Галина Серикова - Сварочные работы. Практический справочник

В 1802 г. акад. В. В. Петров открыл явление дугового разряда. В 1882 г. русский изобретатель Н. Н. Бенардос предложил применить электрическую дугу для сварки металлов угольным электродом. В 1888 г. горный инженер Н. Г. Славянов заменил графитовый электрод металлическим. В настоящее время около 99 % работ, выполняемых дуговой сваркой, производится по способу Славянова. Дуговая сварка по распространению занимает первое место среди других видов сварки. Ее используют при производстве всех видов подвижного состава железнодорожного транспорта, морских и речных судов, котлов, автомобилей, подъемнотранспортных сооружений, трубопроводов для газов, жидкостей и сыпучих материалов, металлических конструкций и арматуры зданий, промышленных сооружений, мостов, узлов и деталей электрических, сельскохозяйственных и других машин и механизмов.

К числу металлов, свариваемых электрической дугой, относятся почти все конструкционные стали, серый и ковкий чугуны, медь, алюминий, никель, титан и их сплавы и другие металлы и сплавы.

Сварка по способу Бенардоса . Сварка производится графитовым электродом с присадочным металлом от прутка или без него; сварка этим способом имеет ограниченное применение. Ею пользуются для соединения с отбортовкой тонких стальных заготовок, где не требуется присадочный металл, для цветных металлов и чугуна, а также для наплавки порошковых твердых сплавов. Обычно применяют постоянный ток, причем для устойчивости дуги и лучшего прогрева стыка при сварке пользуются прямой полярностью: заготовку включают анодом (+), а электрод - катодом (-).

Сварка по способу Славянова . При сварке применяют металлический электрод в виде проволоки. Дуга возбуждается между электродом и основным металлом и плавит их оба, причем образуется общая ванночка, где перемешивается весь расплавленный металл. Электродная проволока выпускается диаметром от 0,3 до 12 мм. Для сварки углеродистой стали применяют проволоку марок Св08А, Св08ГС, Св10Г2, для сварки легированной стали различных марок - легированную проволоку марок Св08ГС, Св18ХГС, СвЮХМФТ, Св12ХПНМФ, Св12Х13, Св09Х16Н25М6АФ и др.
При ручной сварке пользуются электродами, покрытыми обмазкой. Обмазки бывают стабилизирующими, защитными и легирующими.
По толщине покрытия электроды бывают с тонкими, средними, толстыми и особо толстыми покрытиями. Тонкие покрытия являются стабилизирующими; они состоят из мела и жидкого стекла. Находящийся в составе мела кальций выделяется в плазме дуги, ионизирует ее, тем самым способствует устойчивости горения дуги.
Средние, толстые и особо толстые покрытия обеспечивают устойчивость горения дуги, а также защиту и легирование металла. Состав этих обмазок подбирается так, чтобы вокруг дуги создавалась газовая среда, защищающая металл электрода, стекающий в дуге, и металл ванночки от окисления и растворения в нем газов. По мере плавления электродов обмазка шлакуется и шлак равномерно покрывает шов, защищая металл от окисления и насыщения азотом. Кроме того, шлак замедляет охлаждение металла, что способствует выделению растворенных газов и уплотнению шва. В случае надобности в обмазку добавляют ферросплавы для легирования. Таким образом, в состав этих покрытий входят ионизирующие (например, мел), газообразующие (мука), шлакообразующие (полевой шпат) вещества, а также раскислители (ферромарганец) и легирующие компоненты. Во всех случаях, когда сварная конструкция должна выдерживать большие нагрузки, применяют электроды с толстыми и особо толстыми покрытиями, обеспечивающими прочность и вязкость шва, не уступающие основному металлу.
Электрические параметры дуги могут изменяться в широких пределах: применяют токи от 1 до 3000 А при напряжении от 10 до 50 В; мощность дуги - от 0,01 до 150 кВт. Такой диапазон мощности дуги позволяет использовать ее для сварки как мельчайших, так и больших и тяжелых изделий.

Аппаратура для сварки . Дуговая сварка возможна на постоянном и переменном токах. Дуга на постоянном токе устойчивее, но расход электроэнергии выше. Для питания дуги постоянным током применяют генераторы и выпрямители.
Сварочные аппараты и генераторы делят на однопостовые - для питания одной дуги и многопостовые - для питания нескольких дуг. Для сварки используют стандартное тока (220, 380, 500 В).

Рисунок 44 Схема включения сварочного аппарата

На рис. 44 приведена схема включения сварочного аппарата переменного тока. Первичная обмотка П 4 подключается к сети; ко вторичной обмотке В низкого (55-65 В) подключается регулятор тока (дроссель) 3. регулируется изменением индуктивного сопротивления дросселя: часть 2 сердечника может перемещаться с помощью винта от вращения рукоятки 1, при этом изменяется воздушный зазор с, а также регулируется сварочный ток.
Сварочные генераторы постоянного тока приводятся в действие электродвигателем или двигателем внутреннего сгорания.
Автоматизация электродуговой сварки. При ручной сварке сварщик должен поддерживать дугу, подавать электрод по мере его расходования и передвигать дугу вдоль шва. Автоматизация этих приемов приводит к автоматической сварке. Сущность способа автоматической дуговой сварки под флюсом состоит в следующем.

Рисунок 45 Автоматическая сварка

Сварочная головка 5 (рис. 45) подает в зону дуги электродную проволоку 3 из кассеты 6. Для питания дуги, образующейся между основным металлом 2 и электродной проволокой, обычно пользуются переменным током. По мере образования шва 9 головка 5, а с ней и дуга автоматически перемещаются вдоль разделки 1. Вместе с головкой перемещается и бункер 4, из которого в разделку шва перед дугой засыпают гранулированный флюс. Таким образом, сварка протекает под слоем флюса, защищающего наплавляемый металл от воздуха. Часть флюса расплавляется от соприкосновения с дугой и при остывании образует корку 8, покрывающую шов. Сыпучий флюс, оставшийся поверх корки, отсасывается в бункер через сопло и шланг 7. Автоматическая сварка под слоем флюса в 5-10 раз производительнее ручной сварки.
Дуговая сварка в среде защитных газов. Дуговая сварка в среде защитных газов - углекислом, аргоне или гелии - обеспечивает лучшую, чем при сварке покрытыми электродами или под слоем флюса, защиту от воздействия кислорода и азота воздуха, лучшее использование тепла дуги. Вместе с тем сварка в среде защитных газов не заменяет названные способы сварки, а применяется в машино и приборостроении там, где эти способы не дают необходимых результатов.
Для сварки в струе углекислого газа применяют горелкидержатели (рис. 46).

Рисунок 46 Горелка держатель

Дуга 4 горит между заготовкой 5 и электродной проволокой 1, которая автоматически подается с постоянной скоростью. Подвод тока к проволоке обеспечивается через контактные сапожки 2. Сварка выполняется на переменном или постоянном токе. Углекислый газ в зону сварки подается через сопло 3; к горелке он поступает от баллона. Образующийся при сварке оксид железа раскисляется марганцем и кремнием, которые в повышенном количестве содержатся в электродной проволоке. Сварку в углекислом газе широко применяют для углеродистой стали, заварки дефектов стальных отливок, наплавки и восстановления изношенных деталей.
Сварка в инертных газах (аргоне, гелии или их смесях) применяется для коррозионностойких сталей, титана, алюминия, меди, никеля, их сплавов и сплавов магния. Сварка выполняется плавящимся или неплавящимся электродом, постоянным или переменным током. Общая схема установки для сварки плавящимся электродом аналогична установке при сварке в углекислом газе; электродная проволока применяется того же состава, что и основной металл. В качестве неплавящегося электрода используют вольфрамовую проволоку, которую устанавливают в горелку. Для заполнения разделки кромок в зону дуги вводят присадочный металл.
Дуговая резка. Резкой с использованием дуги разделяют металл не выжиганием, а расплавлением. Этот способ применяют для резки углеродистой и легированной сталей, чугуна, алюминия, меди и их сплавов, отделения литниковой системы от отливок и т. д. Дуговая резка производится угольным или металлическим электродом. Автоматическая дуговая резка под флюсом применяется для разделки листов коррозионностойкой стали.
Воздушнодуговая резка производится угольным или графитовым электродом, который закрепляется в резаке или режущей головке. В контактносопловой части резака (головки) имеются отверстия, через которые струи воздуха выдувают расплавленный металл из реза.

Глава XV. Плазменно-дуговая и другие виды термической резки

§ 68. Плазменно-дуговая резка

Получение плазменной дуги. Если в электрическую дугу направить поток какого-либо газа, пропуская его через небольшое отверстие плазмообразующего сопла (рис. 96), то столб дуги будет сжат, причем образовавшаяся плазма представляет собой сильно концентрированный источник тепла с высокой температурой, достигающей 20000 - 30 000°С. Газ, сжимающий столб дуги, называют плазмообразующим. В качестве плазмообразующих газов применяют либо одноатомные газы (например, аргон), либо двухатомные (водород, азот). Применяют также смеси двух или нескольких газов и воздух.

Распределение температур плазменной дуги с одноатомным газом (аргоном) при токе 400 А и расходе газа 0,6 м 3 /ч показано на рис. 97.

Рис. 97. Распределение температуры в плазменной струе при силе тока дуги 400 А и расходе аргона 0,6 м 3 /ч

Сжатая дуга может быть аналогична сварочной дуге прямого и косвенного действия В первом случае одним из электродов служит обрабатываемый металл (рис. 96, б ), во втором - дуга возбуждается между независимыми от него электродами (рис. 96, а ). Соответственно принято называть сжатую дугу, полученную по первой схеме, - плазменной дугой, а по второй схеме - плазменной струей.

Для разделительной резки металлов более целесообразно применять плазменную дугу, так как установлено, что она имеет более высокий к. п. д., а плазменная горелка менее подвержена износу.

Плазменно-дуговая резка нашла широкое применение при обработке тех металлов и сплавов, которые не поддаются кислородной резке: высоколегированные стали, алюминий, титан и их сплавы, медь и др.

Плазменно-дуговая резка заключается в проплавлении металла на узком участке по линии реза и удалении расплавленного металла струей плазмы, образующейся в дуге. Плазменная дуга применяется главным образом для разделительной резки.

Оборудование для плазменно-дуговой резки. В комплект оборудования для плазменно-дуговой резки входит резак (плазмотрон), пульт управления процессом, источник питания дуги электрическим током, баллоны с плазмообразующими газами и механизм для перемещения плазмотрона вдоль линии реза.

Резак состоит из двух узлов: электродного и соплового. Различают плазмотроны с осевой и вихревой подачей плазмообразующего газа для сжатия дуги. Осевая подача плазмообразующего газа применяется в широких соплах. При вихревой подаче плазмообразующий газ вводят в зону катода и столба по каналам, расположенным по касательной к стенкам дуговой камеры плазмотрона. При этом в камере создается вихревой поток газа со спиралеобразным движением. Вихревая подача плазмообразующего газа обеспечивает перемешивание газа в столбе дуги и равномерность газовой оболочки вокруг столба.

При осевой подаче конец электрода (вольфрамовый стержень диаметром от 2 до 6 мм и длиной до 100 - 150 мм) имеет форму заостренного стержня с углом 20 - 30°, а при вихревой - на конце электрода имеются сменные гильзовые катоды.

Для охлаждения плазмотронов применяют воду, а в плазмотронах небольшой мощности - сжатый воздух.

Вольфрамовый (или с примесью окислов лантана, иттрия, тория) электрод применяется для работы в инертных газах; при резке в окислительных газах электрод в зоне катода необходимо защищать неактивным газом.

Значительное применение находят режущие плазмотроны с пленочными катодами. Способностью образовывать пленку на катоде обладают цирконий и гафний. При высоких температурах окиснонитридная пленка, обладающая электропроводностью, легко образуется на поверхности катода. Такой катод может продолжительное время работать в окислительной среде, например в сжатом воздухе.

Интенсивность износа катодных вставок и электродов зависит от силы рабочего тока. Чем больше сила тока, тем быстрее изнашивается вставка. Для машинных плазмотронов с циркониевыми катодными вставками и проточной системой водяного охлаждения максимальная сила рабочего тока равна 250 - 300 А. При этом продолжительность работы катода обычно не превышает 4 - 6 ч.

Большое значение в плазмотронах имеет конструкция сопла. Чем меньше диаметр сопла и больше его длина, тем выше концентрация энергии, напряжение дуги и больше скорость потока плазмы; дуга становится жесткой, ее режущая способность увеличивается. Однако диаметр и длина сопла обусловливаются силой рабочего тока и расходом газа. Если диаметр сопла очень мал или длина его очень велика, может возникнуть так называемая двойная дуга (рис. 98), при которой режущая дуга распадается на две части: одна между катодом и внутренней частью сопла, а другая - между наружной поверхностью сопла и разрезаемым изделием. Двойная дуга может гореть одновременно с режущей, но она существует непродолжительное время и затем пропадает. Двойная дуга действует вне зоны защитного газа и от этого металл кромок загрязняется и подплавляется; двойная дуга может вывести из строя сопло формирующего наконечника. Чаще всего двойная дуга возникает в момент возбуждения режущей дуги. Режущая дуга возбуждается с помощью осциллятора или конденсаторными устройствами. Для предотвращения двойной дуги при зажигании режущей необходимо плавно увеличивать рабочий ток. Это достигается магнитным, тиристорным и другими устройствами.

Для плазменно-дуговой резки применяют источники питания дуги постоянного тока с крутопадающими вольтамперными характеристиками. При резке больших толщин (больше 80 мм) применяют только специальные источники питания с повышенным напряжением холостого хода, например, типа ИПГ-500 и др. (табл. 24).

* (Возможно переключение обмоток для повышения напряжения. )

** (Возможно переключение обмоток. )

Согласно ГОСТ 14935 - 691 выпрямители для плазменно-дуговой резки должны иметь напряжение холостого хода 180 - 500 В и ток 130 - 1000 А.

Для плазменно-дуговой резки можно использовать также и стандартные источники питания сварочной дуги (некоторые из них приведены в табл. 24). Так как напряжение плазмотронов, как правило, больше напряжения холостого хода этих источников, то надо два или три источника соединять последовательно.

Машины для плазменно-дуговой резки по принципу работы и конструкции механического устройства не отличаются от машин для кислородной резки. Аппаратура для плазменно-дуговой резки должна соответствовать ГОСТ 12221 - 71: Плр - для ручной резки; Плрм - для ручной и машинной резки; Плм - для машинной резки; Плмт - для машинной точной резки.

Ручная резка стали толщиной до 20, мм при рабочем токе до 250 А производится, аппаратом Плр-20/250.

Аппарат Плр-50/250 предназначен для резки стали толщиной до 50 мм при рабочем токе до 250 А. Средой является сжатый воздух, азот, аргон, водород, смеси газов. Аппарат имеет воздушное охлаждение, его удобно использовать в цехе и при монтаже.

Резка стали толщиной 60 - 80 мм может выполнятся аппаратом типа Плрм мощностью до 50 кВт; сила тока - 400 А, напряжение источника питания - 180 В. Повышенные напряжение и ток обеспечивают лучшее качество реза и более высокую скорость резки. При защите вольфрамового катода в качестве рабочей среды можно применять кислород.

Основные технические данные некоторых аппаратов и машин приведены в табл. 25 и 26.

Технология плазменно-дуговой резки. Параметрами режима плазменно-дуговой резки являются: диаметр сопла, сила тока, напряжение плазменной дуги, скорость резки и расход газа. Плазмообразующий газ выбирают по характеру разрезаемого металла (табл. 27).

Выбор режима резки. Ориентировочные режимы плазменно-дуговой резки металлов сжатым воздухом для аппарата Плм-60/300 даны табл. 28.

Примечание. Диаметр вольфрамового катода равен диаметру формирующего сопла

Максимальные допускаемые толщины металла, разрезаемого плазменной дугой, даны в табл. 29.

Плазменно-дуговую резку целесообразно применять главным образом на машинах, так как высокие скорости резки сильно затрудняют управление процессом. Например, сталь толщиной 1,5 мм аппаратом мощностью 50 кВт режется со скоростью 20 м/мин, а сталь толщиной 10 мм - со скоростью 3 - 4 м/мин. С увеличением электрической мощности плазмы скорость резки еще больше возрастает. Современные плазмотроны имеют электрическую мощность 150 кВт и более; толщина разрезаемых листов достигает 100 мм.

Экономически целесообразна плазменно-дуговая резка стали толщиной до 50 мм. Технические трудности ограничивают толщину вырезаемых заготовок с одновременным снятием кромок под сварку до 30 мм.

Дуговая резка металлов или же резка металлов сваркой , является расплавлением металла в том месте, где необходимо делать рез, с последующим его удалением за счёт собственного веса и за счёт давления дуги.

Резку металла сваркой чаще всего выполняют вручную, как правило для того чтобы отрезать дугой металл используют либо металлические электроды, либо электроды угольные.

Применяется дуговая резка металлов в основном для резки чугуна, для резки цветных металлов, для резки высоколегрованных сталей и других разнообразных сплавов.

Качество резки металла электродом обычно является очень низким, кромки металла не отличаются ровностью и обилие шлака так же оставляет желать лучшего, хотя стоит отметить, что во многом все эти свойства так же зависят от опыта сварщика, который производит дуговую резку металла.

Стоит отметить , что каким бы опытом не обладал сварщик, режущий сваркой металл, перед тем как сваривать детали в месте реза, поверхности необходимо будет подвергнуть капитальной зачистке.

Что касается производительности резки металла сваркой, то она является невысокой.

Одним из самых главных плюсов дуговой резки металла является то, что резку металла сваркой можно осуществлять практически везде, где есть возможность для осуществления дуговой сварки.

Для данного вида резки металла не нужно специального оборудования.

К преимуществам дуговой резки металлов можно отнести возможность производить резку во всех пространственных положениях, именно эта универсальность позволяет проводить резку низколегированных и углеродистых сталей в монтажных условиях и в труднодоступных местах.

Разделительная резка металла сваркой

При разделительной дуговой резке , изделие подлежащие резке устанавливают таким образом, чтобы в процессе резки, расплавленный металл имел более благоприятные условия для вытекания.

Если необходимо выполнить вертикальный рез, то такой рез следует осуществляет положением сверху вниз, при резке металла в таком положении, расплавленный металл не будет засорять уже прорезанные места и сварка будет даваться намного легче.

Дуговую разделительную резку металла как правило начинают с края листа (с кромки), или же с середины листа, в зависимости от того, какой именно рез необходимо произвести.

Если необходимо сделать рез с середины листа, то в таком случае, вначале вырезается отверстие, после чего, электрод, которым осуществляется рез необходимо наклонить так, чтобы расположение кратера оказалось на кромке реза, после чего начинается оплавление.

Бывает так, что ширина листа который подлежит резке является меньшей по отношению к сварочному электроду, которым осуществляется резка, в таком случае, необходимо повернуть электрод перпендикулярно разрезаемому листу, и без особых колебаний просто вести его вдоль реза.

Дуговая резка металла. Поверхностная

Если необходимо выполнить поверхностную дуговую резку металла , электрод необходимо наклонить к поверхности, что бы его угол составлял от 5 до 20 градусов, после чего начать его перемещение, частично, в образовавшуюся полость погружая конец сварочного электрода.

Для того чтобы выплавить широкие канавки, необходимо использовать поперечные колебания сварочного электрода в положении вертикальном.

Стоит отметить что от того насколько наклонён электрод и от того как быстро он перемещается, зависит то, какая ширина будет у канавки.

Поэтому необходимо поймать необходимый темп и выставить нужный угол электрода, после чего просто придерживаться установленной позиции.

Более глубокие канавки как правило выполняются за несколько подходов.

Если необходимо дуговой резкой прорезать в металле отверстие , нужно перпендикулярно металлу установить электрод, после чего возбудить дугу, которая будет возможно даже большей длины.

Дуговая резка металла металлическим электродом

При резке металла сваркой , а вернее сварочными металлическими электродами, обычно используют электроды, которые имею толстое покрытие, другими словами сварочные электроды или электроды для сварки.

Ток необходимо выставлять в зависимости от того, какой маркой сварочного электрода производится резка.

Стоит обратить внимание , что на скорость резки металла влияет три фактора, которые непременно надо учитывать, это диаметр электрода, которым производится резка, толщина металла и конечно же величина сварочного тока, который используются для резки.

Собственно не трудно догадаться, что чем толще будет металл, который подлежит резке сваркой, тем скорость процесса резки будет меньше.

Для того, чтобы произвести дуговую резку металла графитовым или же угольным электродом, необходимо использовать ток постоянный, полярности прямой, из за того, что в данном случае, на изделие подлежащее резке, выделяется намного больше теплоты.

Не стоит науглероживать кромки металла, который будет подвергаться резке, так как это может значительно усложнить их последующую механическую резку.

Стоит так же отметить , что при резке металла угольными или же графитовыми электродами, ширина получаемого реза будет больше, чем при резке обычным металлическим электродом.

Дуговая резка отверстий в металле

Вырезать в металле отверстие сварочным электродом проще, чем может показаться на первый взгляд, для начала нужно вырезать маленькое отверстие, а затем, ведя электрод по краям этого маленького отверстия, постепенно расширять его до необходимого диаметра.

При выполнении резки металла сваркой, особое внимание стоит уделять брызгам и шлаку, так как при дуговой резке, возникает очень большая вероятность попадания раскалённых металлических частиц, (шлака, расплавленного металла, вредных газов) на тело или одежду человека, производящего резку.

Важно помнить , что технику безопасности никто не отменял.

Дуговая резка металлов выполняется металлическим плавящимся электродом, угольным электродом и неплавящимся вольфрамовым электродом в защитной среде аргона.

Дуговая резка металлическим плавящимся электродом

Сущность способа резки металлическим плавящимся электродом заключается в том, что сила тока подбирается на 30-40% больше, чем при сварке, и металл проплавляют мошной электрической дугой. Электрическую дугу зажигают у начала реза на верхней кромке и в процессе резки перемещают ее вниз вдоль разрезаемой кромки.

Капли образующегося расплавленного металла выталкивают козырьком покрытия электрода. Козырек одновременно служит и изолятором электрода от замыкания последнего на металл. Основными недостатками этого способа резки являются низкая производительность и плохое качество реза. Режимы ручной дуговой резки стали металлическим плавящимся электродом приведены в табл. 1.

Таблица 1. Режимы резки плавящимся электродом

Иногда применяют автоматическую резку под флюсом легированных сталей, имеющих толщину до 30 мм. Резку выполняют на обычных сварочных автоматах сварочной проволокой Св-08 или Св-08А с применением флюса АН-348 (табл. 2).

Таблица 2. Режимы автоматической резки под флюсом

Дуговая резка угольным электродом

При дуговой резке угольными, графитовыми электродами разделение достигают путем выплавления металла вдоль линии его раздела. Этот способ резки применяют при обработке чугуна, цветных металлов, а также стали в тех случаях, когда не требуется соблюдения точных размеров, а ширина и качество реза не имеют значения. Резку выполняют сверху вниз при соблюдении некоторого угла наклона оплавляемой поверхности к горизонтальной плоскости, что облегчает вытекание металла. Резку ведут на переменном или постоянном токе (табл. 3).

Таблица 3. Режимы резки угольным электродом

Дуговая резка неплавящимcя вольфрамовым электродом

Резка в защитной среде аргона применяется весьма ограниченно и только в частных случаях при обработке легированных сталей или цветных металлов. Сущность способа резки заключается в том, что на электроде создают повышенный ток (на 20-30% больше, чем при сварке) и проплавляют насквозь металл.

Кислородно-дуговая резка

При кислородно-дуговой резке металл вначале расплавляется электрической дугой, а затем сгорает в поступающей струе кислорода и выдувается. На рисунке приведена схема кислородно-дуговой резки.

В настоящее время существует несколько методов кислородно-дуговой резки. За рубежом (в США, Франции и Бельгии), например, нашел применение метод кислородно-дуговой резки при помощи стальных трубчатых электродов.

При этом способе резки металл нагревается дугой, возбуждаемой между трубчатым электродом и обрабатываемым изделием. Струя кислорода, поступающая из отверстия трубки, попадая на нагретую поверхность, окисляет металл по всей его толщине.

Электродами служат трубки из низкоуглеродистой или нержавеющей стали при наружном диаметре 5 - 7 мм. Внутренний диаметр трубки может быть 1 - 3,5 мм. Наружную поверхность электрода покрывают специальным покрытием, предохраняющим электрод от замыкания с обрабатываемым металлом при его опирании и перемещении. Кислородно-дуговую резку также выполняют и угольным электродом. Наиболее широкое распространение способ кислородно-дуговой резки нашел при подводных работах.

Воздушно-дуговая резка

При воздушно-дуговой резке металл расплавляется дутой, горящей между изделием и угольным электродом, а удаляется струей сжатого воздуха. Воздушно-дуговую резку металлов выполняют постоянным током обратной полярности, так как при дуге прямой полярности металл нагревается сравнительно на широком участке, вследствие чего удаление расплавляемого металла затруднено. Возможно применение и переменного тока. Для воздушно-дуговой резки применяют специальные резаки, которые делятся на резаки с последовательным расположением воздушной струи и резаки с кольцевым расположением воздушной струи. В резаках с последовательным расположением воздушной струи относительно электрода сжатый воздух обтекает электрод только с одной стороны.

Для воздушно-дуговой резки применяют угольные или графитовые электроды. Графитовые электроды более стойки, чем угольные. По форме электроды бывают круглыми и пластинчатыми. Величину тока при воздушно-дуговой резке определяют по следующей зависимости:

I = K ּd ,

где I - ток, А; d - диаметр электрода, мм; K- коэффициент, зависящий от теплофизических свойств материала электрода, равный 46-48 А/мм, для угольных электродов и 60-62 А/мм для графитовых.

Источниками питания для воздушно-дуговой резки служат стандартные сварочные преобразователи постоянного тока или сварочные трансформаторы.

Питание резака сжатым воздухом осуществляют от цеховой сети, имеющей давление 4-6 кгс/см2, а также от передвижных компрессоров. Применение сжатого воздуха при воздушно-дуговой резке давлением выше 6 ат нецелесообразно, так как сильная воздушная струя резко снижает устойчивость горения дуги.

Воздушно-дуговую резку разделяют на поверхностную строжку и разделительную резку.

Поверхностную строжку применяют для разделки дефектных мест в металле и сварных швах, а также для подрубки корня шва и снятия фасок. Фаску можно снимать одновременно на обеих кромках листа. Ширина канавки, образующаяся при поверхностной строжке, на 2-3 мм превышает диаметр электрода.

Воздушно-дуговую разделительную резку и строжку применяют при обработке нержавеющей стали и цветных металлов. Она имеет ряд преимуществ перед другими способами огневой обработки металлов, так как более проста, а также более дешевая и более производительная.

В табл. 1 приведены режимы разделительной воздушно-дуговой резки угольным электродом, а в табл. 2 приведены данные по разделке корня шва, выполненного встык с К-образной подготовкой кромок.

Таблица 1. Режимы разделительной воздушно-дуговой резки

Таблица 2. Режимы поверхностной воздушно-дуговой резки

Плазменно-дуговая резка

Плазма - это газ, состоящий из положительно и отрицательно заряженных частиц в таких пропорциях, что общий заряд равен нулю, т. е. плазма представляет собой смесь электрически нейтральных молекул газа и электрически заряженных частиц, электронов и положительных ионов. Наличие электрически заряженных частиц делает плазму чувствительной к воздействию электрических полей.

Плазма вследствие наличия в ней электрически заряженных частиц является электропроводной, и при действии электрических полей в плазме возникают электрические токи. Чем выше степень ионизации, тем выше электропроводность плазмы. Токи в ней отклоняются под действием магнитных полей. Ускорения, сообщаемые заряженным частицам действием электрических и магнитных полей путем соударения передаются нейтральным частицам газа, и весь объем плазмы получает направленное движение, образуя струю, поток или факел горячего газа.

Электрические поля, воздействуя на плазму, сообщают энергию заряженным частицам, а через эти частицы и всей плазме. В результате такой передачи энергии температура плазмы может достичь 20 000-30 000º С. Поэтому, чем больше имеется свободных электронов в веществе и чем быстрее они движутся, тем больше проводимость вещества, так как свободно движущиеся электроны переносят электрические заряды. Иначе говоря, плазма -это токопроводящий газ, нагретый до высокой температуры.

Сущность плазменной резки состоит в проплавлении металла мощным дуговым разрядом, локализованном на малом участке поверхности разрезаемого металла с последующим удалением расплавленного металла из зоны реза высокоскоростным газовым потоком. Холодный газ, попадающий в горелку, обтекает электрод и в зоне дугового разряда приобретает свойства плазмы, которая затем истекает через отверстие малого диаметра в сопле в виде яркосветящейся струи с большой скоростью и температурой, достигающей 30 000° С и выше. Принципиальная схема плазменной резки приведена на рис. 1.

Рис. 1. : 1 - вольфрамовый электрод, 2 - медное водоохлождаемое сопло, 3 - наружное сопло, 4 - плазменная струя, 5 - разрезаемый металл, 6 - изоляционная шайба, 7 - балластное сопротивление, 8 - источник питания	Рис. 2. : а - прямого действия, б - косвенного действия
	Рис. 3.: 1 - магнезитовое кольцо, 2 - сопло, 3 - резиновая прокладка, 4, 6, 8, 10 - изоляционное покрытие, 5 - резиновая трубка, 7 - соединительная гайка, 9 - пробка, 11 - катодный узел, 12 - резиновая прокладка, 13 - корпус сопла, 14 - соединительная гайка, 15 - наружное сопло

В зависимости от применяемой электрической схемы плазменная резка металлов может выполняться независимой и зависимой дугами. Схема плазменной резки дугой прямого действия приведена на рис. 2, а, а дугой косвенного действия на рис. 2, б. Конструкция плазменной горелки приведена на рис. 3. В таблице приводятся ориентировочные режимы резки.

Плазмообразующий газ - система, преобразующая подводимую электрическую энергию в тепловую, передаваемая разрезаемому металлу. Поэтому желательно, чтобы газ имел высокий потенциал ионизации и находился в молекулярном состоянии. Такими газами являются аргон, азот, водород, гелий, воздух и их смеси.

Оборудование для дуговой сварки

Ручная дуговая сварка, источником теплоты которой служит электрическая дуга, занимает одно из ведущих мест среди различных видов сварки плавлением. Электрическая дуга, возникающая за счет дугового разряда между электродом и свариваемым металлом, возникает и поддерживается источником постоянного или переменного тока. Под действием теплоты, полученной при помощи электрической дуги, происходит плавление основного и присадочного материалов, в результате чего образуется сварочная ванна. Остывая, металл кристаллизуется, образуя прочное сварное соединение. Все операции по зажиганию дуги, поддержанию ее длины и перемещению вдоль линии шва выполняются сварщиком вручную без применения механизмов. Дуговая сварка выполняется как плавящимся, так и неплавящимся электродом.

Оборудование для дуговой сварки:

В качестве оборудования, создающего устойчивую сварочную дугу, применяют различные трансформаторы, выпрямители и генераторы. В зависимости от характера и интенсивности сварочных работ и размеров свариваемых деталей промышленность выпускает большой ассортимент оборудования с различными техническими характеристиками. Однако все они должны удовлетворять следующим требованиям:

• иметь на зажимах источника тока напряжение холостого тока при разомкнутой сварочной цепи, достаточное для возбуждения и устойчивого горения сварочной дуги. При этом напряжение холостого тока должно быть безопасным, то есть не более 80 - 90В;
• обеспечить ток короткого замыкания, не превышающий установленных значений, выдерживая продолжительные короткие замыкания без перегрева и повреждения возбуждающей обмотки;
• иметь устройства для плавного регулирования силы сварочного тока;
• обладать хорошими динамическими свойствами, обеспечивая быстрое восстановление напряжения после коротких замыканий;
• обладать хорошей внешней характеристикой.

Для бытового потребления современная промышленность выпускает сварочные аппараты, отличающиеся двумя характеристиками. Первая из них - это максимальный сварочный ток, а вторая - время работы, на протяжении которого в 10 минутном рабочем цикле вырабатывается этот максимальный ток. К примеру, аппарат, рассчитанный на 140 амперный ток при 60% рабочем цикле должен обеспечить 140 ампер в течение не более 6 минут из каждых 10 минут работы. Остальные 4 минуты цикла отведены на режим холостого тока, при котором аппарат остывает.

Характеристики сварочного оборудования

Внешняя характеристика сварочного тока выражает зависимость между напряжением на зажимах выходных клемм и током в сварочной цепи (рис.1). Различают четыре вида внешних характеристик (крутопадающая I, пологопадающая 2, жесткая 3 и возрастающая 4) выбор которых зависит от вольт-амперной характеристики сварочной дуги. Под вольт-амперной характеристикой (ВАХ) (рис.2) понимают зависимость напряжения дуги от силы сварочного тока.

Вольт-амперная характеристика сварочного аппарата отличается от вольт-амперной характеристики любого другого источника питания своей нелинейной зависимостью. Это объясняется тем, что количество заряженных частиц в дуговом разряде не является величиной постоянной и зависит от степени ионизации, то есгь от силы тока, и говорит о том, что электрическая дуга в газах не подчиняется закону Ома. Из приведенного рисунка видно, что при малых токах (до 100 А) количество заряженных частиц в дуге интенсивно растет, а ее сопротивление при этом падает (падающая зона ВАХ I). Это объясняется ростом эмиссии катода при его разогреве. При возрастании силы тока дуга начинает сжиматься, рост заряженных частиц прекращается, а объем газа, участвующий в переносе заряженных частиц, сжимается (жесткая зона ВАХ II). Дальнейший рост вольт-амперной характеристики возможен только при увеличении расходуемой внутри дуги энергии (возрастающая зона ВАХ III).

Сварочные аппараты ручной дуговой сварки плавящимися электродами с защитным покрытием обычно эксплуатируются на ниспадающем и жестком участках ВАХ (зоны I и II). Для питания такой дуги применяют источники питания с крутопадающей и пологопадающей внешней характеристикой, так как отклонения тока при изменении дуги у этих аппаратов обычно незначительны. Это особенно важно при сварке в труднодоступных местах, когда сварщику приходится подбирать длину дуги.

Механизация процессов при сварке под флюсом или плавящимся электродом в защитных газах позволяет выполнять саморегулирование дуги при ее случайных отклонениях. Это достигается изменением скорости плавления электрода, то есть при уменьшении дуги автоматически повышается ток, и скорость плавления электрода увеличивается. Для такой сварки предпочтительнее источники питания с возрастающей ВАХ и возрастающей или жесткой внешней характеристикой.

Сварочные трансформаторы предназначены для создания устойчивой электрической дуги, поэтому они должны иметь требуемую внешнюю характеристику. Как правило, это падающая характеристика, так как сварочные трансформаторы используются для ручной дуговой сварки и сварки под флюсом.

Промышленный переменный ток на территории России имеет частоту 50 периодов в секунду (50 Гц). Сварочные трансформаторы служат для преобразования высокого напряжения электрической сети (220 или 380 В) в низкое напряжение вторичной электрической цепи до требуемого для сварки уровня, определяемого условиями для возбуждения и стабильного горения сварочной дуги. Вторичное напряжение сварочного трансформатора при холостом ходе (без нагрузки в сварочной цепи) составляет 60-75 В. При сварке на малых токах (60-100 А) для устойчивого горения дуги желательно иметь напряжение холостого хода 70 - 80 В.

Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием. На рис. 1 приводится принципиальная схема трансформатора с отдельным дросселем. Комплект источников питания состоит из понижающего трансформатора и дросселя (регулятора реактивной катушки).

Понижающий трансформатор, основой которого является магнитопровод 3 (сердечник), изготовлен из большого количества тонких пластин (толщиной 0,5 мм) трансформаторной стали, стянутых между собой шпильками. На магнитопроводе 3 имеются первичная 1 и вторичная 2 (понижающая) обмотки из медного или алюминиевого провода.

Дроссель состоит из магнитопровода 4, набранного из листов трансформаторной стали, на котором расположены витки медного или алюминиевого провода 5, рассчитанного на прохождение сварочного тока максимальной величины. На магнитопроводе 4 имеется подвижная часть б, которую можно перемещать с помощью винта, вращаемого рукояткой 7.

Первичная обмотка 1 трансформатора подключается в сеть переменного тока напряжением 220 или 380 В. Переменный ток высокого напряжения, проходя по обмотке 1, создаст действующее вдоль магнитопровода переменное магнитное поле, под действием которого во вторичной обмотке 2 индуктируется переменный ток низкого напряжения. Обмотку дросселя 5 включают в сварочную цепь последовательно со вторичной обмоткой трансформатора.

Величину сварочного тока регулируют путем изменения воздушного зазора а между подвижной и неподвижной частями магнитопровода 4 (рис. 1). При увеличении воздушного зазора а магнитное сопротивление магнитопровода увеличивается, магнитный поток соответственно уменьшается, а следовательно, уменьшается индуктивное сопротивление катушки и увеличивается сварочный ток. При полном отсутствии воздушного зазора а дроссель можно рассматривать как катушку на железном сердечнике; в этом случае величина тока будет минимальной. Следовательно, для получения большей величины тока воздушный зазор нужно увеличить (рукоятку на дросселе вращать по часовой стрелке), а для получения меньшей величины тока - зазор уменьшить (рукоятку вращать против часовой стрелки). Регулирование сварочного тока рассмотренным способом позволяет настраивать режим сварки плавно и с достаточной точностью.

Современные сварочные трансформаторы типа ТД, ТС, ТСК, СТШ и другие выпускаются в однокорпусном исполнении.

В 1924 г. академиком В. П. Никитиным была предложена система сварочных трансформаторов типа СТН, состоящих из трансформатора и встроенного дросселя. Принципиальная электрическая и конструктивная схема трансформаторов типа СТН в однокорпусном исполнении, а также магнитная система показаны на рис. 2. Сердечник такого трансформатора, изготовленный из тонколистовой трансформаторной стали, состоит из двух, связанных общим ярмом сердечников,- основного и вспомогательного. Обмотки трансформатора изготовлены в виде двух катушек, каждая из которых состоит из двух слоев первичной обмотки 1, выполненных из изолированного провода, и двух наружных слоев вторичной обмотки 2, выполненных из неизолированной шинной меди. Катушки дросселя пропитаны теплостойким лаком и имеют асбестовые прокладки.

Обмотки трансформаторов типа СТН изготовляют из медного или алюминиевого проводов с выводами, армированными медью. Величину сварочного тока регулируют с по­мощью подвижного пакета магнитопровода 4, путем изменения воздушного зазора а винтовым механизмом с рукояткой 5. Увеличение воздушного зазора при вращении рукоятки 5 по часовой стрелке вызывает, как и в трансформаторах типа СТЭ с отдельным дросселем, уменьшение магнитного потока в магнитопроводе 6 и увеличение сварочного тока. При уменьшении воздушного зазора повышается индуктивное сопротивление реактивной обмотки дросселя, а величина сварочного тока уменьшается.

ВНИИЭСО разработаны трансформаторы этой системы СТН-500-П и СТН-700-И с алюминиевыми обмотками. Кроме того, на базе этих трансформаторов разработаны трансфор­маторы ТСОК-500 и ТСОК-700 со встроенными конденсаторами, подключенными к первичной обмотке трансформатора. Конденсаторы компенсируют реактивную мощность и обеспечивают повышение коэффициента мощности сварочного трансформатора до 0,87.

Однокорпусные трансформаторы СТН более компактны, масса их меньше, чем у трансформаторов типа СТЭ с отдельным дросселем, а мощность одинакова.

Трансформаторы с подвижными обмотками с увеличенным магнитным рассеянием. Трансформаторы с подвижными обмотками (к ним относятся сварочные трансформаторы типа ТС, ТСК и ТД) получили в настоящее время широкое применение при ручной дуговой сварке. Они имеют повышенную индуктивность рассеяния и выполняются однофазными, стержневого типа, в однокорпусном исполнении.

Катушки первичной обмотки такого трансформатора неподвижные и закреплены у нижнего ярма, катушки вторичной обмотки подвижные. Величину сварочного тока регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Наибольшая величина сварочного тока достигается при сближении катушек, наименьшая - при удалении. С ходовым винтом 5 связан указатель примерной величины сварочного тока. Точность показаний шкалы составляет 7,5 % от значения максимального тока. Отклонения величины тока зависят от подводимого напряжения и длины сварочной дуги. Для более точного замера сварочного тока должен применяться амперметр.

Рис. 3. : а - конструктивная схема трансформатора ТСК-500; б - электрическая схема трансформатора ТСК-500: 1 - сетевые зажимы для проводов; 2 - сердечник (магнитопровод); 3 - рукоятка регулирования тока; 4 - зажимы для подсоединения сварочных проводов; 5 - ходовой винт; 6 - катушка вторичной обмотки; 7 - катушка первичной обмотки; 8 - компенсирующий конденсатор; в - параллельное; г - последовательное соединение обмоток трансформатора ТД-500; ОП - первичная обмотка; ОВ - вторичная обмотка; ПД - переключатель диапазона токов; С - защитный фильтр от радиопомех.

Рис.4 Портативный сварочный аппарат

На рис. 3-а,б показаны принципиальная электрическая и конструктивная схемы трансформатора ТСК-500. При повороте рукоятки 3 трансформатора по часовой стрелке катушки обмоток 6 и 7 сближаются, вследствие чего магнитное рассеяние и вызываемое им индуктивное сопротивление обмоток уменьшаются, а величина сварочного тока увеличивается. При повороте рукоятки против часовой стрелки катушки вторичной обмотки удаляются от катушек первичной обмотки, магнитное рассеяние увеличивается и величина сварочного тока уменьшается.

Трансформаторы снабжены емкостными фильтрами, предназначенными для снижения помех радиоприему, создаваемых при сварке. Трансформаторы типа ТСК отличаются от ТС наличием компенсирующих конденсаторов 8, обеспечивающих повышение коэффициента мощности (соs φ). На рис. 3, в показана принципиальная электрическая схема трансформатора ТД-500.

ТД-500 представляет собой понижающий трансформатор с повышенной индуктивностью рассеяния. Сварочный ток регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Обмотки имеют по две катушки, расположенные попарно на общих стержнях магнитопровода. Трансформатор работает на двух диапазонах: попарное параллельное соединение катушек обмоток дает диапазон больших токов, а последовательное - диапазон малых токов.

Последовательное соединение обмоток за счет отключения части витков первичной обмотки позволяет повысить напряжение холостого хода, что благоприятно отражается на горении дуги при сварке на малых токах.

При сближении обмоток уменьшается индуктивность рассеяния, что приводит к увеличению сварочного тока; при. увеличении расстояния между обмотками увеличивается индуктивность рассеяния, а ток соответственно уменьшается. Трансформатор ТД-500 имеет однокорпусное исполнение с естественной вентиляцией, дает падающие внешние характеристики и изготавливается только на одно напряжение сети - 220 или 380 В.

Трансформатор ТД-500 ~ однофазный стержневого типа состоит из следующих основных узлов: магнитопровода - сердечника, обмоток (первичной и вторичной), регулятора тока, переключателя диапазонов токов, токоуказательного механизма и кожуха.

Алюминиевые обмотки имеют по две катушки, расположенные попарно на общих стержнях магнитопровода. Катушки первичной обмотки неподвижно закреплены у нижнего ярма, а вторичной обмотки - подвижные. Переключение диапазонов тока производят переключателем барабанного типа, рукоятка которого выведена на крышку трансформатора. Величину отсчета тока производят по шкале, отградуированной соответственно на два диапазона токов при номинальном напряжении питающей сети.

Емкостной фильтр, состоящий из двух конденсаторов, служит для снижения помех радиоприемным устройствам.

Правила техники безопасности при эксплуатации сварочных трансформаторов. В процессе работы электросварщик постоянно обращается с электрическим током, поэтому все токоведущие части сварочной цепи должны быть надежно изолированы. Ток величиной 0,1 А и выше опасен для жизни и может привести к трагическому исходу. Опасность поражения электрическим током зависит от многих факторов и в первую очередь от сопротивления цепи, состояния организма человека, влажности и температуры окружающей атмосферы, напряжения между точками соприкосновения и от материала пола, на котором стоит человек.

Сварщик должен помнить, что первичная обмотка трансформатора соединена с силовой сетью высокого напряжения, поэтому в случае пробоя изоляции это напряжение может быть и во вторичной цепи трансформатора, т. е. на электрододержателе.

Напряжение считается безопасным: в сухих помещениях до 36 В и в сырых до 12 В.

При сварке в закрытых сосудах, где повышается опасность поражения электрическим током, необходимо применять ограничители холостого хода трансформатора, специальную обувь, резиновые подстилки; сварка в таких случаях ведется под непрерывным контролем специального дежурного. Для снижения напряжения холостого хода существуют различные специальные устройства - ограничители холостого хода.

Сварочные трансформаторы промышленного использования, как правило, подключают к трехфазной сети 380 В, что в бытовых условиях не всегда удобно. Как правило, подключение индивидуального участка к трехфазной сети хлопотно и дорого, и без особой нужды это не делают. Для таких потребителей промышленность выпускает сварочные трансформаторы, рассчитанные на работу от однофазной сети с напряжением 220 - 240 В. Пример такого портативного сварочного аппарата приведен на рис.4. Этот аппарат, обеспечивающий разогрев дуги до 4000°С, уменьшает обычное сетевое напряжение, одновременно повышая сварочный ток. Ток в установленном диапазоне регулируется с помощью ручки, смонтированной на передней панели аппарата. В комплект аппарата входит сетевой кабель и два сварочных провода, один из которых соединен с электрододержателем, а второй - с заземляющим зажимом.

Схема трехфазного неуправляемого мостового выпрямителя (а) и временные диаграммы токов и напряжений в схеме при работе выпрямителя на активную нагрузку (б-з)

Принцип действия его основан на питании сварочной дуги постоянным током, протекающим по цепи вторичной обмотки и выпрямленным блоком селеновых или кремниевых выпрямителей. Для получения падающей внешней характеристики эти устройства часто обеспечивают дополнительным дросселем, включенным в цепь постоянного тока. Как правило, сварочные выпрямители изготавливают по трехфазной схеме, преимущества которой заключаются в большом числе пульсаций напряжения, что обеспечивает равномерную нагрузку трехфазной цепи.

Однако на практике часто можно встретить и однофазные сварочные выпрямители (в том числе и самодельные) с достаточно хорошими характеристиками. Достоинство сварочных выпрямителей заключается в отсутствии вращающихся узлов, что обеспечивает их достаточно надежную работу.

Сварочные выпрямители могут использоваться как для ручной дуговой сварки, так и для импульсно-дуговой сварки плавящимися электродами в среде защитных газов. Для удобства пользования сварочные выпрямители, применяемые для механизированной сварки, могут обеспечиваться дистанционным переключателем режимов.

Сварочные преобразователи

Для питания электрической дуги постоянным током выпускаются передвижные и стационарные сварочные преобразователи. На рисунке показано устройство однопостового сварочного преобразователя, выпускаемого нашей промышленностью.

Однопостовой сварочный преобразователь состоит из двух машин: из приводного электродвигателя 2 и сварочного генератора постоянного тока, расположенных в общем корпусе 1. Якорь 5 генератора и ротор электродвигателя расположены на общем валу, подшипники которого установлены в крышках корпуса преобразователя. На валу между электродвигателем и генератором находится вентилятор 3, предназначенный для охлаждения агрегата во время его работы. Якорь генератора набран из тонких пластин электротехнической стали толщиной до 1 мм и снабжен продольными пазами, в которых уложены изолированные витки обмотки якоря. Концы обмотки якоря припаяны к соответствующим пластинам коллектора 6. На полюсах магнитов насажены катушки 4 с обмотками из изолированной проволоки, которые включаются в электрическую цепь генератора.

Генератор работает по принципу электромагнитной индукции. При вращении якоря 5 его обмотка пересекает магнитные силовые линии магнитов, в результате чего в обмотках якоря наводится переменный электрический ток, который при помощи коллектора 6 преобразуется в постоянный; с щеток токосъемника 7, при нагрузке в сварочной цепи, ток течет с коллектора к зажимам 9. Пускорегулирующая и контрольная аппаратура преобразователя смонтирована на корпусе 1 в общей коробке 12.

Преобразователь включается пакетным выключателем 11. Плавное регулирование величины тока возбуждения и регулирование режима работы сварочного генератора производят реостатом в цепи независимого возбуждения маховичком 8. С помощью перемычки, соединяющей дополнительный зажим с одним из положительных выводов от последовательной обмотки, можно устанавливать сварочный ток для работы до 300 и до 500 А. Работа генератора на токах, превышающих верхние пределы (300 и 500 А), не 2эекомендуется, так как возможен перегрев машины и нарушится система коммутации. Величина сварочного тока определяется амперметром 10, шунт которого включен в цепь якоря генератора, смонтированного внутри корпуса преобразователя.

Обмотки генератора выполняют из меди или алюминия. Алюминиевые шины армируют медными пластинками. Для защиты от радиопомех, возникающих при работе генератора, применен емкостный фильтр из двух конденсаторов.

Перед пуском преобразователя в работу необходимо проверить заземление корпуса; состояние щеток коллектора; надежность контактов во внутренней и внешней цепи; штурвал реостата повернуть против часовой стрелки до упора; проверить, не касаются ли концы сварочных проводов друг друга; установить перемычку на доске зажимов соответственно требуемой величине сварочного тока (300 или 500 А).

Пуск преобразозателя осуществляется включением двигателя в сеть (пакетным выключателем 11). После подсоединения к сети необходимо проверить направление вращения генератора (если смотреть со стороны коллектора, ротор должен вращаться против часовой стрелки) и в случае необходимости поменять местами провода в месте их подключения к питающей сети.

Правила безопасности при эксплуатации сварочных преобразователей. При эксплуатации сварочных преобразователей необходимо помнить:

напряжение на зажимах двигателя, равное 380/220 В, является опасным. Поэтому они должны быть закрыты. Все подсоединения со стороны высокого напряжения (380/220 В) должен осуществлять только электрик, имеющий право на производство электромонтажных работ;

корпус преобразователя должен быть надежно заземлен;

напряжение па зажимах генератора, равное при нагрузке 40 В, при холостом ходе генератора ГСО-500 может повышаться до 85 В. При работе в помещениях и на открытом воздухе при наличии повышенной влажности, пыли, высокой окружающей температуры воздуха (выше 30°С), токопроводящего пола или при работе на металлических конструкциях напряжение выше 12 В считается опасным для жизни.

При всех неблагоприятных условиях (сырое помещение, токопроводящий пол и др.) необходимо пользоваться резиновыми ковриками, а также резиновой обувью и перчатками.

Опасность поражения глаз, рук и лица лучами электрической дуги, брызгами расплавленного металла и меры защиты от них те же, что и при работе от сварочных трансформаторов.

Сварочные генераторы

Сварочные генераторы представляют собой генераторы постоянного тока с характеристиками, обеспечивающими устойчивое горение сварочной дуги. Состоит аппарат из статора с магнитными полюсами и якоря с обмоткой и коллекторами. При вращении якоря в магнитном поле, создаваемом полюсами статора, в его обмотках возникает переменный ток, который с помощью коллектора преобразуется в постоянный. Снятие тока с коллектора обеспечивают угольные щетки, через которые ток подводится к выходным зажимам. Сварочные генераторы могут быть двух типов.

В первом типе вращение якоря обеспечивается электрическим двигателем, расположенным с ним на одном валу. Такие устройства называют сварочным преобразователем. В сварочных агрегатах вращающим устройством является двигатель внутреннего сгорания. Достоинство их заключается в возможности выполнения сварочных работ без внешнего источника электрического питания.

Существует несколько электрических схем сварочных генераторов, отличающихся внешней характеристикой. Наибольшее применение получили сварочные генераторы с падающими внешними характеристиками, принципиальные электрические схемы приведены на рис.1 а, б.

Генератор с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой (рис.1,а) работает по следующему принципу: обмотка независимого возбуждения 1 питается от отдельного источника постоянного тока. Размагничивающая обмотка 2 включена в сварочную цепь последовательно с обмоткой якоря. Для регулирования тока независимого возбуждения предусмотрен реостат. Направление витков обмотки независимого возбуждения и размагничивающей обмотки таково, что создаваемые ими магнитные потоки «Фн» и «Фр» противоположны по своему направлению. В результате наложения друг на друга двух магнитных потоков получается результирующий поток, равный разности их величин Фрез = Фн - Фр.

При увеличении тока в сварочной цепи поток «Фн» остается постоянным, а поток «Фр», создаваемый размагничивающей катушкой, увеличивается. Поэтому результирующий поток, ЭДС и напряжение на зажимах генератора будут падать, создавая падающую внешнюю характеристику.

В генераторах с самовозбуждением (рис. 1,6) напряжение на намагничивающую обмотку снимается с центра самого генератора при помощи щетки «а» и является практически постоянной величиной. Поэтому магнитный поток «Фн» существенно не меняется.

Технические характеристики и подключение сварочных аппаратов

Высокочастотная составляющая в сварочном аппарате позволяет существенно повысить КПД источника питания, снизить его габариты и вес. Кроме того, аппараты с повышенной частотой обеспечивают хорошие технологические свойства и широкий предел регулирования, что дает предпосылку их перспективности. К таким аппаратам относятся инверторные источники ВДЧИ-251 и ВДУЧ-301, технические характеристики которых приведены в таблице.

Подключение сварочных аппаратов

Подключение сварочных аппаратов к электрической сети должно выполняться в соответствии с определенными требованиями, обеспечивающими безопасное производство работ. Любое сварочное оборудование подключается только через коммутационные аппараты, обладающие необходимой степенью защиты. Ни в коем случае нельзя выполнять питание сварочной дуги непосредственно от силовой или осветительной сети.

Подключение сварочного аппарата выполняют гибким многожильным кабелем, с обязательным защитным заземлением (в установках с изолированной нейтралью) или защитным занулением (в установках с глухозаземленной нейтралью). Подсоединение к электрической сети и отсоединение от нее должен выполнять электротехнический персонал, обслуживающий данную сеть.

Проводка, используемая для подключения сварочного аппарата, должна быть надежно заизолирована и защищена от механических и температурных повреждений. Сам процесс сваривания должен выполняться при помощи двух проводов. В качестве обратного провода могут служить медные или стальные шины при условии, что их сечение обеспечивает прохождение тока нужной силы без нагревания. Если сварка производится в помещениях с повышенной пожарной опасностью, то обратный провод должен быть изолирован так же, как и подающий. Сечение кабелей подбирают в соответствии со значением тока, а их изоляцию - по рабочему напряжению.

Любая сварочная установка должна быть оборудована :

• предохранителями или автоматическими выключателями со стороны силовой сети, обеспечивающими защиту оборудования;
• прибором, указывающим значение тока (амперметром или шкалой на регуляторе тока);
• автоматическим выключателем или контактором для подключения непосредственно к электрической сети.

Сварочные приспособления

Сварочные аппараты должны комплектоваться необходимыми принадлежностями - электрододержателем, зажимом для присоединения провода к изделию, сварочными проводами необходимой длины, рассчитанными на всю зону обслуживания, защитным щитком и диэлектрическим ковриком. Особое внимание следует уделить подбору электрододержателя, так как от того, насколько удобен он будет в работе, во многом зависит ее качество.

Электрододержатель

Электрододержатель - приспособление, предназначенное для закрепления электрода и подведения к нему электрического тока. Промышленностью выпускается несколько стандартных видов электрододержателей (рис.1). Различают винтовые, пластинчатые, вилочные и пружинные электрододержатели. Основные требования, которым должен удовлетворять этот инструмент - удобство, надежное закрепление электрода и хороший электрический контакт в месте его крепления.

Рукоятка инструмента должна изготавливаться из негорючего диэлектрического и теплоизоляционного материала, токопроводящие части должны быть надежно заизолированы и защищены от случайного прикосновения к ним. Разница температур наружной поверхности рукоятки на участке, который охватывает рука сварщика, и окружающей средой должна быть не больше 40°С при номинальном режиме работы.

Среди многообразия применяемых электрододержателей наиболее безопасными являются пружинные конструкции, которые выдерживают без ремонта до 10 тысяч зажимов. Применение самодельных электрододержателей (что иногда можно встретить на практике) или инструментов с нарушенной изоляцией недопустимо.

При сварке постоянным током допускается применение электрододержателей с изоляцией только рукоятки. Конструкция такой рукоятки должна исключать создание токопроводящих мостиков между наружной поверхностью рукоятки и деталями, находящимися под напряжением. Такие электрододержатели имеют предостерегающую надпись: «Применять только для постоянного тока».

Сварочные щитки

Сварочные щитки выпускают двух типов: ручные и головные. Их изготавливают из негорючих материалов с матовой гладкой поверхностью черного цвета и снабжают защитными светофильтрами, защищающими глаза сварщика от действия инфракрасных и ультрафиолетовых лучей сварочной дуги. Подбор светофильтров осуществляют в зависимости от особенностей зрения сварщика, величины сварочного тока, состава свариваемого металла, вида дуговой сварки и защиты сварочной дуги.

Современной отечественной промышленностью выпускается 13 светофильтров, регламентируемых ГОСТ 12.4.035-78, имеющих наружные размеры 52 х 102 мм. Светофильтры вставляют в рамку щитка и защищают снаружи обычным стеклом, которое периодически меняют, так как оно покрывается каплями металла. Светофильтры, рекомендуемые для применения в процессе сварки дуговым методом, отражены в таблице.

Светофильтры для дуговой сварки

Для обеспечения оптимальных условий работы сварщика с учетом индивидуальных особенностей его зрения рекомендуется кроме светофильтров, приведенных в таблице, использовать светофильтры на один номер больше или меньше. Если в этом случае оптимальные зрительные условия сварщика не будут достигнуты, необходимо проверить освещенность и зрение сварщика.

Кабели и сварочные провода

Кабели и сварочные провода должны быть многожильными, рассчитанными на плотность тока до 5 а/мм² при токах до 300 А. Их сплетают из большого числа отожженных медных проволочек диаметром 0,18 - 0.20 мм. Длина сварочного провода определяется исходя из условий сварки, но в любом случае не рекомендуется применять провода длиной более 30 м, так как это вызывает большое падение напряжения в сварочной цепи.

Токоведущие провода надежно подсоединяют при помощи специальных зажимов, некоторые конструкции которых приведены на рис. 1А. Использование самодельных удлинителей, скруток, кусков и обрезков металла для этой цели недопустимо.

Cтраница 1

Электродуговая резка металла производится при помощи тепла электрической дуги, расплавляющей металл в местах разреза. Этим способом можно разрезать чугун, сталь, медь. При дуговой резке применяют угольные или металлические электроды, покрытые специальной обмазкой. Поверхность разреза металла при этом способе получается грубая, неровная. Аппаратура при дуговой резке применяется та же, что и при сварке.  

Электродуговая резка металла имеет применение в тех случаях, когда газовая резка невозможна или когда отсутствует необходимое оборудование. Ее применяют при разрезании стали, чугуна и цветных металлов.  

Электродуговая резка металлов позволяет разделять их на части путем выплавления металла в месте реза угольными или металлическими электродами.  

Электродуговая резка металлов осуществляется путем выплавления металла в месте реза угольными или графитовыми электродами диаметром 12 - 25 мм или металлическими с толстой обмазкой.  

Электродуговая резка металла основана на расплавлении металла с удалением его из места реза за счет механического давления сварочной дуги и собственного веса расплавленного металла.  

Электродуговая резка металла применяется в тех случаях, когда газовая резка невозможна или когда отсутствует необходимое оборудование. Ее применяют при разрезании стали, чугуна и цветных металлов.  

Электродуговая резка металла используется в тех случаях, когда газовая резка невозможна или когда отсутствует необходимое оборудование. Ее применяют при разрезании стали, чугуна и цветных металлов.  

Электродуговая резка металлов выполняется металлическим плавящимся электродом, угольным электродом и неплавящимся вольфрамовым электродом в защитной среде аргона.