Технологическое сварочное оборудование

Сварочный трансформатор содержит две или более электрически несвязанных  между собой обмоток (цилиндрические или дисковые), размещенных на замкнутом  стальном магнитопроводе. Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопроводы броневого и стержневого типа изготавливают из листовой электротехнической стали.

Трансформаторы работают с воздушным  естественным или принудительным охлаждением. У трансформаторов с цилиндрическими  обмотками первичные и вторичные обмотки наматываются концентрично одна поверх другой и относятся к группе трансформаторов с минимальным или нормальным электромагнитным рассеянием. Они являются полным аналогом силовых воздушных трансформаторов идентичной мощности. У трансформаторов с дисковыми обмотками первичная и вторичная обмотки обычно разнесены относительно друг друга. Они относятся к группе специальных сварочных трансформаторов с увеличенным или развитым электромагнитным рассеянием.

Трансформаторы для дуговой  сварки выпускаются по ГОСТ 95-77 на номинальные силы тока 160, 250, 315, 400 и 500 А.

Различают две основные принципиальные электромагнитные схемы сварочных  трансформаторов.

Первая группа – трансформаторы с нормальным (малым) рассеянием и  дополнительной реактивной катушкой - реактором (дросселем).

Вторая группа – трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием.

Внутри каждой группы сварочные  трансформаторы классифицируются по виду конструкции и способам настройки  режима.

К первой группе относятся:

Сварочные трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием в комбинации с реактивной катушкой - реактор в однокорпусном исполнении. Такие трансформаторы имеют с реактором общий магнитопровод. Настройка режима в таких трансформаторах осуществляется плавным изменением воздушного зазора в сердечники реактивной катушки.

Сварочные трансформаторы с увеличенным  магнитным рассеянием и подвижным  магнитным шунтом. Трансформаторы этого  типа выполняются с неподвижными обмотками, размещенными на одном или  двух разных стержнях на соответствующем расстоянии друг от друга с целью обеспечения требуемого рассеяния. Между обмотками располагаются подвижные магнитные шунты, перемещением которых изменяют поток рассеяния и производят настройку режима.

Сварочные трансформаторы с неподвижным  подмагничиваемым шунтом. Принцип работы этого трансформатора аналогичен предыдущему. Отличие заключается в способе изменения величины магнитного сопротивления потока рассеяния, за счет изменения тока в обмотке подмагничивания расположенной на неподвижном шунте.

 Сварочные трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием и подвижными обмотками. Одна или обе обмотки трансформатора выполняются подвижными. В некоторых конструкциях для усиления потока рассеяния между обмотками размещены неподвижные магнитные шунты. Настройка на заданный режим осуществляется путем плавного перемещения подвижных обмоток, которая может сочетаться со ступенчатым секционированием вторичной обмотки.

Сварочные трансформаторы с ярмовым  рассеянием имеют фиксированное  индуктивное сопротивление благодаря неподвижному расположению первичной и вторичной обмоток на разных стержнях сердечника. Настройка режима осуществляется за счет дополнительной неподвижной ярмовой обмотки и обмотки, выполненной сварочным кабелем поверх основной обмотки трансформатора, которые являются дополнительным индуктивным сопротивлением. При этом напряжение холостого хода трансформатора несколько возрастает.

Сварочные трансформаторы с тиристорным  коммутатором. Их часто называют «тиристорные трансформаторы». Они имеют фиксированное индуктивное сопротивление за счет расположения первичной и вторичной обмоток на различных стержнях сердечника. Настройка режима осуществляется путем изменения угла включения тиристоров, которые могут включаться как в первичную, так и во вторичную цепь. При такой настройке трансформатора наблюдаются значительные перерывы в горении дуги. Для обеспечения непрерывности горения дуги используют различные способы, обеспечивающие надежное повторное зажигание дуги. В зависимости от этого различают “тиристорные трансформаторы” с прерывистым питанием дуги и - с подпиткой дуги.

3.2.Сварочный выпрямитель

Выпрямители сварочные предназначены  для качественной ручной дуговой  электросварки прямого и сложного профиля, различных металлов и сплавов  на постоянном токе, любой полярности, штучными электродами всех видов, а также в среде защитных газов.

Имеют возможность подключения  приставки для аргонодуговой  сварки (БУСП-ТИГ), подающих механизмов для полуавтоматической сварки с  соответствующим блоком, пультов дистанционного регулирования тока, а также пультов пульсирующей сварки (типа ППС-01) на режимах МИГ-МАГ и ММА.

Регулирование сварочного тока осуществляют за счет перемещения катушек при  вращении рукоятки ходового винта. Для  расширения пределов регулирования предусмотрен переключатель, позволяющий выбрать один из двух диапазонов.

По конструкции силовой части  выпрямители можно разделить  на шесть групп (рис. 1). Более ранняя и простая конструкция у выпрямителя , регулируемого трансформатором (рис. 1, а). Его силовая часть состоит из трансформатора Г, выпрямительного блока VD на неуправляемых вентилях и сглаживающего дросселя L. Трансформатор в такой схеме используется для понижения напряжения, формирования необходимой внешней характеристики и регулирования режима. Некоторое применение нашел выпрямитель с дросселем насыщения (рис. 1, б). Дроссель насыщения LS применяют для формирования внешней характеристики и регулирования режима. Более совершенны и распространены тиристорные выпрямители (рис. 1, в). Тиристорный выпрямительный блок VS за счет фазового управления моментом включения тиристоров обеспечивает регулирование режима, а при введении обратных связей по току и напряжению — также и формирование любых внешних характеристик. Иногда тиристорный регулятор VS устанавливают в цепи первичной обмотки трансформатора Т (рис. 1, г), тогда выпрямительный блок VD может быть собран из неуправляемых вентилей — диодов. Транзисторный регулятор VT, наоборот, устанавливают в цепи сварочного тока (рис. 1, д), с его помощью легко реализовать программное управление процессом сварки. Оригинальна схемаинверторного источника (рис. 1, е). Инвертор UZ преобразует постоянное напряжение выпрямительного блока VD1 в высокочастотное переменное, которое затем понижается трансформатором Т и выпрямляется блоком VD2. Воздействуя на параметры инвертора, регулируют режим и формируют внешние характеристики выпрямителя. В состав любого выпрямителя входят также вентилятор, пускорегулирующая и контрольная аппаратура. Тиристорные, транзисторные и инверторные выпрямители имеют более сложные схемы управления с цепями формирования управляющих сигналов и обратных связей.

 

Рис.1. Блок-схемы выпрямителей

Выпрямители классифицируют также  по типу внешних характеристик. При  механизированной сварке в защитном газе и под флюсом для комплектования аппаратов, действующих по принципу саморегулирования дуги, применяют однопостовые выпрямители с жесткими характеристиками. Эти выпрямители имеют, как правило, трансформатор с нормальным рассеянием. Регулятор выпрямителя используется для настройки сварочного напряжения. В настоящее время используются следующие способы регулирования напряжения: витковое (выпрямитель с трансформатором с секционированными обмотками), магнитное (выпрямитель с трансформатором с магнитной коммутацией, выпрямитель с дросселем насыщения), фазовое (тиристорный выпрямитель), а также импульсное (частотное, широтное и амплитудное в выпрямителе с транзисторным регулятором и инверторном источнике).

Для ручной сварки предназначены выпрямители  с падающими характеристиками. В современных отечественных конструкциях приняты такие способы формирования характеристик: увеличение сопротивления трансформатора (выпрямитель с трансформатором с подвижными обмотками, с магнитным шунтом или с разнесенными обмотками), использование обратной связи по току (тиристорный, транзисторный и инверторами источники). Требования к таким выпрямителям изложены в ГОСТ 13821-77 «Выпрямители однопостовые с падающими внешними характеристиками для дуговой сварки».

Широко применяются также и универсальные выпрямители, обеспечивающие как жесткие, так и падающие характеристики.

 

3.3. Сварочный генератор

Сварочные генераторы преобразуют  механическую энергию вращения якоря  в электрическую энергию постоянного  тока.

Сварочные генераторы являются составной частью вращающихся источников питания. Их иногда называют машинными источниками питания (ИП). Вращающиеся ИП состоят из сварочного генератора и приводного двигателя. В качестве приводного двигателя используется либо электрический, либо двигатель внутреннего сгорания: бензиновый или дизельный.

Вращающийся ИП, состоящий из сварочного генератора и электродвигателя в  однокорпусном исполнении называют сварочным преобразователем, а сварочный  генератор в комплекте с отдельным  двигателем, соединенным между собой муфтой сцепления, называют агрегатом, Агрегаты с двигателем внутреннего сгорания применяются в основном при ручной сварке в полевых условиях или монтаже, где отсутствует электрическая сеть питания.

Требования к вращающимся источниками  постоянного тока регламентируются ГОСТ 304-82 «Генераторы постоянного тока для дуговой сварки», ГОСТ 2402-82 «Агрегаты сварочные с двигателем внутреннего сгорания» и ГОСТ 7237-82 «Преобразователи постоянного тока для дуговой сварки». Эти источники обеспечивают легкое зажигание и устойчивое горение дуги. Существенным недостатком вращающихся источников является сложность конструкции и высокая трудоемкость изготовления, особенно коллекторных генераторов и приводных двигателей внутреннего сгорания. Они существенно дороже трансформаторов и выпрямителей. В связи с этим в настоящее время вместо коллекторных выпускаются вентильные генераторы. Однако парк коллекторных генераторов в эксплуатации довольно велик, поэтому в учебном пособии рассмотрен в качестве примера лишь один представитель большого семейства коллекторных генераторов.

 

4. Технологическое сварочное оборудование

 

4.1 Сварочные головки

Сварочной головкой называют механизм, подающий электрод, возбуждающий и  поддерживающий горение дуги, а также  прекращающий процесс сварки. Закрепляемая неподвижно сварочная головка называется подвесной. Если в конструкции сварочной головки предусмотрен механизм для ее перемещения вдоль изделия, головка называется самоходной. Головка может перемещаться по специальному пути или непосредственно по свариваемому изделию.

Примером простейшей головки с  постоянной скоростью подачи проволоки  может служить головка А-80 (рис. 2.).

Головка состоит из подающего механизма  с корректором 1, державки для электродной  проволоки 2 и механизма подъема  головки с маховиком 3.

Подающий механизм состоит из асинхронного двигателя мощностью   0.1 кВт., редуктора, приводного и холостого  роликов. Скорость подачи проволоки  устанавливается путем подбора  подающего ролика соответствующего диаметра. Специального механизма  правки проволоки головка не имеет.

Для поперечной корректировки электрода, производимой вручную, служит суппорт  с параллельными направляющими  и винтом, при вращении которого головка передвигается поперек  шва. Подъем им опускание головки  осуществляется подъемным винтом.

 

Рис. 2.  Сварочная головка А-80.

1 – корректор;  2 – державка  для электродной проволоки;

3 – маховик подъема.

 

4.2. Сварочные тракторы

Сварочными тракторами называются переносные дуговые сварочные аппараты, движущиеся на самоходной тележке во время сварки непосредственно по свариваемому изделию либо по направляющей линейке, укладываемой на изделие параллельно шву.

Так как тракторы представляют собой  мобильную аппаратуру для автоматической сварки, то к ним (особенно к перемещаемым по изделию) предъявляют требования компактности и минимальной массы.

Сварочный трактор ТС-17C предназначен для сварки и наплавки электродной  проволокой под флюсом изделий из малоуглеродистых сталей со ступенчатой  регулировкой скорости подачи электродной  проволоки и ступенчатой регулировкой скорости перемещения тележки.

    ТС-17C представляет собой  самоходное устройство, в котором  подача сварочной проволоки и  перемещение происходит автоматически. 

• Трактор производит сварку соединений встык с разделкой и без  разделки кромок, с копирами и без копиров, угловых швов, нахлесточных соединений, а так же сварку в «лодочку».

• Швы могут быть прямолинейными и кольцевыми. В процессе работы трактор передвигается по изделию  или по уложенной направляющей линейке.

• Надежность и простота конструкции.

• