Главная


Трансформаторы для электродуговой сварки




Листать книгу
Листать
Страницы: 1 ... 23 ... 69 ... 70
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23


скачать книгу Трансформаторы для электродуговой сварки




В настоящее время основной объем работ при дуговой сварке вы-полняется на переменном сварочном токе. Переменный ток используетсяпри ручной сварке штучными электродами, при автоматической сваркепод флюсом и при аргонодуговой сварке легких сплавов.
...
Источники переменного сварочного тока — самые массовые источ-ники питания дуговой сварки. Основным узлом источников перемен-ного тока является специальный, как правило, однофазный сварочныйтрансформатор. По этому основному узлу источники переменноготока часто называют просто сварочными трансформаторами.
...
Имеющиеся в литературе сведения о современных источникахпеременного сварочного тока явно недостаточны для их изучения,проектирования и эксплуатации. Так, рассмотренные в монографииИ. Я. Рабиновича [27] устройства уже устарели. В книге Б. Е. Патонаи В. К. Лебедева [22] изложены только отдельные вопросы теориии расчетов трансформаторов с механическим регулированием. В работеО. Н. Братковой [9] источникам переменного тока уделено незначи-тельное внимание.
...
Авторы настоящей брошюры ставили целью на основе обобщенияопубликованных материалов и результатов исследований, проведенныхавторами во Всесоюзном научно-исследовательским, проектно-конструк-торском и технологическом институте электросварочного оборудования(ВНИИЭСО), систематизировать сведения о трансформаторах и спе-циализированных установках переменного тока для различных способовдуговой сварки.
...
Книга знакомит читателя с особенностями горения дуги перемен-ного тока и с требованиями к источникам сварочного тока. Описанпринцип действия, рассмотрены электрические схемы и элементы расчетатрансформаторов с механическим и электрическим регулированием.
...
Показана идентичность принципов тиристорного и магнитногофазового регулирования, приведены сведения о разработанных системахуправления тиристорных трансформаторов, тепловом расчете тиристоровпри сварочных нагрузках.
...
Отдельные главы посвящены рассмотрению вспомогательных уст-ройств (возбудители и стабилизаторы горения дуги, устройства огра-ничения напряжения холостого хода и др.), описанию конструкцийи технических характеристик источников, выпускаемых промышлен-ностью, краткому освещению вопросов эксплуатации и техники безопас-ности.
...
Замечания и пожелания по книге просьба направлять по адресу:191065, Ленинград, Марсово поле, 1, Ленинградское отделение Энерго-атомиздата.
...
рочные головки. Почти все универсальные и специализированныесварочные автоматы выполняются с постоянной, независимой от напря-жения дуги скоростью подачи электродной проволоки.
...
Сварка вольфрамовым электродом в защитной среде инертногогаза является основным способом соединения алюминия и его сплавов.В большинстве случаев газовая защита осуществляется аргоном, по-этому сварку часто называют аргонодуговой сваркой. Реже используетсясмесь аргона с гелием, позволяющая повысить проплавляющую способ-ность дуги и улучшить формирование шва при больших скоростяхсварки. Применение переменного тока позволяет сочетать разрушение —катодное распыление — оксидной пленки алюминия в полупериодыобратной полярности дуги, когда вольфрам является анодом, с преиму-щественным разогревом и проплавлением сварного соединения в полу-период прямой полярности (изделие — анод).
...
Процесс аргонодуговой сварки протекает без брызг и обеспечиваетгладкие ровные швы е хорошим проплавлением кромок. Легкостьи мобильность горелок позволяют выполнять сварку в труднодоступныхместах и в любых пространственных положениях в ручном и автомати-ческом режимах.
...
Сварка может выполняться в режиме непрерывных и пульсирующихтоков (импульсные режимы). При сварке пульсирующим током металлплавится во время импульса и кристаллизуется в течение паузы. В ре-зультате шов представляет собой серию частично перекрываемых точек.Сварка пульсирующим током обеспечивает лучшую стабильность про-плавления в различных пространственных положениях. Снижение теп-лового потока в моменты пауз позволяет уменьшить перегрев и дефор-мацию сварного соединения.
...
При питании сварочной дуги переменным током полярность элек-тродов и условия существования дугового разряда периодически изме-няются. В конце каждого полупериода сварочного тока дуга гаснет,температура и электропроводимость дугового промежутка снижаются.Повторное зажигание дуги в новом полупериоде возможно толькопри повышенном относительно напряжения горения дуги напряжении,называемом напряжением повторного зажигания из.
...
В полупериоды прямой полярности дуги, когда катодом являетсяэлектрод (плюс на изделии), пики напряжения повторного зажиганияобычно невелики. В полупериоды обратной полярности пики напряженияповторного зажигания могут превосходить нормальное напряжениегорения дуги в несколько раз. Особенно большие пики напряжениязажигания имеют место при аргонодуговой сварке легких сплавовпри формировании катода на изделии.
...
На устойчивость и скорость повторного зажигания дуги существен-ное влияние оказывают параметры источников питания. К ним прежде
...
Дуга переменного тока находит применение при трех способахдуговой сварки: ручной сварке штучными электродами, автоматическойсварке под слоем флюса, ручной и автоматической сварке легких спла-вов вольфрамовым электродом в среде инертных газов.
...
Несмотря на широкое развитие механизированных способов сварки,ручная сварка штучными электродами остается наиболее распростра-ненным видом дуговой сварки в промышленности, строительстве и намонтаже. К преимуществам ее следует отнести большую технологи-ческую гибкость, возможность сварки в труднодоступных местахи в различных пространственных положениях, простоту, дешевизнуи надежность оборудования. К недостаткам — сравнительно низкуюпроизводительность и значительные потери на угар и разбрызгивание.Борьба с этими недостатками ведется путем совершенствования свойствэлектродов и улучшения сварочных показателей источников тока.
...
Основной объем работ выполняется электродами диаметром 2—6 ммна токах до 400 А. Сварка ведется практически во всепогодных усло-виях.
...
Автоматическая сварка под слоем флюса нашла самое широкоеприменение при изготовлении различного рода резервуаров, труб боль-шого диаметра, изделий из листовой и профильной стали. Флюс способ-ствует получению чистого и плотного металла шва, без пор и включений,с ровной внешней поверхностью, с плавным переходом к основномуметаллу и высокими механическими свойствами сварного соединения;потери на угар и разбрызгивание при сварке практически отсутствуют.Для процесса характерны высокие коэффициенты наплавки (в 2—3 разавыше, чем при ручной сварке) и большие сварочные токи.
...
Экономичным и эффективным путем повышения устойчивостигорения дуги является кратковременное увеличение напряжения надуговом промежутке — только на время повторного возбуждениядуги с помощью специальных устройств — импульсных стабилизаторовгорения дуги. Энергия импульса в стабилизаторах напряжения накапли-вается в емкостном накопителе и инжектируется в цепь дуги черезтиристорное разрядно-синхронизирующее устройство.
...
Импульсные стабилизаторы уже многие годы находят применениепри аргонодуговой сварке легких сплавов и являются неотъемлемойчастью оборудования для этого процесса сварки. При этом процессесварки без стабилизаторов пики напряжения повторного зажиганиядостигают 200- 250 В. Повышение напряжения холостого хода источ-ников до таких значений неприемлемо по экономическим соображениями недопустимо по условиям безопасности.
...
При других процессах сварки стабилизаторы горения дуги широкогораспространения не получили. Однако установлено, что при сваркештучными электродами применение стабилизаторов позволяет несколь-ко снизить напряжение холостого хода источников питания, применятьпри сварке на переменном токе качественные электроды, предназна-ченные для сварки на постоянном токе.
...
В последние годы импульсная стабилизация начала применятьсяв источниках с тиристорным прерывистым регулированием, где рольсинхронизирующего и разрядного устройства вьшолняют тиристорысиловой схемы.
...
Известно, что скорость нарастания напряжения на дуговом про-межутке при обрыве сварочного тока в предыдущем полупериоде опре-деляется его проводимостью. При этом происходит своеобразное само-регулирование процесса повторного зажигания: чем быстрее уменьша-ется проводимость, тем больше скорость нарастания напряжения.
...
При полном разрыве сварочной цепи напряжение на электродахдолжно мгновенно увеличиться до текущего значения напряженияхолостого хода трансформатора: Um sin ¡p
...
кривой тока относительно синусо-идальной, с замедлением его прохож-дения через нулевые значения, наблю-дается снижение стабильности горениядуги. При улучшении формы токадо синусоидальной и далее до трапе-цеидальной и прямоугольной устойчи-вость горения дуги возрастает.
...
Это явление полностью согла-суется с современными представ-лениями о физических процессах,происходящих при повторном воз-буждении открытых дуг перемен-ного тока. Как известно, основным
...
механизмом развития открытой дуги в начале каждого полупериодапеременного тока является разогрев дугового газа после некоторогоего охлаждения при смене полярности. Все меры, способствующиеускорению нагрева газа после перехода тока через нуль, направленына повышение стабильности дуг.
...
Скорость нарастания напряжения, измеренная непосредственнона дуговом промежутке во время сварки, не может характеризоватьдинамические свойства сварочных трансформаторов, так как на неесущественно влияет остаточная проводимость дугового промежутка.Поэтому сравнение динамических свойств предложено [19] проводитьна физической модели. Первичная обмотка исследуемого сварочноготрансформатора замыкается накоротко, а вторичная обмотка черезпереключатель полярности и тиристор подключается к предварительнозаряженному конденсатору. Кривая разрядного тока /р представляетсобой полуволну синусоиды (рис. 1.2, б). Под действием разрядноготока создается поле рассеяния, которое наводит вихревые токи в эле-ментах конструкции трансформатора. В конце полупериода разрядавследствие односторонней проводимости тиристора происходит обрывтока и создаются условия, свойственные сварочной цепи в начале каж-дого полупериода сварки. Спад напряжения и2
...
Рис. 1.3. Осциллограммы мощности и напря-
жения дуги. Режим сварки 180 А, 16 В
...
Постоянная составляющая сварочного тока создает в трансформа-торе постоянную составляющую магнитного поля, вызывающую ростнамагничивающего тока, снижение отдаваемой трансформатором мощ-ности и коэффициента мощности. Значительная постоянная состав-ляющая тока отрицательно сказывается на технологии сварки. Поэтомув источниках питания аргонодуговой сварки принимаются меры поустранению постоянной составляющей тока или ее ограничению дотребуемого по технологическим соображениям значения.
...
До недавнего времени среди многих известных способов устраненияили ограничения постоянной составляющей тока практическое при-менение имел только один — включение в сварочную цепь громоздкойи дорогостоящей конденсаторной батареи, препятствующей протеканиюв цепи постоянного тока.
...
В последние годы во ВНИИЭСО разработано новое, компактноеи экономичное диодно-тиристорное устройство ограничения постояннойсоставляющей тока [5], которое будет рассмотрено в четвертой главе.
...
Для пояснения сущности и принципа работы устройства в традицион-ных источниках с амплитудным регулированием тока рассмотримдинамику роста постоянной составляющей тока при симметричномфазовом регулировании тока.
...
Упрощенная схема замещения источника тока с фазорегуляторомв сварочной цепи представлена на рис. 1.4, а,
...
где мд1, - мгновенное и среднее (в зоне существования тока) зна-чения напряжения обратной полярности ("плюс" на электроде); мд2,1/д2 — мгновенное и среднее значения напряжения прямой полярности.Основное уравнение цепи
...
Для сварки под слоем флюса используются только трансформаторыс электрическим регулированием, позволяющим обеспечить стабили-зацию режима при колебаниях напряжения сети и простое дистанцион-ное регулирование.
...
При многодуговой сварке питание каждой сварочной дуги осу-ществляется от самостоятельного однофазного источника, что позволяетпроизводить независимое регулирование режима каждой дуги. Дляравномерной загрузки сети при трехдуговой сварке источники включаютв разные фазы, а при двухдуговой — по двухфазной симметричнойсхеме.
...
В состав оборудования для аргонодуговой сварки, помимо источ-ника питания с электрическим регулированием, входят устройстводля первоначального возбуждения дуги и стабилизации ее горенияв процессе сварки, устройство для ограничения или регулированияпостоянной составляющей сварочного тока, аппаратура управленияциклом сварки, программатор импульсных режимов.
...
Такие комплексные устройства, скомпонованные в общем кожухе,получили название установок для аргонодуговой сварки. В состав уста-новок для ручной сварки входит комплект сварочных горелок.
...
По виду статических внешних характеристик источники тока можноподразделить на источники с крутопадающими (ПВХ) и пологопада-юшими, или "жесткими" (ЖВХ), внешними характеристиками. Источ-ники, имеющие одновременно оба вида внешних характеристик, полу-чили название универсальных.
...
Статической внешней характеристикой источника называют зави-симость напряжения вторичной цепи от тока и2
...
Требования к виду внешних характеристик определяют такие пока-затели сварочного процесса, как тип электрода (плавящийся, непла-вящийся), характер среды, в которой происходит сварка (открытаядуга, дуга под флюсом, в защитных газах), степень механизации про-цесса (ручная, полуавтоматическая, автоматическая сварка), способрегулирования режима горения дуги (саморегулирование, автомати-ческое регулирование напряжения дуги).
...
до максимального 1/22 значения, причем диапазон регулированиярабочего напряжения выбирается в строгом соответствии с заданнымдиапазоном сварочного тока от 12\ до /22.
...
Регулирование напряжения при ЖВХ также может быть плавным,ступенчатым и смешанным. Значение сварочного тока определяетсяскоростью подачи электродной проволоки, а источник питания задаетнапряжение дуги и обеспечивает саморегулирование длины дуги.
...
В трансформаторах для сварки под флюсом согласно ГОСТ 7012—77рабочее напряжение (в вольтах) и сварочный ток связаны соотношением:
...
сварки с механическим регулированием на ток 315 А, регистрационныйномер 7, модификация 1 (с ограничителем напряжения холостого хода),исполнение У, категория размещения 2.
...
Трансформатор — это электрический аппарат, предназначенныйдля преобразования одного переменного напряжения в другое напря-жение той же частоты.
...
Трансформатор содержит две (или более) электрически не связан-ные между собой обмотки, размещенные на замкнутом стальном маг-нитопроводе. Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопроводыизготовляются из листовой электротехнической стали. В современныхотечественных сварочных трансформаторах находит преимущественноеприменение холоднокатаная анизотропная рулонная сталь марок 3404,3405 толщиной 0,35 мм и 3414 толщиной 0,35 и 0,5 мм с термостойкимэлектроизоляционным покрытием, с содержанием кремния 2,8—3,8%,выпускающаяся по ГОСТ 21427.1—83.
...
По характеру устройства магнитной цепи различают трансформаторыброневого и стержневого типа, по характеру устройства обмоток —трансформаторы с цилиндрическими и дисковыми обмотками.
...
В источниках переменного сварочного тока преимущественноераспространение получили трансформаторы со стержневыми магнито-проводами как с цилиндрическими, так и с дисковыми обмотками;трансформаторы работают с воздушным естественным или принуди-тельным охлаждением.
...
ЭДС самоиндукции в первичной обмотке можно также разложитьна две составляющие: ЭДС, индуктируемую главным потоком, е1
...
намагничивающий ток, что н при холостом ходе. Разница между первич-ным и вторичным токами всегда должна быть такой, чтобы обеспечитьнамагничивающий ток, необходимый для возбуждения основного пото-ка, что предопределяет автоматическое увеличение 11
...
В трансформаторах с развитым электромагнитным рассеянием,где падение напряжения на сопротивлении хХ!
...
Реальная картина электромагнитного поля трансформатора с раз-витым рассеянием (с разнесенными обмотками) схематически показанана рис. 2.2, б.
...
Однако анализ работы и расчет трансформатора упрощаются, еслиреальную картину поля заменить эквивалентной (см. рис. 2.2, в), кото-рая строится в предположении, что главный поток, замыкаясь толькопо магнитопроводу, сцепляется со всеми витками первичной и вто-ричной обмоток. При этом имеют место два самостоятельных потокарассеяния Фи и Ф25, причем поток Ф2!
...
значения этих векторов и перенеся их в координатную систему, по осиординат которой отложены напряжения 1/2, а по оси абсцисс — токи 12,получим внешнюю характеристику трансформатора 4,
...
Расчеты и эксперименты показали, что все известные модификациитрансформаторов броневого типа уступают по удельным расходамактивных материалов и по КПД трансформаторам стержневого типа[1,
...
Для трансформатора с подвижными обмотками характерна неко-торая зависимость напряжения холостого хода от расстояния междуобмотками. При раздвиженин обмоток вследствие роста потока рас-сеяния, замыкающегося по воздуху в окне между стержнями, напряже-ние холостого хода снижается на 3—6% относительно значения, полу-чаемого при сдвинутых обмотках.
...
Следует отметить, что индуктивное сопротивление в зависимостиот расстояния между обмотками изменяется по линейному законуи, следовательно, сварочный ток изменяется обратно пропорциональнорасстоянию между обмотками. При большом раздвижении обмотокэффективность регулирования тока снижается при непрерывном ростемассы магнитопровода. Поэтому большой диапазон плавного регулиро-вания в трансформаторах с подвижными обмотками нецелесообразен.
...
Для расширения пределов регулирования тока при ограничениимассы магнитопровода применяется плавно-ступенчатое регулированиепутем одновременного переключения числа витков первичной и вто-ричной обмоток с сохранением постоянства коэффициента трансформа-ции или с некоторым его снижением в диапазоне малых токов.
...
Необходимым условием плавно-ступенчатого регулирования явля-ется стыковка между двумя диапазонами тока. ГОСТ 95—77 допускаетнебольшой разрыв токов при переходе с одного диапазона на другой —не более 7,5%.
...
Две ступени регулирования для трансформатора по схеме рис. 2.6, асоответствуют параллельному или последовательному соединениюкатушек обмоток на разных стержнях. При этом напряжение холостогохода не изменяется, а индуктивное сопротивление обмоток изменяетсяв четыре раза. Регулировочные характеристики этого трансформаторадля двух ступеней регулирования приведены на рис. 2.6, г
...
(переносные сварочные трансформаторы на токи 160 и 250 А) с учетомполя рассеяния, замыкающегося на металлический кожух, индуктивноесопротивление трансформатора изменяется примерно в два раза.
...
Индуктивное сопротивление трансформатора. При расчете свароч-ного трансформатора к числу основных исходных данных относятсяпределы регулирования сварочного тока, которые непосредственносвязаны с индуктивным сопротивлением трансформатора.
...
Максимальному сварочному току соответствует минимальноеиндуктивное сопротивление хт-1П (обмотки полностью сдвинуты),минимальному сварочному току — максимальное хтах
...
В соответствии с картиной поля рассеяния индуктивное сопро-тивление трансформатора также может быть представлено как сумматрех составляющих:
...
где со = 2я/ - угловая частота, с"1; ц0 = 4я • 10"7 - магнитная постоян-ная, Гн/м; ИіиИ2
...
6. Конструктивные размеры трансформатора. Расчет конструктивных разме-ров приводится применительно к стержневой конструкции, эскиз которой данна рис. 2.7. Далее все линейные размеры даны в миллиметрах, сечения - в квадрат-ных миллиметрах.
...
ширина прокладки между катушками первичной обмотки 63 = 1,5 ... 2,0;размеры крепежных изоляционных деталей первичной обмотки 84 = 8, = 10;то же для вторичной обмотки 86=г, = 10...13.
...
где ки = 0,15 мм - толщина межслоевой изоляции; ку = 1,1 - коэффициент, учи-тывающий неплотность укладки проводников;число витков в слое
...
6. Конструктивные размеры трансформатора. Расчет конструктивных разме-
ров приводится применительно к стержневой конструкции, эскиз которой дан
на рис. 2.7. Далее все линейные размеры даны в миллиметрах, сечения - в квадрат-
ных миллиметрах.
...
ния обмоток. Полному разнесению обмоток соответствует диапазонмалых токов. При переходе на диапазон больших токов включаетсяобмотка с числом витков и>2д и отключается часть обмотки ы2о.
...
Новая, наиболее рациональная схема соединения обмоток пред-ставлена на рнс. 2.8, е. Диапазону больших токов соответствует парал-лельное соединение катушек вторичной обмотки. При переходе надиапазон малых токов дополнительные катушки 5 отключаются, а основ-ные катушки 2
...
Плавное регулирование тока в трансформаторе осуществляетсяперемещением магнитного шунта вручную или сервоприводом. Приполностью вставленном в окно шунте магнитная проводимость дляпотока рассеяния и, следовательно, индуктивное сопротивление транс-форматора максимальны, сварочный ток при этом минимален. Привыдвижении шунта из окна магнитопровода магнитная проводимостьуменьшается и сварочный ток растет.
...
Магнитный шунт при выходе из окна магнитопровода испытываетмаксимальное осевое электромагнитное усилие, втягивающее шунтв окно магнитопровода и вызывающее его вибрацию. Для снижениявибрации применяются тугие направляющие, по которым перемещаетсяшунт, или шунт снабжают пружинами, отжимающими его к одной сто-роне магнитопровода или устанавливающими его в окне с некоторымперекосом.
...
Вибрация магнитного шунта значительно уменьшается, если егоразделить на две равные части и регулирование тока производить, вы-двигая части шунта из окна в противоположные стороны. В этом случаеосевые усилия, действующие на шунты, направлены навстречу другДРУГУ-
...
Индуктивное сопротивление трансформатора. Трансформатор с вы-двинутым магнитным шунтом почти полностью аналогичен трансфор-матору с подвижной обмоткой.
...
Однако наличие выдвинутого магнитного шунта несколько влияетна характер ноля рассеяния, в результате чего индуктивное сопротив-ление такого трансформатора на 20—30% выше, чем у подобного транс-форматора с разнесенными обмотками без шунта.
...
Максимальное индуктивное сопротивление слагается из двух со-ставляющих, соответствующих магнитным потокам рассеяния по воз-Духу х
...
сопротивление трансформатора снижается и сварочный ток растет.В результате действия электромагнитных сил подвижный пакет дрос-селя подвержен вибрациям, особенно значительным при малом зазоре 5.Вибрации могут вызывать поломки в подвижном механизме, а такженарушение изоляции обмоток.
...
Масса таких трансформаторов существенно больше, чем трансфор-маторов с подвижными обмотками и подвижными шунтами. Выпуских в настоящее время во всем мире практически прекращен.
...
Для бесконтактного электрического регулирования напряженияи тока в сварочных трансформаторах могут использоваться тиристорныеили магнитные регуляторы.
...
Основное преимущество таких регуляторов — отсутствие подвиж-ных частей и, как следствие, высокая надежность и долговечность.
...
Как тиристорные, так и магнитные устройства осуществляют фазо-вое регулирование мгновенного, действующего и среднего значенийнапряжения нагрузки. При этом в зависимости от принятых схемныхрешений форма тока в нагрузке может иметь импульсный, прерывистыйхарактер с бестоковыми паузами или непрерывную, практически прямо-угольную форму.
...
На рис. 3.1 приведены схемы источников на основе простейшихмагнитных и тиристорных регуляторов. В схемах магнитного регулиро-вания (рис. 3.1,
...
нодуговой сварки и сварки под флюсом, практически полностью вы-теснены тиристорными регуляторами, позволяющими наиболее простои экономно решать задачи стабилизации, программирования и дистан-ционного регулирования режима сварки, формирования требуемыхвнешних характеристик, ограничения напряжения холостого хода,управления значением постоянной составляющей сварочного тока.Поэтому далее будем рассматривать только тиристорные устройства.Одна конструкция подмагничиваемого трансформатора, получившегораспространение в отечественных промышленных сварочных установках[11], будет рассмотрена в главе пятой при описании этих установок.
...
По причинам, изложенным ниже, устройства с прямоугольной фор-мой тока получили распространение в установках для аргонодуговойсварки и называются источниками с прямоугольной формой тока.Устройства с прерывистым регулированием тока получили распростра-нение при ручной дуговой сварке и автоматической сварке под флюсоми обычно называются тиристорными трансформаторами.
...
Процессы в идеальном источнике. Сначала полагаем, что индуктив-ное сопротивление дросселя -*°°; выпрямленный ток при этомполностью сглажен. Линейные диаграммы напряжений и токов дляактивной нагрузки при трех углах регулирования приведены на рис. 3.2.На рис. 3.2, я представлены напряжения питания и2
...




Основы сварочного дела
Газовая сварка и резка металлов
Специальные стали
Трансформаторы для электродуговой сварки
Механические свойства металлов
Сварочный аппарат своими руками
Сварка на контактных машинах