Источники питания для электрошлаковой сварки

Электрошлаковая сварка основана на выделении теплоты при прохождении электрического тока I_Ш через расплавленный шлак (рис.5.34) в пространстве, образованном вертикально расположенными свариваемыми кромками изделия 1 и формирующими водоохлаждающими ползунами 2 создается ванна расплавленного шлака 3, в которую погружается ме­таллический электрод 4. Теплота, выделяющаяся в шлаковой ванне при прохождении тока _Ш расплавляет электрод и кромки основного металла, в результате чего образуется металлическая ванна 5. При кристаллизации ванны формируется сварной шов 6. Расстояние между электродами и металлической ванной зависит от падения напряжения U_ш на электрошлаковой ванне I_Ш и вылете электрода I_В.

Рис. 5.34. Схема электрошлакового процесса

В холодном состоянии шлак, как правило, неэлектропроводен. Для наведения шлаковой ванны сначала возбуждают дугу, которая расплавляет флюс, при этом его электропроводность резко возрастает. По мере увеличения объема расплавленного шлака дугу гасят, не прерывая тока. В результате чего начинается электрошлаковый процесс. В шлаковой ванне ток переносится в основном положительными ионами и реже -отрицательными ионами и электронами. С ростом температуры ванны Т_ш подвижность ионов увеличивается и возрастает удельная проводимость. Шлаковую ванну на участке между электродом и металлической ванной можно рассматривать как нелинейное активное сопротивление Rш. Стати­ческая вольтамперная характеристика электрошлаковой ванны U_ш=f(I_ш)-1 падающая построена при постоянном расстоянии l_Ш рис.5.34.

Действительно, с ростом тока I_Ш увеличивается температура Т_ш (при условии, что весь флюс находится в жидком состоянии) и удельная проводимость шлака у, а падение напряжения на ней снижается. В реальном процессе ЭШС расстояние /_в зависит от скорости подачи электрода. Vп. Реальная связь тока и напряжения выявляется характеристикой устойчивой работы, получаемой при постоянной скорости подачи Vп электродной проволоки в зону плавления (рис.5.35.). Увеличение напряжения источника почти не сопровождается ростом тока - вольтамперная характеристика устойчивой работы U_Ш = f(I_Ш) 2,3 при постоянной скорости подачи проволоки почти вертикальна.

Рис.5.35.Статические вольтамперные характеристики электрошлаковой ванны 1 и регуляторов в 2 и 3

При увеличении скорости подачи Vп ток I_Ш возрастает и устанавливается на более высоком, но тоже почти постоянном уровне. Поэтому система подачи электрода при электрошлаковой сварке аналогична системе с саморегулированием длины дуги, так как в рассматриваемом слу чае скорость подачи электрода не зависит от величины напряжения U_ш и постоянна для заданного режима сварки.

Требования к источникам питания. Источники питания для ЭШС с целью обеспечения устойчивости теплового режима должны иметь жесткую или пологопадающую внешнюю характеристику. Для предотвращения дугового разряда электрошлаковую сварку следует вести да переменном токе, относительно низком напряжении источника, при глубокой шлаковой ванне, используя шлаки с низкими стабилизирующими свойствами. Одновременно источник должен обеспечивать устойчивый. дуговой разряд при наведении шлаковой ванны. Обычно трансформаторы для ЭШС. имеют напряжение холостого хода U₀ =35~60B.

Точки пересечения внешних характеристик трансформаторов для ЭШС с характеристиками устойчивой работы определяют режим сварки (рис,5.36.}. Откуда следует, что величина тока I_Ш устанавливается скоро­стью подачи электродной проволоки Vп. Напряжение электрошлакового процесса настраивается изменением напряжения холостого хода трансформатора Uo. Обычно кратность изменения напряжения U_{o rnax} /Uo_min достигает 2.

Рис. 5.36. Внешние характеристики трансформаторов для ЭШС

Высокая стабильность тока I_Ш гарантируется постоянной скоростью подачи проволоки. Из-за колебаний напряжения сети стабильность напряжения U_ш невелика. Эффективной мерой борьбы является стабилизация внешних характеристик источника за счет обратной связи по напряжению. На практике часто используют ручную корректировку напряжения при наличии устройств для плавного или мелкоступенчатого изменения под нагрузкой.

Конструкции трансформаторов для электрошлаковой сварки. При электрошлаковом процессе используется в основном переменный ток. Трансформаторы для ЭШС разделяют по способу регулирования напряжения и числу фаз. Наиболее распространения получили трансформаторы, показанные на рис.5.37.

Рис. 5.37. Схемы трансформаторов для ЭШС:

а- с секционированной обмоткой

Однофазный трансформатор с нормальным рассеянием с секционированными обмотками (рис.5.37,а) имеет практически жесткую характеристику с наклоном р_и не более 0,01 В/А. Грубая ступенчатая настройка напряжения осуществляется перед сваркой перестановкой перемычки в цепи вторичной обмотки. Более мелкая ступенчатая настройка напряжения (2...3В) производится изменением количества витков в первичной обмотке с помощью контакторов К1-К4. Настройка возможна под нагрузкой.

Трансформатор с магнитной коммутацией (рис.5.37,б), магнитная схема подобна схеме трансформатора для дуговой сварки с подмагничивающим шунтом. При изменении тока в обмотке управления ОУ1 и ОУ2 меняется поток, пронизывающий дополнительную вторичную обмотку ОВ2, и за счет этого плавно изменяется суммарное вторичное напряжение трансформатора. Грубая настройка напряжения возможна секционированием основной вторичной обмотки ОВ1.

Трансформатор с тиристорным коммутатором (рис.5.37,в) обеспечивает плавную настройку напряжения - за счет изменения угла включения тиристоров. В отличие от трансформаторов для дуговой сварки нет необходимости в наличии цепи подпитки, так как при электрошлаковом процесс отсутствует дуга и не предъявляются требования к непрерывности тока.

Вопросы для самопроверки

1. Сущность импульсно-дуговой сварки.

2. Что понимают под управляемым переносом электродного металла?

3. Укажите наиболее эффективный способ обеспечения мелкокапельного переноса при токе ниже критического.

4. Укажите принципы формирования и способы регулирования параметров им­пульсов тока в источниках питания для ИДС.

5. Особенности горения сжатой дуги.

6. Какие электрические свойства сжатой дуги определяют требования к статическим свойствам источников питания?

7. Отличительная особенность конструкции источника питания для сварки лег­ких сплавов вольфрамовым электродом от обычных источников пи­тания переменного тока.

8. Какие источники питания называют специализированными?

9. С какой целью используются инверторы в конструкциях сварочных выпрямителей?

10. Укажите причину появления постоянной составляющей переменного тока при сварке неплавящимся электродом.

11. Укажите, почему необходимо подавлять постоянную составляющую переменного тока при сварке неплавящимся электродом?

12. Способы подавления постоянной составляющей дуги переменного тока.

13. С какой целью в конструкциях источников питания для сварки легких сплавов вольфрамовым электродом предусматривают стабилизаторы горения дуги?

14. Обоснуйте способ возбуждения дуги при сварке вольфрамовым электродом.

15. Обоснуйте полярность дуги постоянного тока при сварке вольфрамовым электродом.

Поиск по сайту: