Дипломная (вкр): Зварювальний апарат. Призначення та особливості

за способом регулювання струмом або напругою - із механічним регулюванням рухомими обмотками (типу ВД для ручного зварювання), які регулюються зміною коефіцієнта трансформації силового трансформатора (типу ВС для механізованого зварювання у вуглекислому газі), з регулюванням методом магнітної комутації (типу ВСЖ), які регулюються за допомогою дроселя насичення (типу ВДГ); із регулюванням тиристорами (універсальні випрямлячі);

за схемою випрямлення - однонапівперіодні, трифазні, шестифазні;

за призначенням - для ручного дугового зварювання (зі спадаючими зовнішніми характеристиками), для механізованого зварювання під флюсом (зі спадаючими зовнішніми характеристиками), для механізованого зварювання у вуглекислому газі (з похилоспадаючими зовнішніми характеристиками), універсальні (для всіх видів зварювання з круто та похилоспадаючими характеристиками).

Основними елементами випрямляча є: трансформатор, регулюючий пристрій і напівпровідникові вентилі (селенові, кремнієві або германієві), які проводять струм тільки в одному напрямку. Для зменшення розбризкування електродного металу та для згладжування пульсації струму у коло постійного струму деяких випрямлячів умикають дросель.

Випрямлячі малих струмів (до 315 А) роблять за трифазною мостовою схемою; середніх струмів (до 500 А) - за шестифазною із зрівняльним реактором; великих струмів (понад 1000 А) - за шестифазною кільцевою схемою випрямлення.

Для ручного дугового зварювання використовуються випрямлячі типів ВД102, ВД201, ВД306 Д (БУСПТИГ) (ТИГДС), ВД506 Д (ММАДС) та інші, де:

БУСП - блок керування зварювальним процесом;

ДС - постійний струм;

ТИГ - режим аргонодугового зварювання неплавким електродом;

ММА - режим дугового зварювання покритим електродом;

МИГ/МАГ - режим напівавтоматичного зварювання плавким електродом у середовищі захисних газів.

Для механізованого зварювання використовують випрямлячі типу: ВС300, ВДГИ301,ВСЖ303, ВДГ401 та ін.

До джерел живлення універсального призначення відносяться випрямлячі типу:ВДУ504, ВДУ506С (МИГ/МАГ), ВДУ601, ВДУ1250 та ін., а також інверторні - «Пирс160», ВДУ230ІУХЛ4, Рісо140.

У багатопостових випрямлячах типу ВДМ1001, ВДМ1601, ВДМ3001 та інших, струм регулюється баластним реостатом РБ301, РБ501, а напруга дуги при механізованому зварюванні у вуглекислому газі - баластним реостатом РБГ і дроселем ДГ301, які з'єднані паралельно й вмикаються послідовно з дугою.

Особливістю інверторних випрямлячів є те, що трансформація (перетворення) напруги здійснюється на підвищеній частоті. Це дає можливість знизити у 45 разів масу джерела живлення, у 78 разів габарити устаткування, на 710% збільшити к.к.д., підвищити зварювальні властивості порівняно із звичайними джерелами живлення струму.

У тиристорних випрямлячах регулювання режиму зварювання та створення зовнішніх характеристик здійснюють за допомогою тиристорного вирівнювального блоку. Тиристор - це керований кремнієвий вентиль. Він має третій керуючий електрод і призначений для випрямлення та регулювання сили струму. Керування тиристорами здійснюється фазозсувним пристроєм, яким можна змінювати за фазою кут відкривання тиристора щодо початку синусоїди напруги живильної сітки і тим самим регулювати середнє значення випрямленого струму. Фазозсувний пристрій має малу потужність, а значить і невеликі розміри та масу. Випускають тиристорні універсальні випрямлячі ВДУ504, ВДУ505, ВДУ506, ВДУ601, ВДУ1201. Для плазмового різання розроблені тиристорні випрямлячі типу ВПТМ500 та ін.

Для малоамперної дуги з неплавким електродом на постійному або імпульсному струмі випускають транзисторні випрямлячі АП4 та АП5, у яких регулювання струму здійснюється транзисторами. Транзистор - це керований напівпровідниковий вентиль, в якому опір змінюється під впливом керуючого сигналу. їх вмикають у зварювальне коло послідовно з випрямлячем. Зварювальний струм регулюється плавно та безінерційно зміною струму керування транзисторів. Він не залежить від коливань напруги живильної сітки й зміни напруги на дузі. Транзисторні випрямлячі безпечні у роботі, оскільки напруга холостого ходу не перевищує 40 В. Такі джерела живлення застосовують для аргонодугового зварювання вольфрамовим електродом будьякого металу малої товщини.

.4 Зварювальний генератор <#"807456.files/image004.gif">

Рис.4. Схеми зварювальних генераторів постійного струму

Під час холостого ходу ЕРС генератора і напруга на головних щітках a, b і на дузі залежатимуть тільки від магнітного потоку паралельної обмотки. При горінні дуги зварювальний струм проходить через послідовну (серійну) обмотку , увімкнену так, що її магнітний потік Фс спрямований проти магнітного потоку Фп. Тому ЕРС генератора, яка індукується в обмотці якоря генератора результуючим магнітним потоком, також знизиться, і це зумовить зниження напруги на дузі. При короткому замиканні потік Фс майже дорівнюватиме потоку Фп, тому результуючий магнітний потік і напруга на головних щітках a, b і на дузі також знизяться майже до нуля.

Зварювальний струм у генераторах цього типу регулюється зміною струму збудження паралельної обмотки за допомогою реостата 2 або зміною числа витків паралельної і серієсної обмоток.

Багатопостові зварювальні генератори постійного струму
(рис. 4.3, б) мають послідовну 1 і паралельну З обмотки збудження, які створюють магнітні потоки відповідно Фс і Фп одного напряму, тому зовнішня характеристика у цих генераторах не спадна, а жорстка. Щоб мати спадну характеристику на дузі, на кожному робочому місці послідовно з дугою вмикають баластні реостати 4. При замиканні зварювального кола частина напруги генератора втрачається на баластному реостаті за рівнянням

Up =І R,

де Up− втрата напруги на реостаті, В; R − опір реостата, Ом. Отже, напруга на дузі

UД= UГ+ Uр

де UГ − напруга генератора, В.

При короткому замиканні втрата напруги на баластному реостаті майже дорівнює напрузі на затискачах генератора і тому напруга на дузі спадає майже до нуля. Баластним реостатом регулюють також силу зварювального струму, а реостатом 2 змінюють напругу холостого ходу генератора.

Зварювальні генератори, встановлені на одному валу з двигунами, називають зварювальними перетворювачами. Це однопостові генератори ПСО300, ПСО500, багатопостовий ПСМ1000 та ін.

Зварювальні генератори створюються за кількома схемами, серед яких найбільш популярні дві. Перша - обмотка порушення незалежна, розмагнічування відбувається через послідовну обмотку. Харчування такого генератора виконується через випрямляч з селеновими вентилями від мережі змінного струму - утворюється магнітний потік, индуктирующий напруга на щітки генератора, що викликає порушення дуги. Змінюючи (перемикаючи) на послідовній обмотці число витків, оператор зварювання регулює зварювальний струм до необхідних характеристик.

Друга за популярністю схема зварювального генератора - обмотка порушення паралельна, обмотка розмагнічування послідовна. Для магнітних полюсів таких генераторів потрібно феромагнітна сталь - вони повинні володіти залишковим магнетизмом. В якості джерела живлення використовується бензиновий (дизельний) двигун.

Рис.5. Зварювальний генератор.

За своїми характеристиками зварювальні генератори далеко не ідеальні - вони дорогі, мають складну конструкцію, їх ККД низький (0,7), високий витрата електроенергії (5 кВт/год на кг розплавленого металу). Проте в польових умовах без них не обійтися - тільки бензинові (дизельні) зварювальні генератори забезпечать запалювання і стійкість дуги у відсутності електромережі.

1.5 Зварювальний інвертор <#"807456.files/image006.gif">

Рис.6. Зварювальний інвертор.

