дуге зажимы Э и И. Если в качестве сварочного источника питания используют преобразователь с генератором постоянного тока, то генератор импульсов и преобразователь включаются аналогично. В этом случае с целью предотвращения размагничивания (перемагничивания) генератора и исключения шунтирования импульсного источника малым сопротивлением цепи якоря генератора последовательно в цепь якоря в проводящем направлении включают защитный силовой диод V (рис. 3.6, б). Возможно также последовательное включение источников питания (рис. 3.6, в). При питании дуги от универсального импульсного источника питания, совмещающего 115 функции сварочного выпрямителя и генератора импульсов, источник подключается к дуге как обычный сварочный выпрямитель (рис. 3.6, г). Рис. 3.6. Схемы включения источников питания при импульсно-дуговой сварке плавящимся электродом (ГИ – генератор импульсов; ИП – сварочный источник; УИ – универсальный импульсный источник; К – замыкающий контакт силового контактора; V – диод; Э – плавящийся электрод; И – изделие): а – параллельное включение ГИ и выпрямителя; б – параллельное включение ГИ и преобразователя; в – последовательное включение ГИ и выпрямителя; г – питание сварочного поста от УИ Серийно выпускаемые импульсные источники питания для сварки плавящимся электродом в зависимости от принципа построения силовых схем можно разделить на следующие типы: – с накоплением энергии в конденсаторе С; – без накопления энергии (формирующие импульсы генерируются из полуволны переменного синусоидального напряжения). Первыми вариантами серийных импульсных источников питания были источники с накопителями энергии в конденсаторе. К ним относятся импульсные источники питания типа ИИП. Силовая схема источника (рис. 3.7, а) представляет собой однофазный однополупериодный выпрямитель, состоящий из силового понижающего трансформатора Т и диода V1, заряжающего конденсатор С в положительный полупериод сетевого напряжения. В отрицательный полупериод импульс тока генерируется при разрядке конденсатора через тиристор V2. Частота импульсов тока 50 имп/с. Схема на рис. 37, б является более совершенной и позволяет получить частоты кратные 100 (25, 33, 50 и 100 Гц). Длительность импульсов ре116 гулируется ступенчатым переключением индуктивности L, а амплитуда – плавно управлением зарядными тиристорами VS1 и VS2. а б Рис. 3.7. Силовые энергетические схемы импульсных источников с накоплением энергии в конденсаторе: ИИП (а) и конструкции РИСХМ (б) Схемы импульсных источников без накопителей энергии, в которых импульсы формируются из полуволны синусоидального напряжения, приведены на рис. 3.8. По схеме (рис. 3.8, а) разработаны серийные генераторы импульсов типа ГИ-ИДС. Силовая электрическая схема представляет собой мостовой полууправляемый выпрямитель с двумя тиристорами V1, V2, двумя диодами V3, V4 и силовым понижающим трансформатором Т. При включении одного тиристора обеспечивается частота 50 имп/с, двух – 100 имп/с. Длительность импульсов и частично амплитуда регулируются изменением фазового угла тиристоров, кроме того, амплитуда – секционированием витков обмотки трансформатора. На рис. 3.8, б приведена силовая схема генератора импульсов типа ГИД. Схема представляет собой управляемый выпрямитель с двумя первичными обмотками, включенными через тиристоры V1 и V2 в сеть, и диодом V3 во вторичной цепи понижающего трансформатора Т. Регулировка частоты, амплитуды и длительности импульсов производится аналогично регулировке генератора импульсов тока ГИ-ИДС, а также секционированием обмоток дросселя L. По схеме, приведенной на рис. 3.8, в, выполнен источник питания для импульсно-дуговой сварки – выпрямитель типа ВДГИ-301, совмещающий функции генератора импульсов и источника базового тока. В этом вариан117 те схемы формирование тока импульса осуществляется шунтированием сглаживающего дросселя L. Способ шунтирования дросселя имеет следующие преимущества: – наличие только одного источника (источника постоянного тока со сглаживающим дросселем) и использование импульсных тиристоров вместо отдельного генератора импульсов существенно снижают массу, габариты и стоимость источника питания; – отсутствует коммутация базового тока благодаря тому, что дроссель во время импульса зашунтирован; – имеется возможность стабилизации базового напряжения и изменения наклона базовых ВАХ благодаря наличию тиристорного регулятора V1...V4 и обратной связи по току в цепи дросселя L. а б в Рис. 3.8. Силовые энергетические схемы импульсных источников без накопления энергии Двухполупериодная управляемая схема выпрямителя может работать как генератор импульсов в двух режимах: с большой и малой амплитудами импульсов тока. Одновременное включение в зависимости от полупериода сети тиристоров V1 и V5 (V4 и V6) создает диапазон импульсов ма118 лой амплитуды, а V2 и V5 (V3 и V6) – большой. Форма генерируемых импульсов для рассмотренных силовых схем импульсных источников без накопителей энергии – часть синусоиды при частотах 50 и 100 имп/с. Более поздний вариант ВДГИ-302 (рис. 3.9) имеет дополнительно источник подпитки на оптронах VS5, VS6 и два мостовых выпрямителя, обеспечивающих импульсный и базовый токи. Сетевое напряжение с помощью автоматического выключателя QF и пускателя K подается на понижающий однофазный трансформатор T с нормальным рассеиванием. Напряжение вторичной обмотки выпрямляется блоком вентилей VD1, VD2, VS1-VS6 с двумя дросселями L1, L2. а б в г д е Рис. 3.9. Выпрямитель ВДГИ-302У3: а –схема силовой части; б – внешние характеристики; в – осциллограммы импульсного тока; г – базового тока; д – тока подпитки; е – общего сварочного тока В этом блоке диоды VD1, VD2 работают в любом режиме. Тиристоры VS1, VS2 используются для генерирования пиковых импульсов (рис. 3.9, в). Амплитуда и длительность импульсов задаются углом управления тиристоров, частота (50 или 100 Гц) зависит от того, один или оба тиристора используются. Тиристоры VS3, VS4 создают базовый блок, сглаженный дросселем L1 (рис. 3.9, г). 119 Фазовое управление тиристорами VS3, VS4 используется для настройки среднего значения базового тока. Однако при глубоком регулировании в кривой базового тока появляются провалы. Поэтому схема дополняется схемой подпитки, обеспечивающей небольшой, но хорошо сглаженный ток (рис. 3.9, д). В ней применены оптронные тиристоры VS5, VS6, управляемые световым потоком фотодиодов, что обеспечивает гальваническую развязку, т. е. независимость работы цепей управления от воздействия высокочастотных помех сварочной цепи. В цепи подпитки используется дроссель L2 с большой индуктивностью. Выпрямитель может работать как в режиме импульсного (рис. 3.9, в), так и базового тока (рис. 3.9, г). Однако преимущественно используется совместный режим работы всех цепей, при котором сварочный ток получается как сумма токов импульсного, базового и подпитки (рис. 3.9, е). Внешние характеристики и осциллограммы токов выпрямителя представлены на рис. 3.9, б. Характеристика импульсного тока 1 имеет малый (естественный) наклон, это необходимо для получения крутого фронта у импульсов тока. Искусственная характеристика базового тока 2 сформирована благодаря введению обратных связей по току и напряжению в систему управления тиристоров VS3, VS4. Она стабилизирована при колебаниях напряжения сети, ее наклон автоматически снижается с ростом тока. Благодаря крутому наклону при малых токах повышается эластичность дуги, пологий наклон при больших токах способствует эффективному саморегулированию дуги. Для форсирования зажигания дуги сформирована характеристика зажигания 3, обеспечивающая постоянный уровень напряжения при любых токах. Характеристика отсечки 4 ограничивает максимальную величину сварочного тока. Характеристика подпитки 5 гарантирует минимум тока, достаточный для устойчивого горения дуги. Кроме вышеперечисленных выпускалось устройство импульсного питания сварочной дуги типа ИУП-1УЗ, разработанное в ИЭС им. Е. О. Патона (г. Киев). Устройство предназначено: – для импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде аргона сталей и сплавов алюминия, меди, титана и других с автоматическим регулированием среднего значения напряжения на дуге или без него как самостоятельное устройство (см. рис. 3.6, г); 120 – для импульсно-дуговой сварки как последовательно включаемый генератор импульсов (см. рис. 3.6, в); – для импульсно-дуговой сварки как параллельно включаемый генератор импульсов с серийным источником без автоматического регулирования среднего напряжения на дуге (см. рис. 3.6, а); – для сварки неплавящимся электродом с импульсной модуляцией сварочного тока (пачки импульсов) как самостоятельное устройство питания с автоматическим регулированием среднего напряжения на дуге или без него; – для ручной сварки штучными электродами во всех пространственных положениях и импульсной модуляцией как самостоятельное устройство питания. Первые три из перечисленных пунктов относят устройство к источникам для импульсно-дуговой сварки, а последние два – для сварки модулированным током. Осциллограммы процесса сварки модулированным током при использовании ИУП-1УЗ показаны на рис. 3.10. Рис. 3.10. Упрощенная схема устройства импульсного питания сварочной дуги типа ИУП-1У3 Устройство представляет собой полууправляемый однофазный сварочный выпрямитель с несимметричной мостовой схемой выпрямления 121 по схеме рис. 1.2, б с добавлением дросселя L большой индуктивности. Энергия, накопленная в дросселе L, разряжается через дополнительные отводящие диоды на сварочную дугу. При этом ток убывает по показательному экспоненциальному закону и не успевает снизиться до нуля, что способствует устойчивому горению дуги и исключает короткие замыкания электрода на изделие при сварке плавящимся электродом, обеспечивая средний уровень базового тока. Для надежного зажигания дуги при сварке плавящимся электродом имеется батарея конденсаторов, которая компенсирует замедленное нарастание тока при зажигании из-за большой индуктивности дросселя. Для сварки неплавящимся электродом в цепь сварочной дуги должен быть включен балластный реостат типа РБ301. Применение устройства ИУП-1У3 в качестве генератора импульсов параллельного включения не отличается от ранее описанных. Технические характеристики источников питания для импульснодуговой сварки с использованием тиристоров представлены в табл. 3.1. Таблица 3.1 Технические характеристики тиристорных источников питания для импульсно-дуговой сварки ИУП-1-3 (в режиме ИДС) ВДГИ-302 ВДГИ-301 ГИД-1 ГИ-ИДС-1 ИИП-2 Параметры ИИП-1 Источники питания Номинальный ток, А – – – – 315 315 315 5 10 13 7,5 40 Номинальная мощность, кВ⋅А Напряжение холостого хода, В – – 69,9 60 35 45 0-60 Номинальная продолжитель– – 60 – 60 60 60 ность работы ПН, % Пределы регулирования – – – – 40-325 50-315 60-350 базового тока, А Пределы регулирования – – – – 40-325 50-315 60- 350 импульсного тока, А Длительность импульса, мс 1,5-2,0 1,6-2,8 1,4-2,5 1,5-3,5 4 1,5-5 0-5 Частота импульсов, Гц 50, 50, 50, 50, 50 50 50, 100 100 100 100 100 122 Окончание табл. 3.1 Габаритные размеры, мм Масса, кг 445 700 895 180 580 680 910 250 520 510 800 160 1185 730 774 200 748 1015 953 340 720 593 938 250 625 504 1730 485 3.3. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ДЛЯ СВАРКИ ПУЛЬСИРУЮЩЕЙ ДУГОЙ И МОДУЛИРОВАННЫМ ТОКОМ Основная цель способа сварки пульсирующей дугой – дозирование вводимой в изделие тепловой энергии при выполнении швов с различной пространственной ориентацией. Способ был предложен авторами, для сварки неповоротных стыков труб как штучными электродами, так и автоматической сваркой в среде защитных газов. Для реализации этого способа как правило, использовалось стандартное сварочное оборудование с соответствующей модернизацией. Таким оборудованием являются сварочные преобразователи, наиболее широко применяемые при сварке магистральных трубопроводов в полевых условиях. Модернизация сварочных преобразователей заключается в подключении специальных реле пульсаций, которые управляют тиристором в цепи возбуждения генератора (см. рис. 1.2, д). Осциллограмма сварочного процесса пульсирующей дугой электродом типа УОНИ 13/45 диаметром 3 мм показана на рис. 3.11. Источником питания служил сварочный преобразователь ПСО-500 с реле пульсации типа ПРД . Рис. 3.11. Осциллограммы сварочного тока i и напряжения U на дуге при ручной сварке пульсирующей дугой 123 Для полуавтоматической и автоматической сварки в среде защитных газов необходимо соответствие скорости подачи электродной проволоки изменению напряжения источника питания. Осциллограмма такого процесса показана на рис. 3.12. В качестве источника питания использовался сварочный преобразователь ПСГ-500. Рис. 3.12. Осциллограммы тока i, напряжения U на дуге и скорости подачи U электродной проволоки при сварке пульсирующей дугой плавящимся электродом Как следует из осциллограмм, процесс сварки производится в области режимов, где короткие замыкания отсутствуют (сварка длинной дугой). В качестве реле пульсации дуги, подключаемого в обмотку возбуждения сварочного преобразователя, применялось реле РПД-М, которое серийно выпускалось экспериментальным заводом средств автоматизации Минмонтажспецстроя СССР. Реле представляет собой бесконтактное тиристорное переключающее устройство. Управление тиристором осуществляется с помощью мультивибратора и фазорегулятора. Технические данные реле пульсаций РПД-М Способ сварки ручная, полуавтоматическая, автоматическая Напряжения питания, В 220 Диапазон выдержки времени, с 0,3...1 Габаритные размеры, мм 285 × 190 × 250 Масса, кг, не более 7 Кроме реле РПД-М для сварки пульсирующей дугой используются и другие коммутационные устройства подобного типа для сварочных преобразователей, а также для некоторых типов выпрямителей. 124 Вышеописанное устройство ИУП-1УЗ при работе в режиме с модуляцией позволяет регулировать: – длительность пачки импульсов, с от 0,05 до 0,3 – длительность паузы пачки импульсов, с от 0,05 до 0,3 – действующие значения вторичного 73, 85, 90, 95. напряжения силового трансформатора, В На базе выпрямителя для сварки в среде защитных газов плавящимся электродом BC300Б в ИЭС им. Е. О. Патона создан выпрямитель для сварки модулированным током ВСУ-З00М. Упрощенная схема выпрямителя ВСУ-З00М представлена на рис. 3.13. Рис. 3.13. Упрощенная принципиальная схема выпрямителя для сварки модулированным током ВСУ-300М Сварочный трансформатор выпрямителя ВС-300Б с измененным переключателем ступеней и соединением вторичной обмотки звездой подключен к полностью управляемому трехфазному тиристорному выпрямителю VS1-VS6. Блок управления выпрямителя ВСУ-З00М путем включения обратных связей по напряжению или по току сварочной дуги обеспечивает жесткие, падающие и жесткие с повышенным напряжением холостого хода внешние характеристики. 125 Основные технические параметры выпрямителя ВСУ-ЗООМ Номинальный сварочный ток, А 315 Номинальное рабочее напряжение, В 34 Напряжение холостого хода при падающих характеристиках, В 71 Наименьшее напряжение при жестких характеристиках, В 17 Наибольшее напряжение при жестких характеристиках, В 35 Номинальный режим работы, ПВ % 85 Выдержка времени при возбуждении дуги (горячий старт), с 0,2...1 (через 0,2) Длительность импульса, с 0,2.. 0,2 (через 0,2) Длительность паузы, с 0,2. ..0,2 (через 0,2) Потребляемая мощность номинальная, кВ⋅А 15,5 Габаритные размеры, мм 610 × 685 × 915 Масса, кг 200 Переключатель характеристик вынесен на лицевую панель источника. Здесь же находятся ручки регуляторов времени импульса tи и времени паузы tn, ступенчатого переключения формы импульса (пять ступеней) и выдержки времени на зажигание дуги «горячий старт» (tн). Изменение напряжения источника в импульсе и паузе регулируется плавно, а соответствующие регуляторы тока изменяют скорость подачи электродной проволоки синхронно с изменениями напряжения. Для этих целей на корпусе выпрямителя имеется соответствующий разъем, к которому подключаются якорь и обмотка возбуждения двигателя подачи электродной проволоки. Выпрямитель ВСУ-300М, как и ВС-З00Б, предполагает работу совместно с полуавтоматом А547УМ в случае полуавтоматической сварки в среде СО2. Схема управления источником реализована с применением интегральных микросхем операционных усилителей, логических элементов, таймеров и оптоэлектронных устройств и обеспечивает универсальность источника при применении его как для сварки в среде CO2, так и штучными электродами в режимах с модуляцией и без нее. 126 4. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ С ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ 4.1. ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ СВАРОЧНОГО ТОКА С появлением полупроводниковых приборов, способных коммутировать токи уровня сварочных, появилась возможность обеспечить более экономичное частотное широтно-импульсное регулирование напряжения и тока. Таким образом были созданы выпрямители, в которых выпрямленное неизменное напряжение преобразуется в импульсное постоянное высокой частоты и затем фильтруется. Регулирование режима сварки и формирование требуемой внешней характеристики в этом случае производятся изменением длительности импульсов. Такие преобразователи называются электронными регуляторами или конверторами, или чопперами – все три термина означают одно и то же устройство. Особенно эффективно применение чопперов в случае замены ими балластных реостатов при многопостовой сварке, так как КПД поста с балластным реостатом не выше 53 % (на низких режимах 25 %), тогда как с электронным регулятором КПД повышается до 80 % и выше. Это позволяет увеличить количество постов, питаемых от одного многопостового выпрямителя с учетом коэффициента одновременности работы вдвое, а также обеспечить дистанционное регулирование и стабилизацию параметров режима при колебаниях напряжения сети. Первые такие регуляторы в качестве электронного ключа использовали тиристоры. Так как тиристор – полууправляемый элемент (запирается только прекращением через него тока), то кроме силовых тиристоров схема содержала несколько дополнительных. Эти тиристоры включали коммутирующие конденсаторы, обеспечивающие кратковременное подключение напряжения противоположной полярности к силовым тиристорам. С появлением мощных транзисторов для коммутации постоянного напряжения используют готовый транзисторный модуль, состоящий из нескольких полупроводниковых приборов и обеспечивающий высокую частоту переключения с регулируемой длительностью импульса. Отношение времени импульса к времени периода импульсов называется коэффициентом заполнения. Схема электронного регулятора показана на рис. 4.1. Работа схемы заключается в следующем. 127 Постоянное выпрямленное напряжение от трехфазного выпрямителя через тиристор VS подается в схему, фильтруется конденсатором С и поступает в транзисторный модуль VT. Преобразованное в импульсное постоянной частоты напряжение заданной длительности при наличии нагрузки создает прерывистый ток. Фильтром L и ответвляющим диодом VD ток преобразуется в непрерывный постоянный требуемой величины. С помощью датчика DA, через магнитопровод которого проходит сварочный кабель, получают сигнал обратной связи по току для формирования заданной внешней характеристики и стабилизации режима сварки. Частота импульсов в отечественных преобразователях 18 (КСУ) или 25 (ЧПР) кГц. Напряжение выпрямителя питания для ручной дуговой сварки 60…90 В, для сварки в углекислом газе – 45 В. Плавное дистанционное регулирование, снижение холостого хода до безопасного, форсаж, горячий старт обеспечивает схема управления. Рис. 4.1. Схема электронного регулятора (чоппера) с широтно-импульсным регулированием Вышеописанная схема входит в состав универсального выпрямителя ВД-320КС и электронных отечественных регуляторов КС, КСУ и ЧПР. Технические характеристики этого оборудования представлены в табл. 4.1–4.3. 128 Таблица 4.1 Техническая характеристика выпрямителя ВД-320 КС Параметр Напряжение питающей сети, В Значение 3×380 Номинальный сварочный ток, А: при ПВ 60 % при ПВ 100 % Пределы регулирования сварочного тока, А Пределы регулирования сварочного напряжения, В Максимальный ток короткого замыкания, А Напряжение холостого хода, В Пределы регулирования времени горячего старта, сек КПД , % Масса, кг, не более 320 250 30…320 14…32 400 90 0…1 85 75 Таблица 4.2 Техническая характеристика электронного регулятора КСУ-320 Напряжение питания, В Номинальный сварочный ток, А (ПВ%) 60–90 250 (100), 320 (60) Пределы регулирования сварочного тока, А ММА 30–320 Потребляемая мощность, кВА Масса, кг Габариты, мм 11 11 183×210×550 Таблица 4.3 Техническая характеристика электронного регулятора КСУ-400 Напряжение питания, В 60–90 Номинальный сварочный ток, А (ПВ%) 270 (100), 400 (60) Пределы регулирования сварочного тока, А ММА 30–400 МИГ/МАГ 40–400 Потребляемая мощность, кВА 15 Масса, кг Габариты, мм 14 190 × 230 × 550 Внешние характеристики регулятора в режиме ручной сварки показаны на рис. 4.2, а вариант подключения регуляторов к многопостовому источнику питания на рис. 4.3. 129 Рис. 4.2. Внешние характеристики регулятора КС для режима сварки покрытыми электродами Рис. 4.3. Вариант подключения регуляторов КСУ-320 для ручной дуговой сварки 130 Подобным образом работают и с регуляторами ЧПР-315 для ручной дуговой сварки. Этот чоппер рекомендуется также для работы со сварочными агрегатами, имеющими в своем составе вентильные генераторы для сварки в полевых условиях. Внешний вид описанных чопперов показан на рис. 4.4. а б Рис. 4.4. Электронные регуляторы (чопперы) : а – КСС-300; б – ЧПР-315 4.2. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ИНВЕРТОРНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ДЛЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ Применение в источниках питания микропроцессорной техники позволило осуществить эффективное управление образованием сварного соединения, обрабатывая все параметры процесса сварки в цифровой форме. Информация в цифровом виде не теряется при обработке, не искажается при передаче и не ограничена по сложности вычислений. Исходя из этого, появилась возможность управлять большим числом независимых и взаимосвязанных параметров. Кроме этого, стала возможной автоматическая установка оптимальных величин всех параметров режима сварки выбранного процесса при задании лишь одного или нескольких из этих параметров, опреде131 ляющих способ получения сварного соединения. Вследствие этого упростилась настройка источника питания, сократилось время на перестройку режимов при переходе на другие типы соединений и материалов. Таким образом, в области сварки плавящимся электродом особенно в среде защитных газов произошел переход от квазистатических режимов горения дуги к динамическим режимам, где дополнительными параметрами являются время (изменение во времени параметра режима сварки) и в некоторых случаях длина дуги (напряжение дуги) во время переноса электродного металла. Нижеописанные технологии сварки, реализуемые с помощью инверторных источников питания, нашли производственное применение и обеспечивают экономическую эффективность даже при относительно высокой стоимости применяемого сварочного оборудования. 4.2.1. Сварка способом STT Способ сварки по технологии STT (Surface Tension Transfer – перенос силами поверхностного натяжения) заключается в гибком изменении тока при сварке в СО2 с короткими замыканиями, что позволяет сокращать потери металла на разбрызгивание, уменьшить выделение вредных аэрозолей и снизить вероятность прожогов и деформаций. Управление током во время сварки осуществляется по сигналам обратной связи по напряжению дуги следующим образом. Под действием импульса происходит плавление электрода и образуется капля, затем ток ступенчато уменьшается до тока паузы. Образовавшаяся капля после короткого замыкания переходит в шов при малом токе паузы. При этом ток короткого замыкания ограничивается (резко снижается) после достижения определенного, заранее установленного значения. После перехода капли ток опять увеличивается до тока импульса. Алгоритм изменения тока и его осциллограмма показаны на рис. 4.5. 132 а б Рис. 4.5. Алгоритм изменения тока при сварке методом STT (а) и осциллограмма тока при сварке (б) Способ STT предназначен в основном для сварки корневых швов трубопроводов и подобных им соединений. Источник питания для этого способа представляет собой два однотактных инвертора, включенных параллельно на первичные обмотки трансформатора (рис. 4.6). Для быстрого снижения тока во вторичную сеть включен транзисторный ключ VT3. Заданную программу обеспечивает микропроцессорная схема управления, реагируя на изменения напряжения в дуговом промежутке и управляя инвертором и транзисторным ключом. Для более точного измерения напряжения дуги к месту сварки подключается дополнительный провод датчика. Техническая характеристика описываемого источника приведена в табл. 4.4. 133 Рис. 4.6. Упрощенная схема силовой части источника питания Invertec STT Таблица 4.4 Техническая характеристика Invertec STT II Параметр Диапазон регулирования пикового тока, А Диапазон регулирования базового тока, А Напряжение холостого хода, В, не более ПВ, % : – при среднем токе 225 А – при среднем токе 200 А Номинальная потребляемая мощность, кВА Габаритные размеры: – высота, мм – ширина, мм – глубина, мм Масса, кг Значение 0–450 0–125 85 60 100 6,84 589 336 620 53 Все органы управления располагаются на передней панели сварочного источника (рис. 4.7). Источник питания предназначен для работы совместно с полуавтоматом для сварки в СО2. 134 Рис. 4.7. Передняя панель источника питания Invertec STT II Подробное описание подключения, настройки источника и техника сварки описаны в его паспорте. Рекомендации по подключению источника Invertec STT II и полуавтомата показаны на рис. 4.8. Рис. 4.8. Схема подключения механизма подачи полуавтомата к источнику Invertec STT II 135 4.2.2. Цифровая система AXCESS Разработанные для сварки системы Axcess реализуются с помощью программно-управляемой технологической платформы Multi-MIG, включающей в себя инверторный источник питания и механизм подачи электродной проволоки, совмещенный с пультом управления (на источнике питания органов управления нет). Система позволяет использовать до 8 ячеек с различными программами сварочной технологии Multi-MIG. Программы устанавливаются с компьютера через специальные порты на корпусе источника питания. Кроме широко известных процессов сварки в среде аргона плавящимся электродом стационарной (MIG) и импульсной дугами (GMAW-P или Puls), сварки порошковой проволокой (Metal Core) и строжки угольным электродом (CAC-A) могут быть активированы программы Accu-Pulse MIG, Accu-Curve, Accu-Speed и RMD TM (Regulated Metal Deposition – управляемый перенос металла). Осциллограммы сварочного тока различных процессов сварки системы Axcess показаны на рис. 4.9. а б в г Рис. 4.9. Осциллограммы токов при сварке: а – accu-pulse; б – accu-curve; в – accu-speed; г – RMD 136 Первые три новые программы обеспечивают импульсный процесс сварки в чистом аргоне или с добавлением CO2 (10 % для стали), а последняя реализует адаптивный процесс сварки с короткими замыканиями дугового промежутка. Кроме вышеперечисленных новых программ системы Axcess обеспечивают стандартные и адаптивные импульсные традиционные программы полуавтоматической сварки (MIG) обычной углеродистой стали, алюминия и нержавеющей стали и сварку металлопорошковой проволокой наиболее распространенных диаметров с различной комбинацией газов. Для всех технологий обеспечивается надежное зажигание дуги за счет сброса последней капли с конца проволоки при остановке сварки. Это создает оптимальные условия для следующего старта. Реализация вышеописанных программ осуществляется платформой Axcess, состоящей из источника питания, дистанционного пульта управления и подающего механизма сварочной проволоки со сварочной горелкой и необходимыми соединительными кабелями. Оборудование поста с системой Axcess показано на рис. 4.10. Для процессов Axcess требуется кабель для подключения датчика напряжения, как и в предыдущей системе STT. Рис. 4.10. Стандартная установка Axcess 137 Источник питания установки Axcess содержит два инверторных модуля, микропроцессорная схема управления которыми обеспечивает поддержание вышеописанных процессов сварки. Схема подключения элементов системы Axcess показана на рис. 4.11. Рис. 4.11. Схема подключения элементов системы Axcess Подающий механизм обеспечивает скорость подачи проволоки 1,3–35,56 м/мин в режиме MIG (в режиме импульсной сварки скорость может быть ограничена). Диаметр проволоки 0,9–1,6 мм. Источник питания Axcess может иметь один из трех диапазонов мощности: 11,2; 22,9 и 34,4 кВт с соответствующими диапазонами регулирования сварочного тока 5–400 А, 5–600 А и 5–900 А при регулировании напряжения во всех случаях от 10 до 44 В. Подающие механизмы могут быть двойными с двумя подающими механизмами и горелками и одинарными. Соответственно и пульты управления могут быть двойными и одинарными. Внешняя характеристика источника питания системы показана на рис. 4.12. 