Тиристорная схема регулятора тока для сварочного аппарата

Тиристорная схема регулятора тока для сварочного аппарата

• 11 июля
• 2981 просмотров
• комментариев
• 53 рейтинг

В этом материале рассмотрим способы регулировки сварочного тока. Схемы регуляторов тока для сварочного аппарата разнообразны. Они имеют свои достоинства и недостатки. Постараемся помочь читателю выбрать регулятор тока для сварочного аппарата.

Схема сварочного аппарата.

Что происходит внутри дуги

Так вы можете получить представление о том, что в действительности происходит во время сварки.

В середине рисунка виден «поток дуги», который создает дуга при наличии тока, протекающего в промежутке между концом электрода и деталью. Температура дуги в этом месте составляет приблизительно 3300° С. Это более чем достаточно, чтобы расплавить металл основы. Эта дуга достаточно широкая и достаточно горячая, на нее нельзя смотреть незащищенным глазами без риска получить болезненную травму. При наблюдении за дугой следует использовать сильно затемненные стекла, специально созданные для дуговой сварки, эти стекла вставляются в надеваемую на голову маску или в удерживаемый в руке щиток.

Дуга расплавляет металл основы и фактически проникает в него, подобно тому, как вода из садового поливального шланга проникает в землю. Расплавленный металл образует сварочную ванну, и зона расплава постепенно удаляется от дуги при ее перемещении. При перемещении дуги от зоны расплава, сварочная ванна охлаждается и отвердевает. Шлак, образующийся в верхней части сварного шва, защищает его от быстрого охлаждения.

Электрод с покрытием служит не только для того, чтобы подводить ток к дуге. Электрод состоит из металлического сердечника в виде прутка, вокруг которого нанесено спекшееся химическое покрытие. Внутренний металлический пруток расплавляется в дуге и добавляет через дугу капли расплавленного металла в сварочную ванну. Электрод обеспечивает дополнительный металл заполнения шва для заполнения канавки или зазора между двумя кусками металла основы. Покрытие также расплавляется или сгорает в дуге. Оно выполняет несколько функций. Оно делает дугу более устойчивой, обеспечивает экранирование из дымоподобного газа вокруг дуги, чтобы не допускать контакта кислорода и азота воздуха с расплавленным металлом, а также обеспечивает флюс для сварочной ванны. Флюс собирает загрязнения и образует защитную окалину. Разные типы электродов принципиально отличаются друг от друга своим покрытием. Меняя состав покрытия можно существенным образом изменять рабочие характеристики электродов. Понимая различие между покрытиями, сварщик может наиболее правильно подобрать наилучший электрод для выполнения работы.

При выборе электрода должно учитываться следующее:

1. желаемый состав сварного шва, например, мягкая сталь, нержавеющая сталь, низколегированная сталь;

2. толщина свариваемой пластины или металла основы;

3. Положение, в котором будет производиться сварка (с опущенным электродом или в другом положении)

4. состояние поверхности свариваемого металла основы;

5. возможность приобретения и работы с требуемыми электродами.

Четыре простых действия-манипуляции имеют первостепенное значение. Отсутствие абсолютного мастерства в этих четырех действиях желаю процесс сварки бессмысленным. Мастерское овладение этими четырьмя действиями делаю процесс сварки простым.

Выбор режима ручной дуговой сварки

Дуговую сварку контролируют ряд параметров, а именно:

• сварочный ток
• напряжение дуги
• скорость сварки
• род и полярность тока
• положение шва в пространстве
• тип электрода и его диаметр

Поэтому перед началом работы следует подобрать значения этих параметров так, чтобы сварочный шов получился требуемого размера и хорошего качества.

1.1 Сварочный ток (выбор сварочного тока посредством подбора диаметра электрода)

Важнейшим параметром при работе ручной дуговой сварки является сила сварочного тока. Именно сварочный ток будет определять качество сварочного шва и производительность сварки в целом.

Обычно рекомендации по выбору силы сварочного тока приведены в инструкции пользователя, которая поставляется в комплекте со сварочным аппаратом. Если таковой инструкции нет, то силу сварочного тока можно выбрать в зависимости от диаметра электрода. Большинство производителей электродов размещают информацию о величинах сварочного тока прямо на упаковках своей продукции.

Диаметр электрода подбирают в зависимости от толщины свариваемого изделия. Однако помните, что увеличение диаметра электрода уменьшает плотность сварочного тока, что приводит к блужданию сварочной дуги, её колебаниям и изменениям длины. От этого растет ширина сварочного шва и уменьшается глубина провара – то есть качество сварки ухудшается. Кроме того, уровень сварочного тока зависит от расположения сварочного шва в пространстве. При сварке швов в потолочном или вертикальном положении рекомендуется диаметр электродов не меньше 4 мм и понижение силы сварочного тока на 10-20 %, относительно стандартных показателей тока при работе в горизонтальном положении.

Таблица 1.1

1.2 Напряжение дуги (длина сварочной дуги)

После того, как сила сварочного тока определена, следует рассчитать длину сварочной дуги. Расстояние между концом электрода и поверхностью свариваемого изделия и определяет длину сварочной дуги. Стабильное поддержание длины сварочной дуги очень важно при сварке, это сильно влияет на качество свариваемого шва. Лучше всего использовать короткую дугу, т.е. длина которой не превышает диаметр электрода, но это достаточно тяжело осуществить даже при наличии солидного опыта. Поэтому оптимальной длиной дуги принято считать размер, который находится между минимальным значением короткой дуги и максимальным значением (превышает диаметр электрода на 1-2 мм)

Таблица 1.2

1.3 Скорость сварки

Выбор скорости сварки зависит от толщины свариваемого изделия и от толщины сварочного шва. Подбирать скорость сварки следует так, что бы сварочная ванна заполнялась жидким металлом от электрода и возвышалась над поверхностью кромок с плавным переходом к основному металлу изделия без наплывов и подрезов. Желательно поддерживать скорость продвижения так, что бы ширина сварочного шва превосходила в 1,5-2 раза диаметр электрода.

Если слишком медленно перемещать электрод, то вдоль стыка образуется достаточно большое количество жидкого металла, который растекается перед сварочной дугой и препятствует её воздействию на свариваемые кромки – то есть результатом будет непровар и некачественно сформированный шов.

Неоправданно быстрое перемещение электрода тоже может вызывать непровар из-за недостаточного количества тепла в рабочей зоне. А это чревато деформацией швов после охлаждения, вплоть до трещин.

Наиболее простой способ подбора скорости сварки ориентирован на приблизительно среднее значение размеров сварочной ванны. В большинстве случаев сварочная ванна имеет размеры: ширина 8–15 мм, глубина до 6 мм, длина 10–30 мм. Важно следить, что бы сварочная ванна равномерно заполнялась плавленным металлом, т.к. глубина проплавления почти не изменяется.

На рисунке видно, что при увеличении скорости заметно уменшается ширина шва, при этом глубина проплавления остается почти неизменной. Очевидно, что наиболее качественные швы (в этом примере) – при скоростях 30 и 40 м/ч.

1.4 Род и полярность тока

У большинства моделей бытовых аппаратов для ручной дуговой сварки на выходе путем выпрямления переменного тока образуется постоянный сварочный ток. При использовании постоянного тока возможны два варианта подключения электрода и детали:

• При прямой полярности деталь подсоединяется к зажиму «+», а электрод к зажиму «-»
• При обратной полярности деталь подключается к «-», а электрод – к «+»

На положительном полюсе выделяется больше тепла, чем на отрицательном. Поэтому обратную полярность при работе с электродами применяют во время работ по сварке тонколистового металла, чтобы его не прожечь. Можно использовать обратную полярность при сварке высоколегированных сталей во избежание их перегрева, а на прямой полярности лучше варить массивные детали

• Сварка с глубоким проплавлением основного металла
• Сварка низко- и среднеуглеродистых и низколегированных сталей толщиной 5 мм и более электродами с фтористо-кальциевым покрытием: УОНИ-13/45, УОНИ-13/55 и др.
• Сварка чугуна

• Сварка с повышенной скоростью плавления электродов
• Сварка низколегированных и низкоуглеродистых сталей (типа 16Г2АФ), средне- и высоколегированных сталей и сплавов
• Сварка тонкостенных листовых конструкций

Низколегированные стали — это конструкционные стали, в которых содержится не больше 2,5% легирующих элементов (углерода, хрома, марганца, никеля и т.д., причем углерода не должно быть более 0,2 %), широко применяются в строительстве, судостроении, трубопрокатном производстве. Сварку низколегированных сталей можно производить как ручным способом, так и автоматически, вне зависимости от полярности тока.

Для чего нужен форсаж дуги на сварочном инверторе

В отличие от «горячего старта» он поддерживает стабильный ток не только во время розжига электрода, но и весь сварочный процесс. Принцип работы Arc force заключается в увеличении выходного тока во время короткого замыкания. Когда между электродом и свариваемой поверхностью появляется капелька металла, велик риск залипания электрода, он притягивается к свариваемой поверхности. Аппарат мгновенно добавляет ампераж на 1/3 от рабочего напряжения, позволяя капле расплавиться, а затем возвращает его к прежним параметрам. Что такое форсаж дуги сварочного инвертора с точки зрения функциональности: высокоскоростной регулятор ампеража, стабилизирующий рабочие параметры аппарата. Функции форсажа:

• мгновенно увеличивать силу тока, когда она снижается до критического уровня, возрастает риск короткого замыкания, прикипания электрода;
• уменьшать, когда электродуга мощная, защищать от прожогов тонких деталей;
• обеспечивать стабильную работу.

Инвертор или трансформатор: что лучше?

Трансформаторы считаются одними из самых дешёвых разновидностей агрегатов для сварки. Отличаются простотой конструкции: среди всех внутренних элементов главный — сердечник. На нём присутствуют первичная и вторичная обмотки: первая остаётся статичной, в то время как вторая движется относительно неё. Подачу тока можно регулировать механически, от его максимальной величины зависит вес устройства. Самый лёгкий трансформатор весит от 20 кг, при этом толщина электродов не должна превышать 4 мм, что не позволяет сваривать крупные детали.

Большие масса и габариты — не единственный минус такого оборудования. Главный недостаток связан с переменным током, который вырабатывают приборы: сварочная дуга мерцает, ведёт себя нестабильно, «скачет» по материалу. Из-за этого не получается сделать аккуратный шов, т. к. происходит разбрызгивание металла. Также отмечают сильную нагрузку на электрическую сеть и высокий уровень шума.

Применение аппарата инверторного типа позволит избежать вышеперечисленных проблем. Такие инструменты выступают преобразователями переменного тока 50 Гц в постоянный. В результате преобразования получаются ровные аккуратные швы, глубокий провар и малое количество брызг.

При выборе инверторного аппарата необходимо иметь понятие об используемых в нём транзисторах:

• Mosfet. Надёжные устройства, хорошо подходят для обработки чёрных металлов. Тяжёлые, не менее 20 штук в электронной схеме инвертора. При температуре свыше 60° срабатывает защита от перегрева, поэтому отмечается относительно недолгая продолжительность включения.
• IGBT. Отличаются меньшим весом — в одно устройство требуется до 10 единиц транзисторов. Перегрев наступает после 90 градусов. Малое количество деталей упрощает сервисные работы.

Преимущества сварочных инверторов многочисленны: высокий КПД и производительность до 95%, функция «горячий старт», лёгкость розжига (зависит от параметров напряжения холостого хода), компактный размер и масса 3-6 кг, стабильный ток и ровная электрическая дуга, управление с помощью электроники и ручная регулировка.

Виды сварочных выпрямителей

Аппараты классифицируют по разным показателям. Например, по сфере применения: бытовые, профессиональные и полупрофессиональные модели. Разница между тремя этими классами выпрямителей заключается в рабочем напряжении. Различают аппараты и по способу регулировки напряжения: витковому, магнитному, импульсному и фазовому.

Сварочные выпрямители, в свою очередь, могут различаться количеством фаз: от 1 до 3. Однофазное оборудование – бытовое, его применяют только при одном держателе электродов. Трехфазные модели состоят из 6-12 полупроводниковых диодов, подключенных параллельно. Для двухфазного оборудования характерно последовательное или параллельное подключение мостов. Наибольшим спросом пользуются трехфазные, поскольку они способны работать с металлом разной толщины.

Пространственное положение шва

Потолочный шов – самый сложный в исполнении, требующий высокой квалификации сварщика. Его выполняют короткими промежутками с движением электрода на себя, что позволяет контролировать длину дуги, процесс формирования шва и угол наклона электрода.

При выполнении вертикальных швов, расплавленный металл сварочной ванны стремится вниз. Соединение выполняют короткой дугой, с направлением движения снизу вверх. Сварку вертикальных поверхностей обычно осуществляют без предварительной подготовки кромок.

Настройка расхода газа в сварочной горелке.

Для обеспечения качественной сварки и отсутствия пор даже для качественной сварочной смеси правильная настройка потока газа в сварочной горелке имеет огромное значение. Для обеспечения качественной сварки с применением аргоновых смесей следует выполнять следующие рекомендации :

1. Для контроля расхода газа необходимо использовать только расходомер (ротаметр), контролирующий поток газа ( обычно в л/мин.). Расходомер обычно устанавливают на редукторе. Следует обращать внимание, что фактический расход газа непосредственно в горелке всегда отличается от величины расхода, установленного на редукторе. Особенно это заметно при нарушении целостности шлангов (трещины или проколы) или неплотного крепления шлангов на газовых штуцерах. Поэтому рекомендуется иметь ручной расходомер газа, который позволяет оперативно проверить величину расхода непосредственно на сварочной горелке.
2. Величина расхода на сварочной горелке должна примерно соответствовать диаметру сварочной горелки (в мм). Обычно нормальный расход для аргоновых смесей составляет 12-15 л/мин. Для сварки на форсированных режимах расход газа следует увеличить до 20-25 л/мин. Следует помнить также, что для сварки в аргоновых смесях горелку следует держать близко к вертикальному положению и расстояние до сварного шва должно быть не более 15-20 мм. ;
3. При расходе газа в горелке более 30 л/мин и при большом угле наклона сварочной горелки возможен подсос воздуха в зону сварки и образование пор в сварном шве. ОБРАЩАЕМ ВНИМАНИЕ, что при работе с углекислотой появление пор обычно стараются устранить путем увеличения расхода газа, и при переходе на работу со сварочной смесью при избыточной величине расхода газа такая «привычка» может сыграть злую шутку и только увеличить негативный эффект. ;
4. Помимо величины расхода газа важно также проверять состояние и расположение газовой насадки (сопло) на сварочной горелке. Насадка должна быть расположена строго соосно с сварочным наконечником, определяющим направление движения сварочной проволоки. При несоосности газовый поток направляется в сторону от сварочной ванны и не может обеспечить надежную защиту зоны сварки.;
5. В некоторых случаях при большом разбрызгивании сварочной проволоки часть брызг попадает в сопло сварочной горелки и застревает там в виде хаотичного сита, что может приводить также к рассеиванию ламинарного (однородного) потока газа из горелки, уводя поток защитного газа в сторону от сварочной ванны, что опять может вызвать образование пор при сварке ;

Процесс работы со сварочным полуавтоматом не имеет особой сложности и позволяет получить сварочные швы высокого уровня на заготовках различной толщины и типоразмера. Важно лишь правильно провести подготовительные мероприятия и определиться с оптимальным режимом сваривания. Остальное зависит от уровня подготовки сварщика, его квалификации и степени сложности проводимых им действий.