пости тока. Повышение концентрации энергии в единице объема способствует повышению температуры.
При сварке на постоянном токе количество теплоты, выделяю щееся в сварочной дуге, распределяется следующим образом: на аноде — 43%; на катоде — 36% и остальное в столбе дуги. Это свойство сварочной дуги учитывают при наплавке деталей и вы полнении сварочных работ на броневом корпусе.
Когда требуется получить больший нагрев детали, применяют прямую полярность — положительный провод от сварочного пре образователя подводят к детали, а отрицательный к электроду. Прямую полярность обычно применяют при наплавке массивных деталей танка. Если нежелательно перегревать деталь, то приме няют обратную полярность. Прп использовании некоторых марок электродов с тугоплавкой обмазкой (например ЦН-250). также при меняют обратную полярность.
При сварке переменным током промышленной частоты (/ = = 50 гц) сварочная дуга горит неустойчиво. Это объясняется пере рывами в горении дуги в момент изменения полярности тока и вы соким потенциалом ее повторного зажигания. Следовательно, для повышения устойчивости горения дуги необходимо понизить по тенциал ее зажигания и исключить перерывы в горении.
Потенциал зажигания дуги уменьшают путем введения в дуго вой промежуток ионизирующих веществ, поддерживания постоян ной высокой температуры в дуговом промежутке и уменьшения длины дуги.
Для поддержания постоянной высокой температуры дуги не обходимо в процессе сварки строго выдерживать установленную величину сварочного тока. Известно, что уменьшение тока сопро вождается соответствующим уменьшением температуры в столбе дуги.
Перерывы в горении дуги исключают введением в цепь свароч ной дуги переменного тока индуктивности (дросселя), которая обеспечивает сдвиг фаз между напряжением дуги и током. При этом кривая тока будет переходить через нуль в тот момент, ког да напряжение будет иметь достаточно большое значение, вследст вие чего перерыва в горении дуги не будет.
При малых сварочных токах, стабильность горения дуги можно обеспечить путем наложения тока высокой частоты на сварочную дугу переменного тока нормальной частоты. Группу импульсов вы сокого напряжения накладывают на сварочный ток в момент пере хода последнего через нуль (рис. 113, а). Благодаря этому облег чаются условия повторного зажигания дуги в процессе сварки. Для получения токов высокой частоты применяют осциллятор — искровой генератор токов высокой частоты. Принципиальная схе ма осциллятора и схема его включения в сварочную цепь показа ны на рис. 113, б.
Требования к источникам сварочного тока. В процессе ручной электродуговой сварки наблюдаются периодические изменения
13—1296 |
193 |
«о
п
Рис. 113. Повышение |
стабильности дуги |
путем использования осциллятора: |
||||
а — наложение импульсоп осциллятора на сварочный ток; |
о —принципиальная схема включения |
|||||
1 — кривая напряжения дуги; |
|
осциллятора в сварочную цепь. |
|
|||
|
2 — кривая сварочного тока; |
3 —группа затухающих импульсов |
||||
|
|
|
осциллятора; |
|
между импульсами осцилля |
|
t 0 —время действия импульсоп осциллятора; |
время перерыва |
|||||
тора; |
0О ~ угол запаздывания |
действия группы импульсов; |
СТ —трансформатор; Др — дрос |
|||
сель; |
ОС — осциллятор; |
ИТ — повышающий трансформатор; |
СГ и Ск — конденсаторы; |
|||
|
La и |
LK — индуктивность; |
Р —разрядник |
|
||
длины сварочной дуги и, следовательно, величины тока. Для обес печения высокого качества сварки отклонения в величине свароч ного тока должны быть небольшими. Кроме того, при сварке воз можны случаи короткого замыкания, при котором напряжение па дает почти до нуля. Поэтому источник сварочного тока должен выдерживать короткие замыкания в сварочной цепи, т. е. при уве личении сварочного тока напряжение дуги должно резко падать.
Этим требованиям отвечают сварочные генераторы и транс
форматоры, |
имеющие |
падающую |
внешнюю |
характеристику |
(рис. 114). Из графика |
(рис. 114, с) |
видно, что при изменении то |
||
ка на -i/д |
напряжение |
сварочной дуги падает на |
величину А£/д. |
|
5
Рис. 114. Типовые характеристики источников сварочного тока:
а — падающие совмещенные характеристики; |
б —зависимость отклонения тока |
|
от крутизны внешней падающей характеристики источника тока; |
в — жесткая |
|
характеристика; |
|
|
1 — внешняя характеристика источника тока; |
2 — вольтампсриая характеристика |
|
дуги |
|
|
При падающей внешней характеристике источника U = f(I) и па дающей вольтамперной характеристике дуги Ua = f(I) колебания длины дуги не сказываются на устойчивости ее горения. Это про исходит потому, что сварочная цепь обладает некоторой индуктив ностью L ; при изменении тока в сварочной цепи возникает э. д. с.
13* |
195, |
самоиндукции h. Поэтому напряжение на сварочной дуге не па дает и будет равно UА= U -\-Il -
■Устойчивость электрической дуги при ее удлинении в большой степени зависит от крутизны внешней характеристики источника питания. С увеличением крутизны падающей внешней характери
стики |
(рис. 114,6) при изменении длины дуги |
отклонение |
тока |
Д /д |
уменьшается ( Л / Д| >• Д / д.). Кроме того, повышается падение |
||
напряжения в результате изменения тока (Л £/д„> д£/Д]) . |
|
||
При автоматической и полуавтоматической |
сварке под |
слоем |
|
флюса и при полуавтоматической сварке в среде углекислого газа для саморегулирования дуги требуется жесткая характеристика источника тока. При постоянной скорости подачи электрода гене раторы с жесткими характеристиками обеспечивают устойчивые режимы наплавки в относительно широком диапазоне (рис. 114, в).
Высокая устойчивость процесса наплавкичобъясняется соответ ствием вольт-амперной характеристики дуги и внешней характе ристики генератора. При автоматической сварке под слоем флюса и при полуавтоматической сварке в среде углекислого газа благо даря увеличению плотности тока дуга имеет возрастающую вольтамперную характеристику, а не падающую, как при ручной.
Выпускаемые в СССР генераторы для питания дуги постоян ного тока при ручной электродуговоп сварке подразделяются на три типа (рис. 115): сварочные генераторы с независимым воз буждением и размагничивающей последовательной обмоткой; сва рочные генераторы с намагничивающей параллельной и размагни чивающей последовательной обмотками возбуждения и сварочные
генераторы с расщепленными полюсами. |
полюсами |
Схема сварочного генератора с расщепленными |
|
(рис. 115, в) принципиально не отличается от схемы |
генераторов |
второго типа. |
|
Рис. 115. Электрические схемы сварочных геператоров постоян ного тока:
а — с независимым возбуждением; 6 — с намагничивающей параллельной и раз магничивающей последовательной обмотками; и — с растепленными полюсами
196
При нагрузке генератора взаимодействуют три магнитных по тока: поток (Фп) поперечных полюсов; поток (Фг ) главных полю сов и поток (Фя) поперечной реакции якоря. Магнитный поток Фя поперечной реакции якоря направлен так же, как и поток Фп и подмагничивает одну половину главного полюса, а вторую поло вину этого полюса он размагничивает, так как в этой части воз душного зазора он направлен навстречу потоку Фп.
Поперечный магнитный поток Фя реакции якоря подмагничи вает одну половину основного полюса и размагничивает вторую.
Напряжение V„с на щетках а, с практически не изменяется. При этом значительно изменяется напряжение UBC (щетки в, с). Напряжение UaB на основных щетках, равное алгебраической сум ме напряжений U„с и U„c, уменьшается с увеличением сварочного тока.
К машинам третьего типа относится сварочный генератор ПСО300, установленный на электрогазосварочной мастерской ЭГСМ-60. Сварочный ток регулируется реостатом возбуждения и путем пере становки перемычки на переходной колодке.
На стационарных ремонтных предприятиях, кроме однопосто вых генераторов, применяют и многопостовые. Сварочные посты к сварочной цепи генератора подключаются параллельно. Для ав томатической и полуавтоматической сварки под слоем флюса, а также для сварки в среде углекислого газа рекомендуется универ сальный сварочный преобразователь ПСУ-500, который относится к первому типу. В зависимости от включения генератор преобразо-
б
Рнс. 116. Внешняя характеристика сварочного преоб разователя ПСУ-500:
а — падающая; 6 — жесткая
197
вателя имеет падающие или жесткие внешние характеристики
(рис. 116).
Для сварки переменным током применяют трансформаторы ти па СТЭ с отдельным дросселем. Из схемы (рис. 117, я) видно, что понижающий однофазный трансформатор имеет отдельный стерж невой сердечник. Первичная 1 и вторичная 2 обмотки размещены на обоих стержнях на минимальном расстоянии друг от друга. Дроссель служит для получения падающей внешней характеристи ки (рис. 117,6) и регулирования режима сварки. Он имеет отдель ный стержень и обмотку 3 и подключается к трансформатору во вторичную сварочную цепь последовательно с дугой.
Рис. 117. Сварочный трансформатор:
л — принципиальная электрическая схема сварочного трансформатора |
СТЭ-21 с дроссе |
лем РСТЭ-24; б —падающая характеристика трансформатора; J, 2, |
3 — обмотки |
Металлургические процессы, происходящие при наплавке. Про цесс сварки является металлургическим процессом, который имеет следующие характерные особенности:
—высокую температуру на катоде, аноде и в столбе дуги;
—малый объем расплавленного металла и кратковременность
нахождения металла в жидком состоянии;
—контактирование расплавленной ванночки металла с ме таллом детали;
—контактирование расплавленной капли металла в период его
перехода с электрода в сварочную ванну с окружающей газовой средой.
Контактирование расплавленного металла с окружающей газо вой средой и металлом детали в условиях высоких температур вы зывает активные физико-химические взаимодействия наплавлен ного металла с основным, а также с газами и шлаками.
Во время расплавления металла электрической дугой наблю даются следующие металлургические процессы: окисление наплав ленного металла; насыщение наплавленного металла азотом; на сыщение наплавленного металла водородом; выгорание легирую щих компонентов и разбрызгивание металла.
198