138 Рис. 4.12. Внешняя характеристика источника питания системы Axcess Дистанционный пульт управления находится на механизме подачи проволоки и показан на рис. 4.13. На дисплеях отображаются: напряжение в вольтах, ток в амперах (во время сварки), время в секундах (Time). Скорость подачи проволоки (WFS), регулировка дуги (Arc Adjust), управление дугой (Arc Ctl) отображаются в условных единицах, характеризующих возможное отклонение по желанию сварщика от заданного среднего оптимального режима заводской настройки. Вид параметра указывается светодиодом. Кроме этого на дисплеях отображаются надписи настройки триггера, параметры сварочной проволоки и др. Под триггером понимается релейное устройство, обеспечивающее временные параметры цикла начала и конца сварки и режим работы кнопки включения сварки на горелке. 139 Рис. 4.13. Дистанционный пульт оператора: 1 – верхний дисплей (настройка дуги / напряжение дуги и др); 2 – индикатор номера ячейки; 3 – кнопка включения выбора номера ячейки; 4 – кнопка установки параметров процесса; 5 – регулятор изменения параметров; 6 – гнездо триггера; 7 – кнопка вкл./выкл.; 8 – кнопка включения верхнего дисплея; 9 – кнопка включения нижнего дисплея; 10 –нижний дисплей (скорость проволоки / сила тока и др); 11 – кнопка установки триггера; 12 – переключатель «толчок проволоки (при заправке проволоки) / продувка газа» 4.2.3. Синергетическая мультисистема Kemppi FastMig Synergic Мультисистема включает в себя инверторный источник FastMIG KMS400 и подающий механизм MXF-65 с панелью управления SF 53W (могут быть и другие модификации панелей), размещенные на общей платформе (рис. 4.14). Технические характеристики источника и подающего механизма представлены в табл. 4.5–4.6. Панель управления SF 53W устанавливается в нишу подающего механизма в верхней его части. Панель управления обеспечивает типовую 140 полуавтоматическую сварку MIG/MAG, синергетическую сварку 1-MIG, полуавтоматическую сварку WISE и сварку штучным электродом MMA. Рис. 4.14. Внешний вид мультисистемы KEMPPI Таблица 4.5 Техническая характеристика инверторного источника питания KMS 400 Сетевое напряжение 3~, 50/60 Гц Предохранитель с задержкой срабатывания Выходной ток/напряжение при ПВ = 100 % (40 °C) Диапазон сварочного тока и напряжения Габаритные размеры, (мм) Масса (кг) 400 В -15 %…+20 % 4G6 (5 м) / 35 A 380 A 10–400 A (MMA), 10–39 В (MIG) 590 × 230 × 430 35 Таблица 4.6 Техническая характеристика подающего механизма MXF-65 Габариты, мм Масса, кг Диаметр проволоки, мм Скорость подачи проволоки, м/мин Допустимая масса катушки, кг 620 × 210 × 445 11,1 0,6–1,6 0–25,0 15 Дисплей панели (рис. 4.15) показывает заданную скорость подачи проволоки, сварочный ток, толщину свариваемого металла, сварочное напряжение, наименование параметра и значение параметра, выбранного для регулировки. 141 Рис. 4.15. Панель управления SF 53W Обозначения на рисунке: 1 – выключатель панели; 2 – дисплей, показывающий скорость подачи проволоки, или сварочный ток, или толщину листа, или выбранный регулируемый параметр; 3 – кнопка выбора настройки: DYNAMICS – подбор индуктивности дросселя в сварочной цепи при традиционной сварке MIG, ARC FORCE – настройка форсажа при ручной дуговой сварке; 4 – выбор способа охлаждения горелки при сварке MIG (нажатие двух кнопок одновременно), световая индикация при водяном охлаждении; 5 – кнопка продувки (проверки) подачи защитного газа; 6 – вызов параметров последней сварки на дисплей (одновременное нажатие 5 и 7); 7 – кнопка протяжки проволоки; 8 – дисплей, показывающий напряжение при сварке или значение выбранного регулируемого параметра (выбранный параметр показывается дисплеем 2); 9 – проверка выбранного режима (выбор синергетической программы); 10 – выбор цикла сварки 2Т или 4Т; 11 – выбор способа сварки (для выбора ручной сварки кнопка должна быть нажата более (1 с); 12 – включение регулировки параметров дополнительных функций для сварки MIG; 13 – выбор дополнительных функций MIG (дополнительные функции устанавливаются через клавиатуру панели при покупке дополнительного кода идентификатора); 14 – регулятор скорости подачи проволоки, или мощности при синергетической сварке (1 – MIG), или сварочного тока при ручной дуговой сварке (MMA), или выбор параметров настройки (SETUP), или 142 выбор типа дуги при синергетической сварке или сварке WISE; 15 – каналы памяти, сохранение параметров MIG; 16 – регулятор настройки величины напряжения, или длины дуги (1 – MIG), или индуктивности дросселя (MIG), или параметра настройки (SETUP), или параметров WISEпроцессов; 17 – выбор управления местного или дистанционного. Индикаторы отражают способ охлаждения горелки, режим работы выключателя горелки 2T / 4T / MINILOG, вид сварки, работу дополнительных функций, функции памяти, способ регулирования сварочного тока. Разновидности сварки WISE (WiseRoot, WiseThin, WisePenetration), а также функция Minilog не входят в стандартную поставку и могут быть установлены отдельно (Wise переводится как мудрость, опыт, на основе опыта и т. д). Таким образом, вышеперечисленные разновидности сварки аналогичны известным, запрограммированы на основе имеющегося опыта и предназначены для сварки корня шва (Root – аналог STT и т. п.), для сварки тонкого металла (Thin) и для сварки с постоянным проплавлением (Penetration – система стабилизации тока независимо от вылета и других возмущений). Функция Minilog предназначена для дополнительного регулирования цикла сварки. Установленные программы сварки включают стандартные и дополнительные. Синергетические программы 1-MIG (MAG) предназначены для сварки сталей, алюминиевых и медных сплавов при различных диаметрах и материалах проволок (включая порошковые) и составах защитного газа. На дисплеях отображаются параметры настройки процесса сварки и параметры режима во время сварки. Список программ находится в конверте в крышке подающего механизма с внутренней стороны. Осциллограмма сварочного тока при сварке способом WiseRoot показана на рис. 4.16. Рис. 4.16. Осциллограмма тока при сварке WiseRoot 143 4.2.4. Цифровая система EWM Европейским вариантом синергетической системы с инверторным источником питания и микропроцессорным управлением является мультисистема для сварки компании EWM. Мультисистема обеспечивает стандартную сварку стационарной и импульсной дугами плавящимся электродом в среде аргона, углекислого газа и их смесей; ручную дуговую сварку штучными электродами; сварку неплавящимся электродом в среде аргона с зажиганием дуги контактным способом; способы сварки: cold Arc, forceArc, pipeSolution. Перечисленные способы сварки реализованы в мультисистеме EWM alpha Q. Органы управления мультисистемой расположены на подающем механизме (рис. 4.17.). Рис. 4.17. Подающий механизм мультисистемы: 1 – фиксатор крышки; 2 – наклейка «Быстроизнашивающиеся части»; 3 – наклейка «Список программ»; 4 – кожух; 5 – ручка для транспортировки; 6 – корпус для катушки с проволокой; 7 – переключатель функций сварочной горелки; 8 – отделение для катушки с проволокой; 9 – блок подачи электродной проволоки; 10 – евроразъем силовой; 11 – открытая панель управления (над ней закрытая крышкой панель дополнительно устанавливаемых параметров сварки); 12 и 13 – разъемы для подключения дополнительных устройств; 14 и 15 – муфты для подключения охлаждающей жидкости 144 У мультисистемы EWM alpha Q-551 два подающих механизма на общей платформе и две горелки. Это дает возможность быстро переходить к сварке с заданными программами при разных диаметрах проволоки, что существенно повышает производительность при сварке стыковых соединений больших толщин с начальными зазорами. Например, заварка первого шва с зазором методом pipeSolution при диаметре проволоки 1 мм и последующее заполнение разделки с большим диаметром проволоки стандартной импульсно-дуговой сваркой. Открытая панель управления показана на рис. 4.18, а закрытая – на рис. 4.19. Рис. 4.18. Открытые органы управления: 1 – крышка; 2 – кнопка выбора параметра; 3 – индикация параметра; 4 – ручка настройки; 5 – кнопка выбора режима работы; 6 – кнопка переключения динамики дуги (индуктивности дросселя); 7 – кнопка выбора типа сварочной дуги; 8 – ручка выбора программы или длины дуги; 9 – индикация параметра (напряжение, номер программы); 10 – кнопка выбора параметра (напряжения) или программы 145 Мультисистема обеспечивает 128 запрограммированных заданий на сварку из 256 возможных программных ячеек. Запрограммированные сварочные задания включают вид сварки, тип материала, диаметр проволоки и вид газа. Список этих заданий находится в наклейке на крышке подающего механизма (см. рис. 4.17). Для выбора задания на сварку необходимо выбрать JOB (задание) в списке JOB-List. Рис. 4.19. Закрытые элементы управления Обозначения на рисунке: 1 – кнопка выбора параметров сварки; 2 – сигнальная лампочка при настройке времени продувки защитного газа; 3 – сигнальная лампочка при установке скорости подачи проволоки и длины дуги; 4 – сигнальная лампочка при настройке времени горячего старта; 5 – сигнальная лампочка при настройке заварки кратера; 6 – сигнальная лампочка при настройке скорости подачи проволоки и длины дуги; 7 – сигнальная лампочка при настройке динамики дуги; 8 – сигнальная лампочка при настройке длительности программы; 9 – сигнальная лампочка при настройке сокращенной программы; 10 – сигнальная лампочка при настройке длительности сокращенной программы; 11 – сигнальная лампочка при настройке программы спада тока; 12 – сигнальная лампочка при настройке конечной программы; 13 – сигнальная лампочка при настройке длительности конечной программы; 14 – сигнальная лампочка при настройке подачи газа после сварки; 15 – сигнальная лампочка «суперпульс»; 16 – сигнальная лампочка при выборе программы; 17 – кнопка списка программ; 18 – кнопка заправки проволоки; 19 – кнопка проверки и продувки газа. 146 Изменить номер задания можно только в перерывах сварки. При необходимости изменить индуктивность сварочной цепи можно кнопкой «DYN» 6 и поворотом ручки регулирования скорости подачи проволоки 4 (см. рис. 4.18).Таким же образом кнопкой 1 (рис. 4.19) и ручкой 4 (рис. 4.18) устанавливается режим дожигания электрода (время торможения проволоки), а также функция «Superpulsen» (Суперпульс). Эта функция обеспечивает переключение между процессами, что предоставляет множество возможностей повышения производительности и качества сварки. Функция Superpulsen позволяет переключаться между двумя режимами во время процесса сварки, между импульсным режимом и режимом coldArc (или pipeSolution, или forceArc), а также между стандартной короткой дугой и импульсным режимом. Выбор устройства индикации осуществляется соответствующими кнопками 2 и 10 (см. рис. 4.18). При необходимости там же настраиваются скорость подачи проволоки и напряжение дуги. Мультисистема позволяет настроить цикл сварки по одной из 12 циклограмм, содержание которых приводится в руководстве по ее эксплуатации. Там же содержатся и более подробные сведения о настройке и других дополнительных возможностях мультисистемы при сварке плавящимся электродом в среде защитного газа. Аналогично настраиваются традиционные режимы сварки неплавящимся электродом и ручной дуговой сварки. Зажигание дуги при сварке неплавящимся электродом осуществляется касанием с включением тока зажигания (контактное зажигание). Режим ручной дуговой сварки включает режим форсажа, горячего старта и устройство Antistick (предотвращение прилипания и перегрева обмазки). 147 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В учебном пособии приведены сведения о наиболее распространенных в настоящее время специализированных источниках питания для дуговой сварки. Описаны основные схемы силовых цепей различных типов источников для сварки плавящимся и неплавящимся электродами, а также применяемых для повышения их технологических свойств дополнительных устройств. Подробно описаны специализированные источники различного назначения, получившие наибольшее распространение на промышленных предприятиях России и Сибирского региона. Развитие современных источников питания осуществляется за счет применения импульсов высокой частоты и микропроцессорной техники, что позволяет управлять большим числом независимых и взаимосвязанных параметров. Разработка программ управления сварочными технологиями для различных способов сварки – одна из основных проблем, решением которой занимаются ведущие производители источников питания как в России, так и за рубежом. По мере совершенствования, повышения надежности и снижения стоимости электронных компонентов управляющих устройств и микропроцессорных систем новые схемные решения специализированных источников питания дадут возможность реализовывать более сложные алгоритмы управления, обеспечивающие повышение качества и производительности при изготовлении сварных конструкций. Авторы надеются, что представленное пособие будет активизировать самостоятельную работу студентов и способствовать подключению к изучению и разработке источников питания инженеров и специалистов сварочного производства. 148 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Браткова, О. И. Источники питания сварочной дуги : учеб. / О. И. Браткова. – М. : Высш. шк., 1982. – 182 с. 2. Вагнер, Ф. А. Оборудование и способы сварки пульсирующей дугой / Ф. А. Вагнер. – М. : Энергия, 1980. – 120 с. 3. Гецкин, О. Б. Опыт создания высокоэффективного сварочного оборудования в НПП «Технотрон» / О. Б. Гецкин, В. М. Яров // Сварочное производство. – 2000. – № 5. – С. 28–32. 4. Дюргеров, Н. Г. Оборудование для импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом / Н. Г. Дюргеров, Х. Н. Сагиров, В. А. Ленивкин. – М. : Энергоатомиздат, 1985. – 80 с. 5. Заруба, И. И. Сварка модулированным током / И. И. Заруба, В. К. Лебедев, П. П. Шейко // Автоматическая сварка. – 1968. – № 11. – С. 35–40. 6. Карасев, М. В. Оборудование и технологии дуговой сварки / М. В. Карасев // Сварка и диагностика. – 2007. – № 4. – С. 21–23. 7. Милютин, В. С. Источники питания для сварки / В. С. Милютин, М. П. Шалимов, С. М. Шанчуров. – Изд-во «Айрис-пресс», 2007. – 384 с. 8. Милютин, В. С. Отработка конструкции универсального тиристорного выпрямителя с микропроцессорным управлением / В. С. Милютин, А. А. Морозов, А. Г. Сивоплясов // Сварочное производство. – 2006. – № 10. – С. 16–22. 9. Чопперы в источниках питания для дуговой сварки производства ЗАО «Уралтермосвар» / [В. С. Милютин, А. Г. Логинов, А. А. Окулов и др.] // Сварка и диагностика. – 2011. – № 3. – С. 52–56. 10. Мухин, В. Ф. Современные технологические процессы и оборудование для сварки плавящимся электродом в среде защитных газов : учеб. пособие / В. Ф. Мухин, Е. Н. Еремин ; Минобрнауки России, ОмГТУ. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2014. – 140 с. 11. Мухин, В. Ф. Электронные устройства блоков управления в тиристорных источниках питания для дуговой сварки : учеб. пособие / В. Ф. Мухин, Е. Н. Еремин. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2012. – 92 с. 149 12. Оборудование для дуговой сварки / Под ред. В. В. Смирнова. – Л. : Энергоатомиздат, 1986. – 656 с. 13. Оселедько, В. Г. Тиристорный регулятор тока для многопостовых сварочных систем / В. Г. Оселедько, А. Л. Рывкин, А. Л. Громыко // Сварочное производство. – 1991. – № 10. – С. 23–24. 14. Потапьевский, А. Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом / А. Г. Потапьевский. – М. : Машиностроение, 1974. – 240 с. 15. Саламатов, Г. П. Вентильные преобразователи : учеб. пособие / Г. П. Саламатов. – Братск : БрИИ, 1999. – 68 с. 16. Сараев, Ю. Н. Импульсные технологические процессы сварки наплавки / Ю. Н. Сараев. – Новосибирск : ВО «Наука». Сибирская издательская фирма, 1994. – 108 с. 17. Соколов, О. И. Инверторные источники питания для дуговой сварки : учеб. пособие / О. И. Соколов. – М. : МГИУ, 2008. – 72 с. 18. Солодский, С. А. Источники питания для дуговой сварки : учеб. пособие / С. А. Солодский, О. Г. Брунов, Д. П. Ильященко ; Юргинский технологический институт. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2012. – 165 с. 19. Татаринов, Е. А. Источники питания для сварки : учеб. пособие для вузов / Е. А. Татаринов, А. П. Исаев; Тульский гос. ун-т, МГТУ им. Н. Э. Баумана. – Тула : Изд-во ТулГУ, 2009. – 401 с. 150