Як побудований зварювальний інвертор. В порівнянні зі звичайним зварювальним пристроєм - набагато складніше. Інвертор - це пристій силової електроніки, який працює на великих струмах, високих частотах і різницях потенціалів(напругах). Вхідна напруга двічі перетвоюється: зпочатку зі змінного 220 вольт в постійний струм, пізніше у високочастотну напругу зі змінним струмом, частота 200кГц. Як відомо з електротехніки, чим вище значення частоти, ти меншою буде вага і габарити трансформатора, який передає однакову електричну потужність. Отже при зменшенні частоти струму у 1000 разів, маса і габарити трансформатора зменшуються у 10 разів. Виходить, що й сам інвертор буде невеликим та з малою масою.

Перетворення частоти здійснюється широтноімпульсним модулятором, за основу якого йдуть високочастотні перетворювачі останнього покоління - модулі IGBT (біполярний транзистор з ізольованим затвором) або MOSFET (полярний транзистор на основі переходу металоксиднапівпровідник).

Пройшовши трансформатор, високочастотна змінна напруга знову випрямляється і подається на зварювальну дугу. Координування роботи всіх елементів, контроль параметрів і зворотній зв’язок зі зварною дугою здійснюється цифровими процесорами на програмуємих мікросхемах.

Технічні можливості зварювальних інверторів. Вони абсолютно унікальні. Насправді інвертор зі всєю своєю системою електроніки майже думає за зварювальника, безперервно аналізуючи процеси на дузі. Ось лише деякі програми, закладені в мікросхеми процесора:

Вимкнення напруги на зварювальній дузі при короткому замкненні електрода, який вкоротив до деталі (фя anti sticking). Зпрацьовує за пів секунди після короткого замикання. Залипання електрода до деталі і перегріву інвертора не відбувається.

А ось при вірному збудженні дуги - легким торканням(чирканням) електрода в деталь, інвертор виробляє додатковий імпульс струму (фя hot start). Збудження, тобто запал, дуги суттєво полегшується.

При неминучих невеликих коротких замиканнях у процесі зварювання, інвертор виробляє рід коротких, але потужних імпульсів струму, які руйнують створювані в процесі перетинки з рідкого металу (фя arc force). Дана функція особливо актуальна при зварюванні короткою дугою.

Накінець при використанні зварювального інвертора ми отримуємо:

стабільний постійний струм, який не залежить від перепадів вхідної напруги;

дуже незначне розбризкування металу в процесі зварки;

обширні можливості налаштування режимів для всіх видів зварювання плавленням - штучним електродом, аргоннодуговим і напівавтоматичним;

виключно низьке енергоспоживання, що дуже важливо при включенні інвертора в побутову мережу або його живленні від бензогенератора.

Сфери застосування зварювальних інверторів. Це усі види електродугового та плазмового зварювання і різання. Обмежень тут немає. Глобальний перехід усієї зварювальної техніки і технології на інверторні джерела живлення стримує лише інерція мислення і повсюдно налагоджене виробництво звичайних трансформаторів. На переналагодження розгорнутого виробництва звичних трансформаторів та випрямлячів, звичайно ж, потрібні час та гроші.

На нинішній день, інвертори широко застосовують в наступних видах зварювання:

Ручне дугове зварювання штучними електродами, зачасту маркується абревіатурою ММА (metal manual arc). Тут зварювальні інвертори отримали найширше використання. Це бумовлено, в першу чергу, невеликою вагою та енергоспоживаням. Зварювальник без проблем рухається разом з пристроєм, вмикаючи його в любу, в тому числі побутову електропроводку.

Аргонно дугове зварювання (TIG - tungsten inert gas) на змінному та постійному струмах. Тут переваги інверторів виражаються не так у малій масі та енергоспоживанні, як у можливості точного регулювання багаточисленних параметрів режиму. Для аргоннодугового зварювання це є найважливішим, тому що зварюють відповідальні вироби з високими вимогами до якості та зовнішнього виглядо зварного шва.

Плазмоводугове різання (PAC - plasma arc cutting) це найновіша сучасна технологія. Швидкість різання висока, а крайка рівна і акуратна - відразу під зварювання. Тут інвертори CUT знайшли своє почесне місце, завдяки їх вмінню забезпечити стабільність основної та чергової дуги, а головне внаслідок мобільності таких апаратів.

Перспективи розвитку зварювальних інверторів. По великому рахунку, інверторні схеми відкривають нову сторінку у світі зварювання. В сьогодення, на їх принципу вже серйозно виготовляються багатофункційні зварювальні апарати. Найбільше розповсюдження отримали інвертори, які суміщають зварювання MMA, TIG і CUT або MIG/MAG, TIG і MMA. Зустрічаються і іннакші поєднання. Справа в тому, що інверторна схема дозволяє, так би мовити, “на ходу” змінювати тип зовнішніх вольтамперних характеристик джерела живлення. Саме тип вольтамперних характеристик є основною властивістю джерела для певного виду зварювання. І якщо звичайний апарат призначений, наприклад, для зварювання MIG/MAG, то шточним електродом він не має можливості зварювати. А інверторна схема - інша справа. Тут і тип характеристик(вольтамперних) та інші параметри без проблем переналаштовуються під потрібний тип зварювання.

1.6 Зварювальний напівавтомат <#"807456.files/image007.gif">
 Рис.7. Зварювальний напівавтомат.

Напівавтомати діляться по роду захисту зварювального шва:

напівавтомати для зварки під шаром флюсу.

напівавтомати для зварки в захисних газах.

напівавтомати для зварки порошковим дротом.

Найбільше широке застосування отримали напівавтомати для зварки в захисних газах. Зварюють конструкції з вуглецевих і легованих сталей, а так само з кольорових металів.

Як захисний газ застосовують вуглекислий газ, стислий в балонах, який подається через редуктор рівномірним тиском по шлангах, до пістолета, безпосередньо в зону зварки. Зварка в захисному газі має ряд переваг в порівнянні із зваркою покритими електродами.

До технологічних переваг відносяться:

висока продуктивність процесу і хороша якість швів.

можливість ведення напівавтоматичної зварки коротких швів у всіх просторових положеннях.

можливість зварки з'єднань на вазі без додаткових підкладок, що утримують метал від витікання, а також зварки металів малої товщини.

До виробничих переваг відносяться:

відсутність шкідливих виділень і мала токсичність при зварці.

Економічні переваги:

низька вартість зварних з'єднань, виконаних у вуглекислому газі порівняно з вартістю зварних з'єднань, виконаних електродами.

висока якість з'єднань і технологічні переваги.

Можна також додати, що зварювальний напівавтомат це не замінима річ в господарстві приварити, заварити, а якщо є своя техніка, то сам бог велів, машина іноді вимагає косметичний ремонт. Навчитися проводити якісні зварні шви набагато простіше, ніж дуговою зваркою електродами.

При покупці зварювального напівавтомата визначіться, яка у вас напруга в домашній мережі, можлива напруга нижче норми. Тоді необхідно вибрати напівавтомат потужніший, оскільки потужність апарату залежить безпосередньо від напруги мережі.

Якщо у вас вдома напруга мережі три фазна 380В, то це самий кращий варіант для покупки напівавтомата, який працює на трьох фазах 380В, тому що джерело зварювального струму випрямлене (плюс і мінус), а самий якісний випрямлений струм, виходить тільки на трьох фазних випрямлячах струму, що дуже впливає на якість зварки.

Подача захисного газу до об’єкта зварювання дозволяє витіснити кисень, не даючи тому окисляти зварний шов, тим самим значно покращуючи характеристики зварювання.

Переваги зварювального напівавтомата: досягнення міцного зварного шва довжиною до кількох метрів, легка і безпечна зварювання тонкого металу (будьяких марок сталі та сплавів алюмінію). Блок управління дозволяє зберегти задані режими зварювання, з подальшою їх активацією.

Недоліки: потреба в громіздких балони з газом, високий витрата недешевого інертного газу (у середньому MIGзварювання зажадає витрати аргону 9 л/хв).

.7 Зварювальний автомат

Зварювальний автомат - механізм який являє собою конструктивне об'єднання зварювальної головки <#"807456.files/image008.gif">

Рис.8. Зварювальний трактор.

 Зварювальний трактор має: