Текст книги "Сварочные работы: Практическое пособие для электрогазосварщика"

При выполнении сварочных работ существуют опасности для здоровья рабочего:

поражение электрическим током;

поражение глаз и открытых поверхностей кожи лучами дуги; отравление вредными газами и пылью;

ожоги от разбрызгивания электродного расплавленного металла и шлака;

ушибы и порезы в процессе подготовки изделий под сварку и во время сварки.

Поэтому, прежде чем приступить к сварочным работам, необходимо изучить на рабочем месте инструкцию по безопасным приемам обращения со сварочным оборудованием и расписаться в регистрационном журнале.

После этого необходимо ознакомиться с порядком включения и выключения питающей сети высокого напряжения, убедиться в наличии актов обязательной ежегодной проверки заземления и сопротивления изоляции коммутационных проводов и электрододержателей.

Во время сварки необходимо работать только в спецодежде. Куртка должна быть надета поверх брюк и застегнута, брюки должны закрывать обувь.

Запрещается пользоваться неисправными сварочными щитками, разбитыми защитными светофильтрами. Нельзя производить сварочные работы при отключенной или неисправной системе вентиляции.

После окончания работы электрододержатель должен находиться в таком положении, при котором исключался бы его контакт с токоведущими частями сварочного поста. Сварочное оборудование в процессе эксплуатации требует внимательного ухода и обслуживания. Сварщику необходимо принимать следующие меры:

перед включением источника питания очистить его от пыли, грязи, случайно попавших огарков электродов или кусков сварочной проволоки;

проверить надежность изоляции сварочных проводов и их соединения, при необходимости подтянуть крепление, изолировать место повреждения сварочного кабеля;

убедиться в наличии заземления.

Эти меры гарантируют длительную, надежную и безопасную работу источника питания.

При включении источника питания могут быть обнаружены его дефекты или неисправности. В этом случае необходимо отключить источник питания и сообщить об этом мастеру, наладчику или электромонтеру для устранения неисправностей источника питания.

Контрольные вопросы:

1. Расскажите об обязанностях обучающихся перед проведением сварочных работ.

2. Каковы правила пользования спецодеждой и сварочными щитками? Расскажите об обязанностях сварщиков по обслуживанию сварочного оборудования.

Традиционным источником переменного тока является сварочный трансформатор. Источником постоянного тока является выпрямитель, который сконструирован на базе трансформатора и полупроводникового выпрямителя. Широкое распространение получили также инверторные источники тока, которые применяются для сварки как на переменном, так и на постоянном токе.

Промежуточное положение между традиционными выпрямителями и инверторами занимают источники, в состав которых входит простейший 50-Гц сварочный выпрямитель; регулировка тока осуществляется полупроводниковым ключевым регулятором, работающим на повышенной частоте.

Областями применения источников переменного и постоянного тока являются: ручная дуговая сварка штучными электродами, автоматическая сварка под слоем флюса, ручная и автоматическая сварка вольфрамовым электродом легких сплавов в среде инертных газов.

Технологические возможности источников питания определяются внешними вольт-амперными характеристиками.

Статическая характеристика источника питания представляет собой зависимость выходного напряжения от тока нагрузки при постоянном значении напряжения питающей сети в установившемся режиме. По виду статических внешних характеристик источники тока можно подразделить на источники с падающими (ПВХ) «крутыми» и «пологими» или жесткими (ЖВХ) внешними характеристиками. Источники с внешними характеристиками двух видов называются универсальными.

Требования к виду внешних характеристик определяются такими показателями сварочного процесса, как тип электрода (плавящийся, неплавящийся); характер среды, в которой происходит сварка (открытая дуга, дуга под флюсом, в защитных газах); степень механизации (ручная, механизированная, автоматическая сварка); способ регулирования режима горения дуги (саморегулирование, автоматическое регулирование напряжения дуги). Например, для ручной дуговой сварки покрытыми штучными электродами, аргонодутовой сварки вольфрамовым электродом, сварки под слоем флюса на автоматах с регулированием скорости подачи электродной проволоки в зависимости от напряжения дуги используются источники с ПВХ.

При ПВХ источник питания работает в режиме регулятора сварочного тока. Сварочный ток может регулироваться в заданном диапазоне плавно или ступенчато. По технологическим условиям часто используют плавно-ступенчатое регулирование, когда две или более ступени регулирования сочетаются с плавным регулированием внутри каждой ступени. Регулирование сварочного тока при ПВХ выполняется при приблизительном постоянстве напряжения холостого хода. Каждому виду сварки соответствует определенная крутизна наклона ПВХ, например, более крутые характеристики используются для аргонодуговой сварки, более пологие для сварки под флюсом. Длина дуги в процессе сварки при ПВХ регулируется вручную или системой регулирования в сварочном автомате.

При механизированной сварке в среде СО₂ и при автоматической сварке под флюсом при постоянной скорости подачи электродной проволоки применяют источники питания с ПВХ. В этом случае источник питания работает как регулятор рабочего напряжения, которое регулируется в заданных пределах при условии заданной величины силы сварочного тока. Регулирование напряжения при ЖВХ может быть плавным, ступенчатым и смешанным. Величина неварочного тока определяется скоростью подачи электродной проволоки, а источник питания задает напряжение дуге и обеспечивает саморегулирование длины дуги.

Продолжительность работы источников питания не должна быть длительной во избежание недопустимого перегрева изоляции силовой части.

Источники питания для ручной дуговой сварки работают в продолжительном режиме при номинальной нагрузке (ПН). Этот режим определяется отношением времени сварки t_св к сумме времени сварки и времени холостого хода t_XX и выражается в %:

ПН = t_св / (t_св + t_XX)0100 %.

ПН источников питания для ручной дуговой сварки обычно составляет 60 %.

Если вместо холостого хода в перерывах происходит отключение силовой цепи источника питания от сети, то такой режим работы называют повторно-кратковременным (ПВ). Эти режимы определяются аналогичным отношением времени сварки t_св к сумме времени сварки и времени паузы t_п выражаются в %:

ПВ = t_св/ (t_св + t_п )100 %,

где t_п – время паузы, при котором отсутствуют потери энергии, имеющиеся при холостом ходе.

Повторно-кратковременный режим используют при работе со сварочными полуавтоматами. При работе многопостовых источников питания ПВ = 100 %.

Источники питания в соответствии с существующими стандартами изготавливают в разных климатических исполнениях: У – для районов с умеренным климатом, УХЛ – для районов с умеренно-холодным климатом, Т – для районов с тропическим климатом. Условия размещения сварочного оборудования при эксплуатации подразделяют на следующие категории: 1 – на открытом воздухе; 2 – защищенные от прямого воздействия солнечного излучения и атмосферных осадков; 3 – в закрытых помещениях без регулируемых климатических условий; 4 – в отапливаемых и вентилируемых помещениях.

Трансформаторы для ручной дуговой сварки обычно работают при естественном охлаждении, остальные источники нуждаются в принудительной воздушной вентиляции.

Каждому источнику присваивается условное обозначение, которое состоит из буквенной и цифровой частей. Первая буква означает вид источника питания (Т – трансформатор, В – выпрямитель, У – установка), вторая – вид сварки (Д —дуговая), третья – способ сварки (Ф – под флюсом, Г – в защитных газах). Отсутствие буквы означает ручную дуговую сварку. Четвертая буква дает дальнейшее пояснение по исполнению источников питания (Ж или П – с жесткими или падающими внешними характеристиками, М или Э – с механическим или электрическим регулированием, Ч – со звеном повышенной частоты, т. е. инвертором). Затем через тире указывается сила минимального сварочного тока (округленно в десятках ампер); следующая цифра обозначает регистрационный номер источника питания, затем через тире указывается номер модификации источника питания. Последние буква и цифра обозначают соответственно климатическое исполнение и категорию размещения. Например, наименование изделия ТДМ-317-1У2 означает: трансформатор на ток 315 А, регистрационный номер – 7, модификация – 1 (с ограничителем напряжения холостого хода), исполнение У, категория размещения – 2.

Трансформаторы выпускаются в соответствии с соответствующими стандартами на номинальные силы тока 160; 250; 315; 400 и 500 А.

Конструктивно трансформаторы серии ТДМ относятся к группе трансформаторов стержневого типа. Для них характерны малый расход активных материалов, простота конструкции, высокие сварочные и энергетические показатели, широкие пределы регулирования тока.

Одним из распространенных трансформаторов является ТДМ-317. В нижней части сердечника трансформатора размещается первичная обмотка, состоящая из двух катушек, расположенных на двух стержнях. Катушки обмотки закреплены неподвижно. Вторичная обмотка расположена на значительном расстоянии от первичной, катушки обмоток соединены параллельно. Вторичная обмотка перемещается по сердечнику с помощью винта и рукоятки. Сварочный ток регулируется изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками (рис. 24).

Рис. 24. Внешний вид передвижного сварочного трансформатора типа ТДМ-317: 1 – металлический кожух; 2 – ручка для перемещения; 3 – крышка; 4 – рукоятка для плавного изменения сварочного тока; 5 – переключатель диапазонов сварочного тока; 6—рым-болты для подъема и разгрузки; 7 – токоуказатель

Трансформаторы ТДМ-165, ТДМ-254 выпускаются в переносном исполнении с ПН = 25 % и предназначены для ремонтных и монтажных работ; трансформаторы ТДМ-317, ТДМ-401 и ТДМ-401-1, ТДМ-503-1 снабжены устройством снижения напряжения холостого хода, которое предназначено для повышения электробезопасности при сварочных работах во время обрыва дуги (холостой ход). ТДМ-503-2 снабжены косинусным конденсатором, ТДМ-503-3 имеют устройство снижения напряжения холостого хода и косинусный конденсатор, в состав ТДМ-503-4 входит возбудитель – стабилизатор горения дуги, позволяющий сваривать стали электродами с основным покрытием и неответственные соединения алюминиевых сплавов.

Технические данные трансформаторов ТДМ приведены в табл. 3.

Конструкции трансформаторов серии ТДМ весьма разнообразны. В зависимости от способа регулирования тока эти трансформаторы можно подразделить на две группы – с механическим и электрическим регулированием. В первую группу входят устройства, связанные с применением подвижных обмоток и секций магнитопроводов. Во вторую – устройства, связанные с подмагничиванием магнитопроводов постоянным током и тиристорным регулированием.

Трансформаторы для автоматической сварки под флюсом выпускаются в соответствии с стандартами на номинальные токи 1000 и 2000 А. Они выпускаются в стационарном исполнении, рассчитаны на продолжительный режим работы, имеют два варианта климатического исполнения – УЗ и Т4.

Таблица 3

Технические данные трансформаторов ТДМ

Трансформаторы имеют ЖВХ и предназначены для сварки на автоматах с постоянной скоростью подачи электродной проволоки. Они имеют тиристорное регулирование и работают в режиме прерывистого тока. В трансформаторах применена система импульсорной стабилизации повторного возбуждения дуги. Трансформатор ТДФЖ-1002 имеет две ступени регулирования сварочного тока, а ТДФЖ-2002 – три ступени.

В основе построения трансформаторов заложена стержневая конструкция с разнесенными и жестко закрепленными катушками, параметры работы трансформаторов для автоматической сварки под флюсом приведены в табл. 4.

Таблица 4

Параметры работы трансформаторов для автоматической сварки под флюсом

Отечественные сварочные выпрямители имеют, как правило, трехфазное питание, выполняются как на диодах, так и на тиристорах. В выпрямителях используются трехфазная мостовая, двойная трехфазная схема с уравнительным дросселем и кольцевая схема выпрямления. В выпрямителях большой мощности диодное выпрямление во вторичном контуре сочетается с тиристорным регулированием по первичной стороне. В зависимости от числа сварочных постов, которые могут быть одновременно подключены к источнику, выпрямители подразделяются на однопостовые и многопостовые.

Выпрямители для ручной дуговой сварки выпускаются в соответствии с существующими стандартами на токи 200; 315; 400 А при ПН = 60 % и имеют крутопадающие характеристики (табл. 5, 6). Общий вид широко применяемого выпрямителя ВД-306 представлен на рис. 25.

Таблица 5

Технические данные выпрямителей серии ВД

Таблица 6

Технические данные выпрямителей

Рис. 25. Выпрямитель ВД-306: а – вид сбоку со снятым кожухом; б – общий вид; 1 – выпрямительный блок с вентилятором; 2 – трехфазный понижающий трансформатор; 3 – рукоятка плавного регулирования сварочного тока; 4 – амперметр; 5 – кнопки «Пуск» и «Стоп»; 6 – переключатель диапазонов сварочного тока; 7 – колеса; 8 – разъемы для подключения (+) и (—); 9 – разъем для подключения выпрямителя к сети

Выпрямители выполнены по трехфазной мостовой схеме на кремниевых диодах. Основу выпрямителя составляет трансформатор с подвижными обмотками. Одновременное переключение первичных и вторичных обмоток трансформатора с «треугольника» на «звезду» позволяет получить две ступени регулирования тока.

Выпрямители для механизированной сварки выпускаются на токи 315 и 630 А, ПВ = 60 % и имеют пологопадающие внешние характеристики.

Выпрямители выполнены по трехфазной мостовой схеме на кремниевых диодах. Регулирование напряжения в выпрямителях ВДГ и ВСЖ плавно-ступенчатое. Плавное регулирование внутри ступени в ВДГ осуществляется дросселем насыщения, а в выпрямителе ВСЖ – трансформатором с магнитной коммутацией. В выпрямителях ВС регулирование ступенчатое – переключением витков обмоток.

Универсальные сварочные выпрямители типа ВДУ выпускаются на токи 500; 630 и 1250 А. Выпрямители имеют два вида внешних характеристик: пологопадающие и крутопадающие. Технические данные приведены в табл. 7.

Выпрямители ВДУ-505, ВДУ-506, ВДУ-601 выполнены на тиристорах по двойной трехфазной схеме выпрямления с уравнительным дросселем, а выпрямители ВДУ-1202 – по шестифазной схеме выпрямления с тиристорным регулированием по первичной стороне трансформатора. Выпрямители обеспечивают высокий уровень стабилизации напряжения и тока, имеют дистанционное регулирование, простой переход с одного вида внешних характеристик на другой.

Таблица 7

Универсальные источники питания для дуговой сварки

Выпрямитель для импульсно-дуговой сварки (ВДГИ) обеспечивает питание сварочной дуги пульсирующим однополярным током, т. е. постоянным базовым током, на который периодически с частотой 50 или 100 Гц накладываются кратковременные импульсы тока. Выпрямитель входит в комплект полуавтомата ПДИ-304 для механизированной импульсно-дуговой сварки алюминия и нержавеющих сталей в среде аргона.

Выпрямитель ВДГИ-302 имеет следующие технические характеристики: номинальный сварочный ток – 315 А; номинальное рабочее напряжение – 35 В; пределы регулирования тока 40—325 А; пределы регулирования напряжения – 10—35 В; длительность импульса тока – 1,5—5,0 мс; КПД – 74 %; первичная мощность – 17,3 кВА; габариты – 720x593x938 мм; масса – 300 кг.

Регулирование напряжения и тока – тиристорное. Внешние характеристики по импульсному току жесткие, а по базовому току изменяются от крутопадающих до жестких по мере увеличения сварочного тока.

В случае, когда целесообразно по условиям работы использовать один источник питания для нескольких потребителей, применяются многопостовые сварочные системы. В этих системах один многопостовый выпрямитель снабжает энергией несколько сварочных постов.

Выпрямители серии ВДМ с реостатным регулированием выполняются на кремниевых диодах и имеют жесткую внешнюю характеристику, что обеспечивает независимую работу отдельных сварочных постов. Для получения падающих характеристик и регулирования тока на каждом сварочном посту используют ступенчатый балластный реостат (табл. 8).

Таблица 8

Технические данные выпрямителей серии ВДМ

Преимущества многопостовых систем связаны с относительно небольшой стоимостью сварочного оборудования, простотой обслуживания, высокой загрузкой и высокой экономичностью многопостовых выпрямителей. Однако КПД сварочных постов снижается из-за значительных потерь электроэнергии в балластных реостатах.

Многопостовые выпрямители ВДМ-4х301 с тиристорным регулированием имеют единый трансформатор и самостоятельные тиристорные блоки с устройством фазового управления для каждого псота. Тиристорные блоки выполнены по двойной трехфазной схеме уравнительным дросселем в катодных цепях тиристорного блока. Автономное тиристорное регулирование позволяет обеспечить стабилизацию режима поста при колебаниях напряжения в сети, местное и дистанционное включение поста и плавное регулирование тока. Технические данные многопостовых выпрямителей приведены выше.

Освоение производства источников питания со звеном повышенной частоты является перспективным и интенсивным направлением совершенствования оборудования для дуговой сварки.

Ниже приводятся сведения об инверторных источниках тока ВДУЧ-301 и ВДЧИ-251 (табл. 9).

Таблица 9

Технические характеристики инверторных источников питания

Включение высокочастотного звена в структуру источников сварочного тока позволяет существенно снизить их массу и габаритные размеры, повысить КПД и коэффициент мощности, обеспечив широкие пределы регулирования и хорошие сварочные технологические свойства.

Инверторный тиристорный источник ВДУЧ-301 с пологопадающими и крутопадающими внешними характеристиками является универсальным выпрямителем для механизированной сварки в среде защитных газов и для ручной дуговой сварки.

Инверторный транзисторный источник ВДЧИ-251 предназначен для ручной дуговой сварки штучными электродами на постоянном токе в непрерывном и импульсном режимах. Выпрямитель имеет падающие внешние характеристики.

Сравнительные технические характеристики некоторых зарубежных инверторных источников приведены в табл. 10.

Таблица 10

Технические характеристики зарубежных инверторных источников питания

Глава 3
СВАРОЧНЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

В данной главе рассмотрены сварочные аппараты для механизированной и автоматической дуговой сварки и их отдельные узлы: подающие механизмы, сварочные горелки, флюсовая и газовая аппаратура.

Аппарат для механизированной дуговой сварки, включающий сварочную горелку и механизм подачи электродной проволоки с ручным перемещением горелки, называют полуавтоматом. Аппарат для автоматической дуговой сварки, включающий сварочную головку, механизм для перемещения аппарата, подающий механизм с электродной проволокой и необходимые средства автоматизации, называют сварочным автоматом. Сварочные автоматы могут быть подвесными или тракторного типа. Сварочные автоматы устанавливаются на самоходных тележках, которые перемещаются вдоль свариваемых кромок по направляющим.

Сварочные установки комплектуют из источника питания, сварочного аппарата или машины для сварки и механизмов относительного перемещения сварочной аппаратуры или изделия.

Сварочные полуавтоматы и автоматы разрабатывают с использованием унифицированных (взаимозаменяемых) узлов. Это позволяет с наименьшими затратами быстро настроить аппарат при изменении технологического процесса сварки, улучшить ремонтоспособность. Унифицированными узлами аппаратов являются подающие механизмы, прижимные и направляющие устройства, механизмы подъема и перемещения тележек, сварочные горелки и механизмы их перемещения, а также приводы механизмов подачи электродной проволоки и т. д.

Развитие сварочных полуавтоматов и автоматов направлено на совершенствование унификации их узлов, снижение массы и расширение технологических возможностей с целью обеспечения высокого качества сварных изделий.

Принята единая система обозначения аппаратов для дуговой сварки, состоящая из буквенно-цифровых индексов. Первые две буквы обозначают наименование изделия и способ сварки: ПД – полуавтомат для дуговой сварки; АД – автомат для дуговой сварки; УД – установка для дуговой сварки. Третья буква обозначает вид защиты сварочной дуги; Ф – флюсовый; Г – газовый; ФГ – флюсогазовый. Так как полуавтоматы для дуговой сварки применяют в основном для сварки в среде защитных газов, то третья буква в их обозначении иногда опускается. Первая цифра, следующая за буквенными индексами, указывает сварочный ток в сотнях ампер. Вторая и третья цифры обозначают модификацию полуавтомата или автомата. Буквенный индекс, следующий за третьей цифрой, указывает на климатическое исполнение. Последний цифровой индекс указывает на категорию размещения.

Примеры обозначений:

ПДГ-516УЗ – полуавтомат для дуговой сварки, газовая защита сварочной дуги, номинальный сварочный ток 500 А; шестнадцатая модификация (модель), эксплуатация в районах с умеренным климатом, в помещениях с естественной вентиляцией и отоплением;

АДГФ-501УХЛ4 – автомат для дуговой сварки, защита сварочной дуги как флюсом, так и газом; номинальный сварочный ток 500 А первая модификация, эксплуатация в районах с умеренным и холодным климатом, в помещениях с принудительной вентиляцией и отоплением;

УДГ-301УХЛ4 – установка для дуговой сварки на переменном токе, газовая защита сварочной дуги, сварочный номинальный ток 315 А; первая модификация, эксплуатация в районах с умеренным и холодным климатом, в помещениях с принудительной вентиляцией и отоплением.

Сварочные аппараты для других видов электрической сварки плавлением имеют свою систему обозначения: А – аппарат; У – установка. Цифры показывают регистрационный номер изделия, например: У579 – установка для электронно-лучевой сварки; У875 – установка для электрошлаковой сварки; А1734 – аппарат (автомат) для электрошлаковой сварки плавящимся мундштуком.