Требования к источникам питания для идсп

На рис. 5.1 изображена кривая тока при ИДСП. Им-пульсно-дуговую сварку плавящимся электродом характеризуют следующие основные параметры:

/б базовый ток, постоянный ток со сравнительно

небольшой степенью пульсации (рис. 5.1); /и импульсный ток, среднее значение тока, превышающего базовый ток (заштрихованные участки на рис. 5.1); /кр уровень тока, ниже которого без наложения импульсов перенос металла становится круп-нокапельиым (рис. 5.1); х время переноса, промежуток времени, в течение которого ток (или импульс тока) больше критического (рис, 5.1); /ит амплитуда импульсов тока (рис. 5.1); ^идлительность импульсов тока (рис. 5.1); А энергия импульса, определяющая скорость

капли после ее сброса; Т период следования импульсов (рис. 5.1); f частота импульсов;

/ сварочный ток (рис. 5.1), среднее значение тока, достаточно полно характеризующее мощность

дуги: / = /г, + /„. Основным параметром, определяющим скорость капли после ее сброса, является энергия импульса. По мере оплавления капли диаметр ее увеличивается. Если диаметр капли превышает диаметр шейки, соединяющей ее

с электродом, то с момента, когда электродинамическая сила FaTl возникающая во время импульса, становится преобладающей, начинается движение капли в направлении сварочной ванны; при этом капля продолжа-

ет удерживаться на конце электрода. Иными словами, капля вытягивается в направлении изделия, а диаметр шейки уменьшается. По мере уменьшения тока импульса с момента, когда сила Fn перестает быть ппеоблаляюшей

жести капли начинает снижаться; однако за счет запасенной кинетической энергии капля продолжает перемещаться в прежнем направлении до момента обрыва шейки. После сброса капля движется с неизменной скоростью через дуговой промежуток и попадает в сварочную ванну. Рассмотренный режим переноса является оптимальным.

При завышенной энергии импульса капля отделяется от конца электрода раньше, чем сила FnTT становится

капли имеют чрезмерно большую скорость, что вызывает выплескивание сварочной ванны, сопровождаемое сильным разбрызгиванием. При заниженной энергии импульса скорость капли снижается до нуля раньше, чем происходит обрыв шейки; капля вновь притягивается к концу электрода. Скорость капли к моменту наступления равенства сил /^д и Fy равна

Коэффициент k и, следовательно, необходимая энергия импульса А увеличиваются при увеличении диаметра электрода и содержания углекислого газа в смеси аргона и углекислого газа. Для сталей коэффициент k больше, чем для алюминиевых сплавов. Из выражения для энергии импульса следует, что ее можно регулировать путем изменения импульсного тока или длительности импульсов, а также изменением одновременно обеих величин; причем благодаря интегральной зависимости энергии от тока форма кривой импульса не имеет существенного значения.

Другим важным параметром импульсов является их частота. При неизменной скорости подачи электродной проволоки масса капель увеличивается пропорционально периоду Т. Для получения капель одинакового размера необходимо изменять частоту импульсов пропорционально скорости подачи. Однако при мелкокапелыюм и средне-капельном переносе, когда размер капель значительно меньше объема сварочной ванны, частота импульсов мало влияет на формирование шва, глубину и форму проплавления; поэтому частоту импульсов в достаточно большом диапазоне изменения сварочного тока можно оставлять неизменной и применять от двух до четырех ступеней частоты для полного диапазона регулирования тока.

Третьим параметром импульсов тока является их крутизна, т. е. отношение их амплитуды к длительности. Так как энергия импульсов находится в квадратичной зависимости от тока, с увеличением крутизны импульсов при одной и той же энергии А происходит уменьшение импульсного тока и, следовательно, нижнего предела сварочного тока. Импульсы тока при фазовом регулировании определяются импульсами напряжения t/H, формируемыми из синусоидального напряжения сети (рис. 5.2), сопротивлением дуги, а также активным сопротивлением и индуктивностью сварочного кабеля.

Оптимальное напряжение холостого хода U сварочного трансформатора, который служит для формирования импульсов, лежит в пределах 40150 В. При UK х менее 40 В значительно повышается нижний предел сварочного тока. При UXt х свыше 150 В возникают технические трудности с формированием импульсов, в то время как нижний предел сварочного тока уменьшается незначительно. На практике в подавляющем большинстве случаев применяют пологие импульсы напряжения, т. е.

при использовании сварочного каоеля с большой индуктивностью. Из изложенного следует, что при формировании импульсов можно с успехом применять фазовое тиристорное регулирование энергии импульсов одновременно за счет изменения их амплитуды и длительности, а частоту импульсов изменять дискретно и кратно двойной частоте сети. На практике чаще всего применяют частоты импульсов 50 и 100 Гц, реже 33V3 и 25 Гц, так как последние неблагоприятно влияют на зрение сварщика.

- При протекании базового тока происходит только оплавление конца электрода, поэтому пульсация базового тока не имеет существенного значения. Имеются источники питания, формирующие сварочный ток с неявно выраженным базовым током (рис. 5.3), например импульсный источник ИУП-1, разработанный ИЭС имени Е. О. Патоиа. В этом случае часть кривой тока, лежащую выше уровня критического тока /К1„ можно рассматривать как импульс тока, а часть кривой ниже уровня /1;р как среднее значение базового тока /б.

Для предотвращения обрывов дуги, когда базовый ток вследствие пульсации снижается до нуля, желательно либо применять в схемах нелинейные сглаживающие дроссели, индуктивность которых растет при уменьшении тока, либо маломощную схему подпитки.

При сварке плавящимся электродом в защитных газах, в том числе и при ИДСП, применяют преимущественно независимую подачу проволоки. При сварке больших толщин оплавление конца электродной проволоки происходит как при базовом, так и при импульсном токе. Поэтому вольт-амперные характеристики (ВАХ) по базовому и импульсному току (базовые и импульсные ВАХ) должны быть жесткимис наклоном 0,010,03 В/А, что способствует саморегулированию длины дуги. При сварке малых толщин базовый ток настолько незначителен, что служит лишь для поддержания горения дуги в промежутке между импульсами, а оплавление электрода и сброс капли происходят во время импульса. Для предотвращения обрывов базового тока необходима его стабилизация путем применения крутопадающих базовых ВАХ с наклоном 0,51,5 В/А при сохранении импульсных ВАХ жесткими. При сварке на средних токах желательно применять пологопадающие базовые ВАХ с наклоном 0,10,2 В/А.

При ИДСП на больших токах основная доля приходится на базовый ток. По мере снижения сварочного тока и скорости подачи проволоки (при неизменной частоте импульсов) размер капель уменьшается. При этом растет сила Fn. н, что затрудняет перенос капель электродного металла, в то время как уменьшение массы и инерционности капель облегчает их перенос; поэтому необходимая энергия импульсов и, следовательно, значение импульсного тока существенных изменений не претерпевают и уменьшение сварочного тока происходит практически только за счет уменьшения базового тока. Если дальнейшее уменьшение базового тока невозможно, необходимо перейти на меньшую частоту импульсов, что позволяет уменьшить импульсный ток /„ с сохранением энергии импульсов Л.

В заключение можно сделать следующие выводы:

изменять энергию импульсов можно фазовым тири-сторным регулированием;

можно использовать для всего диапазона тока две частоты: 50 и 100 Гц, изменяемые ступенчато; меньшие частоты используются для меньших токов;

напряжение холостого хода силового импульсного трансформатора должно быть равно 4060 В, в отдельных случаях желательно повысить его до 100150 В;

регулирование сварочного тока осуществляется в основном за счет изменения базового тока;

пульсация базового тока не имеет существенного значения;

базовые вольт-амперные характеристики должны быть крутопадающими при малых токах, пологопадающими при средних и жесткими при больших токах. Импульсные ВАХ должны быть жесткими.