Сварочные выпрямители представляют собой устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный (выпрямленный).
Оно состоит из следующих основных узлов: силового трансформатора для понижения напряжения сети до необходимого напряжения холостого хода источника, блока полупроводниковых элементов для выпрямления переменного тока, стабилизирующего дросселя для уменьшения пульсаций выпрямленного тока.
Выпрямительный блок представляет собой набор полупроводниковых элементов, включенных по определенной схеме. Особенность полупроводниковых элементов заключается в том, что они проводят ток только в одном направлении, в результате чего сила тока получается постоянной (выпрямленной).
Такие элементы обладают вентильным эффектом, иначе говоря, пропускают ток в одном направлении. За это их называют полупроводниковыми вентилями. Они делятся на неуправляемые – диоды и управляемые – тиристоры. Разработаны и выпускаются сварочные выпрямители для ручной или механизированной дуговой сварки под флюсом, сварки в защитной среде и др. Они получили широкое применение благодаря их технологическим преимуществам: высокий к.п.д. и относительно небольшие потери холостого хода, высокие динамические свойства, отсутствие вращающихся частей и бесшумность в работе, равномерность нагрузки фаз, небольшая масса, возможность замены медных проводов алюминиевыми.
Но следует иметь в виду, что для выпрямителей представляют большую опасность продолжительные короткие замыкания, так как могут вывести из строя диоды. Кроме того, они чувствительны к колебаниям напряжения в сети.
Сварочные выпрямители (рис. 51) состоят из двух блоков: понижающего трехфазного трансформатора с устройствами для регулирования напряжения или тока и выпрямительного блока.
Кроме того, выпрямитель имеет пускорегулирующее и защитное устройства, обеспечивающие нормальную эксплуатацию. Выпрямление тока осуществляется по трехфазной мостовой схеме, состоящей из шести плеч. В каждом плече моста установлены вентили, выпрямляющие оба полупериода переменного тока в трех фазах. В каждый момент времени ток проходит через два вентиля, и, таким образом, в течение одного периода происходит шесть пульсаций выпрямленного тока, что соответствует частоте пульсации 300 Гц.
Рис. 51.
Схема трехфазного выпрямителя:
а – схема включения; б – выпрямленный ток внешней цепи; 1– понижающий трансформатор; 2 – блок селеновых или кремниевых выпрямителей; 3 – сварочная дуга
Сварочные выпрямители подразделяются на однопостовые с падающими, жесткими, пологопадающими и универсальными характеристиками и многопостовые с жесткими характеристиками. Падающая характеристика в выпрямителе создается включением в сварочную цепь реактивной катушки или применением трансформатора с усиленным магнитным рассеянием.
У многопостовых сварочных выпрямителей для создания падающей внешней характеристики и регулирования сварочного тока в сварочную цепь каждого поста включают балластный реостат.
Выпрямители типа ВД, предназначенные для ручной и механизированной сварки и наплавки, имеют крутопадающую внешнюю характеристику. Регулирование варочного тока производят ступенчато (два диапазона) и плавно (в пределах каждого диапазона). Переключатель диапазонов сварочного тока расположен на лицевой панели выпрямителя и производит одновременное переключение первичной и вторичной обмоток со «звезды» (диапазон малых токов) на «треугольник» (диапазон больших токов). Переключение производят только после отключения выпрямителя от силовой сети.
При переключении пределы изменения тока увеличиваются примерно в три раза. Плавное регулирование тока в пределах каждого диапазона производится изменением расстояния между катушками первичной и вторичной обмоток. Катушки вторичной обмотки закреплены неподвижно у верхнего ярма, а катушки первичной обмотки с помощью ходового винта перемещаются по стержню сердечника трансформатора. Вращая рукоятку ходового винта по часовой стрелке, сближают катушки обмоток, уменьшают индуктивность рассеяния обмоток и, как следствие, увеличивают сварочный ток.
Сварочные выпрямители с жестокими и пологопадающими внешними характеристиками применяются при сварке плавящимся электродом в углекислом газе, под флюсом, порошковой проволокой. Они различны как конструктивно, так и по электрической схеме. Например, выпрямитель типа ВС состоит из силового трехфазного понижающего трансформатора и выпрямительного блока из селеновых вентилей. В сварочную цепь после выпрямительного блока включен дроссель, позволяющий регулировать нарастание тока короткого замыкания и снижающий потери металла на разбрызгивание. Выпрямитель имеет два переключателя числа витков первичной обмотки трансформатора, которыми путем изменения коэффициента трансформации регулируется выходное напряжение. Один переключатель, для ступенчатого регулирования, имеет три положения, второй, для плавного регулирования, – восемь положений. Таким образом, выпрямитель имеет 24 значения сварочного тока. Регулирование сварочного тока можно производить только при холостом ходе, что является серьезным недостатком выпрямителя. В промышленности и строительстве они применяются, но с производства сняты.
Выпрямители типа ВДГ состоят из трансформатора с нормальным магнитным рассеянием и трехфазного дросселя насыщения. Рабочие обмотки дросселя включены в плечи выпрямительного блока. Регулирование выходного напряжения ступенчато-плавное. Ступенчатым регулированием можно задать три диапазона, получаемые изменением коэффициента трансформации силового трансформатора изменением числа витков первичной обмотки.
Плавное регулирование в пределах каждого диапазона осуществляется дросселем насыщения. Выпрямитель имеет дистанционное управление. Многопостовые сварочные выпрямители типа ВДМ выпускают серийно на номинальные токи 1000, 1600, 3000 А. Выпрямители имеют жесткую внешнюю характеристику и состоят из силового трехфазного понижающего трансформатора, выпрямительного блока из кремниевых вентилей с вентилятором, пускорегулирующей и защитной аппаратуры.
Получение падающей внешней характеристики и регулирование сварочного тока каждого поста производятся подключением балластных реостатов типа РБ–301.
Сварочные выпрямители типов ВСУ и ВДУ являются универсальными источниками питания дуги. Они предназначены для питания дуги при автоматической и полуавтоматической сварках под флюсом, в защитных газах, порошковой проволокой, а также при ручной сварке. Выпрямители ВСУ кроме блока трехфазного понижающего трансформатора и выпрямительного блока имеют дроссель насыщения с четырьмя обмотками. Переключением этих обмоток можно получать жесткую, пологопадающую и крутопадающую внешние характеристики.
Таблица 9
Технические характеристики однопостовых сварочных выпрямителей с падающими характеристиками
Таблица 10
Технические характеристики сварочных преобразователей и агрегатов с электродвигателями
Выпрямители ВДУ основаны на использовании в выпрямляющих силовых обмотках управляемых вентилей – тиристоров. Схема управления тиристорами позволяет получать необходимый для сварки вид внешней характеристики, обеспечивает широкий диапазон регулирования сварочного тока и стабилизацию режима сварки при колебаниях напряжения питающей сети.
Обслуживание сварочного оборудования
Для обеспечения бесперебойной и длительной работы сварочного оборудования, своевременного устранения мелких неисправностей при его эксплуатации надо проводить контрольно-профилактические работы, которые подразделяются на: 1) ежедневные; 2) ежемесячные; 3) полугодовые; 4) годовые.
Контрольно-профилактические работы должны производиться периодически.
Так, при ежедневном обслуживании необходимо:
1. Перед началом работы осмотреть сварочное оборудование для выявления случайных повреждений отдельных наружных частей.
2. Проверить заземление источника питания.
3. Проверить надежность подключения сварочных проводов к зажимам источника питания и свариваемому изделию.
4. После пуска проверить направление вращения вентилятора, иначе говоря, правильность направления потока охлаждающего воздуха.
Ежемесячно нужно:
1. Очистить сварочное оборудование от пыли и грязи, продувая источник питания сжатым воздухом, а в доступных местах протирая ветошью.
2. Проверить состояние электрических проводов, механических контактов и паек и в случае необходимости обеспечить надежный электрический контакт.
3. Проверить надежность всех винтовых соединений.
4. Проверить затяжку крепления силовых катушек.
5. Очистить пускатель от пыли и загрязнений, проверить состояние контактов. Если они обгорели или на их поверхности образовались капли металла, то поверхность контактов необходимо зачистить.
Один раз в три месяца нужно:
1. Проверить сопротивление изоляции токоведущих частей.
2. Проверить состояние блока управления, фильтра защиты от радиопомехи защитных цепей наружным способом, установить отсутствие механических повреждений конденсаторов.
3. В сварочных преобразователях нужно проверить состояние коллектора, в случае обнаружения на коллекторе следов нагара его следует прошлифовать мелкозернистой шлифовальной бумагой.
Один раз в полгода нужно:
1. Очистить контакты и изоляционные части переключателя диапазонов тока от пыли и налета металлических частиц.
2. Смазать тугоплавкой смазкой все трущиеся части.
3. В сварочных преобразователях проверить состояние и наличие смазки в камерах подшипников и при необходимости заменить ее.
Один раз в год нужно:
1. Разобрать электродвигатель вентилятора и произвести его внутреннюю очистку, перед сменой смазки подшипники необходимо промыть бензином.
2. Произвести плановый текущий осмотр для выявления необходимости планового ремонта.
Сварочные посты располагаются в специальных кабинах площадью не менее 2–2,5 м2 каждая. Кабину отгораживают перегородками, а вход закрывают занавесками, пропитанными огнестойким составом. При сварке громоздких деталей и крупно-габаритных сварных конструкций сварочные посты развертывают открыто в цехе, на строительной площадке, на магистральной трассе. При этом рабочее место по возможности огораживают защитными щитами или ширмами.
Основное оборудование сварочного поста (рис. 52) состоит из источника питания дуги, сварочных проводов, электрододержателя и приспособлений для закрепления свариваемых деталей. При размещении поста в кабине устанавливают металлический стол с массивной чугунной или стальной крышкой площадью в 1 м2, на которой производят сварочные работы, и винтовой стул с откидной спинкой. Кабина должна иметь местную вытяжную вентиляцию и заземляющий провод.
Рис. 52.
Компоновка сварочного поста и схема питания дуги (на постоянном токе):
а – электрическая схема; б – общая компоновка поста для сварки; 1 – изделие; 2 – сварочная дуга; 3 – электрод; 4 – электрододержатель; 5 – сварочные провода; 6 – источник питания; 7 – щит с приборами контроля и регулирования параметров сварки
Инструмент сварщика
1. Электрододержатель (рис. 53) – служит для зажима электрода и подвода к нему сварочного тока. Он должен прочно удерживать электрод, обеспечивать удобное и прочное закрепление сварочного кабеля, а также быстрое удаление огарков и закладку нового электрода. Электрододержатели изготовляют трех типов: для тока 125 А и провода сечением 25 мм2; для тока 315 А и провода сечением 50 мм2; для тока 500 А и провода сечением 70 мм2. Они должны выдерживать 8000 зажимов электродов, затрачивая на каждую замену электрода не более 4 с. Электрододержатели для тока 500 А должны иметь щиток для защиты руки сварщика от воздействия электрической дуги.
2. Щитки, маски или шлемы служат для защиты глаз и лица сварщика от воздействия излучений сварочной дуги и брызг металла. В них имеется смотровое отверстие, в которое вставляют специальное стекло-светофильтр, задерживающий инфракрасные и ультрафиолетовые лучи и снижающий яркость световых лучей дуги. Снаружи светофильтр защищен от брызг металла простым прозрачным съемным стеклом.
3. Металлические щетки (ручные и с электроприводом) для зачистки (разделки) швов и очистки сваренных швов от шлака.
4. Молоток, зубило, крепежный инструмент.
5. Набор шаблонов для промера размеров швов.
6. Стальные клейма для клеймения сваренных швов.
Для защиты тела от ожогов сварщик пользуется брезентовым костюмом, брезентовыми рукавицами и кожаной или валяной обувью. Брюки должны быть гладкими, без отворотов, с напуском поверх ботинок или валенок. Рукавицы должны надеваться с напуском на рукава и завязываться тесьмой. Прямая одежда и отсутствие открытых частей тела исключают возможность попадания брызг металла на тело и в складки спецодежды.
При сварке внутри резервуаров, баков, цистерн необходимо пользоваться резиновыми сапогами и резиновым шлемом. При сварке металлических конструкций, если сварщик работает лежа, сидя или стоя на элементах свариваемой конструкции, кроме резиновых сапог (или галош) и шлема необходимы резиновые коврики, а также наколенники, подлокотники, подшитые войлоком. Кроме спецодежды к средствам индивидуальной защиты сварщика относятся: пояс предохранительный с лямками (при работе на высоте), перчатки резиновые диэлектрические, галоши резиновые диэлектрические, коврики резиновые диэлектрические.
Рис. 53. Электрододержатели для ручной дуговой сварки:
а – пружинный; б – пластинчатый; в – винтовой
Таблица 11
Периодичность ремонтов и осмотров сварочного оборудования
Источники питания дуги размещают непосредственно на каждом месте или группируют в машинном отделении сварочного цеха. В последнем случае в цехе на определенном расстоянии друг от друга располагают постоянные щитки с клеммами для подключения сварочных проводов. К щиткам ток подводится от источника питания постоянной проводкой. При наличии нескольких сварочных постов следует применять многопостовые сварочные агрегаты. Сварочные многопостовые преобразователи типа ПСМ=1000 – устанавливают на фундаменте. Допускается установка на временном фундаменте в виде жестко связанной деревянной рамы из брусьев (или бревен), к которой болтами крепится корпус сварочного преобразователя.
При наличии на строительно-монтажной площадке электросиловой сети для выполнения сварочных работ применяют передвижные сварочные преобразователи постоянного тока, выпрямители или аппараты переменного тока – в зависимости от вида работ.
Ответственные сварочные работы, выполняемые особыми электродами, как правило, требуют постоянного тока. В этих случаях применяют сварочные преобразователи или выпрямители. Однако они требуют более трудоемкого ухода и обслуживания, чем аппараты переменного тока.
При отсутствии электросиловой сети применяют сварочные агрегаты с двигателем внутреннего сгорания типов АСБ, АСД, ПАС, СДУ.
В процессе эксплуатации источники сварочного тока требуют ухода и обслуживания.
Перед включением источника тока необходимо выполнить следующие работы:
• очистить его от пыли и грязи;
• осмотреть;
• при наличии мелких дефектов устранить их.
У сварочных преобразователей особое внимание следует обратить на подшипники, коллектор и щеточный механизм генератора. Щетки должны плотно прилегать к чистой поверхности коллектора.
У аппаратов переменного тока следует проверить состояние контактов, изоляции и крепежных деталей сердечника и кожуха. Необходимо чаще смазывать регулировочный механизм.
У сварочных выпрямителей особого внимания требует система охлаждения (вентилятор, жалюзи, реле). Следует проверить подтяжку крепежных деталей, наличие и надежность крепления заземляющего провода.
Сварочные провода выбирают в зависимости от наибольшего допустимого значения сварочного тока. Рекомендуются следующие нормы:
Эти нормы установлены при длине проводов не более 30 м. При работах на строительных площадках длина сварочных проводов может достигать 150 м. При этом падение напряжения достигает значительных размеров. Если длина провода значительная, необходимо проверить падение напряжения и соответственно скорректировать сечение провода.
Осмотр сварочного преобразователя
Некоторые узлы источников сварочного тока требуют особого внимания. В сварочных преобразователях постоянного тока особого ухода требуют коллектор, щеточный механизм и подшипники. Коллектор должен быть чистым, без следов нагара. Слюдяные прокладки не должны выступать между пластинами. Перед пуском в ход коллектор необходимо протирать полотняной тряпкой, смоченной в бензине.
При обнаружении нагара прежде всего следует выяснить и устранить причину нагара, а затем прошлифовать коллектор на ходу при поднятых щетках равномерно по всей рабочей поверхности. Для шлифования применяют мелкозернистую прессованную пемзу или мелкую стеклянную бумагу, натянутую на деревянную колодку.
Выступающие слюдяные прокладки необходимо осторожно выбрать специальной пилкой на глубину 1 мм, а затем зачистить поверхность коллектора от заусенцев и прошлифовать коллектор. После шлифования надо аккуратно протереть коллектор, не допуская попадания пыли в машину.
Щеточный механизм. Изношенные или поврежденные щетки подлежат замене. При этом новую щетку до эксплуатации необходимо притереть к коллектору. Для этого щетку устанавливают на место и под нее на коллектор вводят полоску стеклянной бумаги (стеклом к щетке) в направлении вращения коллектора. Притирку производят при нормальном нажатии пружины щеткодержателя до полного прилегания рабочей поверхности щетки к коллектору. Образующуюся пыль удаляют продувкой воздухом, а для окончательной прошлифовки щеток генератор включают на холостом режиме.
Подшипники генератора и электродвигателя требуют тщательной промывки и смазки не реже двух раз в год. Ежедневно в процессе эксплуатации нужно внимательно следить за состоянием смазки и при необходимости производить замену или долив. Нарушение работы подшипника обнаруживается по нагреву и ненормальному шуму.
Осмотр аппарата переменного тока
Аппараты переменного тока требуют регулярной проверки состояния контактов сварочной и заземляющей цепей, изоляции, подтяжки крепежных деталей сердечника и кожуха. Особенно опасны нарушения изоляции проводов и неаккуратное подключение сварочного кабеля. Необходимо чаще смазывать регулировочный механизм. При перемещении аппарата необходимо пользоваться ручками или подъемными кольцами кожуха трансформатора.
Осмотр сварочного выпрямителя
Сварочные выпрямители требуют особого внимания к системе охлаждения, состоящей из вентилятора, жалюзи и реле. Неисправности системы могут привести к перегреву полупроводниковых элементов и выходу из строя выпрямителя.
Следует постоянно проверять состояние и надежность всех контактов в сварочной и заземляющей цепях, подтяжку всех крепежных деталей. Через каждые 1–3 месяца (в зависимости от условий работы) необходимо очищать выпрямитель от грязи и пыли протиркой чистой ветошью и продувкой сухим сжатым воздухом. Все трущиеся части механизмов выпрямителя необходимо смазывать два раза в год.
Важно также в процессе эксплуатации не допускать перегрузки выпрямителя. При работе на открытом воздухе следует принять меры защиты сварочного оборудования от атмосферных осадков.