Однопостовые сварочные выпрямители

Однопостовые сварочные выпрямители представляют наиболее массовую группу выпрямителей, применяемую во всех отраслях народного хозяйства при различных способах сварки.

Однопостовые сварочные выпрямители с падающими внешними характеристиками. Это самая распространенная категория выпрямителей, предназначенных для ручной дуговой сварки штучными электродами и для ручной и механизированной сварки под флюсом. Основные параметры выпрямителей регламентированы ГОСТ 1382177.

Сварочные качества выпрямителей характеризуются стабильностью начального возбуждения дуги и процесса сварки, хорошим качеством формирования шва и сравнительно малым разбрызгиванием электродного металла. Перенос металла при оптимальных режимах ручной дуговой сварки происходите периодическими замыканиями каплями дугового промежутка, и лишь при удлинении дуги возможна крупнокапельная форма переноса без коротких замыканий.

Разбрызгивание электродного металла при нормальных режимах ручной дуговой сварки происходит вследствие двух причин: выброса частиц металла из капель на электроде из-за интенсивного местного газовые деления и давления газов в объеме металла; разрушения шейки капли, соединяющей электрод и ванну, в результате электрического взрыва при коротком замыкании. Следовательно, разбрызгивание связано с пиками сварочного тока в момент короткого замыкания и зависит от статических и динамических характеристик источника питания.

В связи с этим были проведены экспериментальные исследования сварочных качеств выпрямителей для ручной дуговой сварки, выполненных по различным схемам выпрямления с использованием для получения падающих характеристик наиболее распространенных трансформаторов с повышенным рассеянием.

Эти исследования позволили выявить наиболее целесообразные в отношении разбрызгивания металла схемы выпрямления, а также связь между пиком сварочного тока при коротком замыкании дугового промежутка, разбрызгиванием и устойчивостью сварочного процесса.

Выпрямители были собраны по трехфазной однополупериодной схеме выпрямления при соединении первичных обмоток трансформатора треугольником (ТО), четырехфазной схеме (4Ф), трехфазной мостовой схеме (ТМ), простой шестифазной схеме треугольника шестифазная звезда (6Ф Д) и шестифазной схеме двойная звезда с уравнительным реактором (6У).

Для получения четырехфазной несимметричной схемы выпрямления первичные обмотки трех стержневого трансформатора располагались на крайних стержнях магнитной ровода и соединялись открытыми треугольниками, при этом вторичные обмотки на этих стержнях состояли каждая из двух полуобморок с выведенной средней точкой. Кроме того, в сварочную цепь выпрямителей, собранных по трехфазной мостовой и четырехфазной схемам выпрямления, дополнительно включался дроссель с индуктивностью Lj = 150 мкГн и L2 = 500 мкГн (TMLlf TML2, 4ФЬХ и 4ФЬ2). Данные по статическим внешним характеристикам выпрямителей, снятым при их работе па активную нагрузку, характеризующие их наклон в рабочей зоне, приведены в табл. 9.4, там же дана пульсация тока при сварке B/св. Крутизна наклона определена как отношение установившегося тока короткого замыкания на внешней характеристике /к. з.уст к рабочему току Id при напряжении на нагрузке Ud. По значению Id и Ud близки к току и напряжению при сварке /св и UCB.

Число коротких замыканий N, длительность цикла сварки /ц и время короткого замыкания 3 зависят от диаметра и типа электрода, длины дуги, сварочного тока и т. д. Усредненные значения этих величин даны в табл. 9.5 для электродов типа УОИИ 13/45, с которыми и проводились исследования.

Первоначальное возбуждение дуги протекает устойчиво у всех схем выпрямления, в том числе и с индуктивностью и без индуктивности в сварочной цепи. Значения коэффициента расплавления близки у всех схем и отличаются не более чем на 12 %. По разбрызгиванию схемы выпрямления значительно отличаются. Коэффициент угара и разбрызгивания ср следует рассматривать совместно с переходными процессами, связанными как с динамическими особенностями схем, так и с их внешними характеристиками. Для определения этой связи по осциллограммам сварочного процесса подсчитано процентное распределение числа коротких замыканий nti при сварке, закончившихся При различных отношениях Щ = 1к.3тах^1св. ср> а

затем и среднее лср для каждого режима, где пср =

На рис. 9.79.10 построены зависимости между значениями коэффициентов R nср. Сварка электродами б мм на токах 300 А протекает устойчиво у всех схем выпрямления. Как видно из рис. 9.7, в диапазоне изменения лср = 1,35 1,55 увеличение разбрызгивания с ростом пиков тока при коротком замыкании дугового промежутка незначительно. При дальнейшем росте nсг, свыше значений 1,55 1,6, являющихся критическими, наблюдается большое увеличение разбрызгивания; подобное явление характерно для схем с более пологими внешними характеристиками шестифазной схемы треугольник шестифазная звезда и трехфазной однополую периодной.

Хорошие результаты дают трехфазная мостовая, шестифазная при соединении двойной звездой с уравнительным реактором и четырехфазная схемы выпрямления.

Введение дросселя со сравнительно небольшой индуктивностью Lx и L2 при значительном времени короткого замыкания дугового промежутка при сварке на токе 300 А практически уже не влияет на разбрызгивание, тем более, что пики токов трехфазной мостовой и четырехфазной схем выпрямления сами находятся в зоне малого их влияния. Зависимость между разбрызгиванием и пиками сварочного тока при сварке электродами диаметром 5 мм па токах около 200 А (рис. 9.8) по своему характеру аналогична таковой зависимости в режиме 300 А.

При сварке на токах 100 и 60 А электродами диаметром 3 и 2 мм характер указанных выше зависимостей значительно изменяется. Как видно из рис. 9.9, в режиме 100 А имеется зона незначительной зависимости разбрызгивания от пиков тока при пС]) 1,1 ... 1,4. Однако в указанной зоне при пср 1,35 и ниже, особенно при яср = 1,12 с диапазоном изменения 0,91,2, имеет место примерзание электрода и нарушение процесса сварки. Значение п U 1 объясняется тем, что момент короткого замыкания приходится на впадину в кривой пульсации сварочного тока. При увеличении яср свыше 1,4 1,6 процесс сварки становится устойчивым и разбрызгивание несколько снижается. Схемы выпрямления, имеющие повышенное значение пиков тока, такие, как шестифазная схема с первичной обмоткой трансформатора, включенной треугольником, и трехфазная однополупери-одная, дают в этих режимах наилучшие сварочные показатели. Аналогичные явления наблюдаются и при сварке на токах 60 А с электродом диаметром 2 мм.

Таким образом, при ручной дуговой сварке электродами 2 и 3 мм на токах 100 и 60 А весьма существенное значение имеет нарушение устойчивости процесса сварки при снижении пиков сварочного тока, в частности за счет введения индуктивности в сварочную цепь. Такое явление вызвано снижением динамического и теплового воздействий на перемычку расплавленного металла в момент отделения капли, что подтверждается практически полным отсутствием зависимости между пиками сварочного тока и разбрызгиванием.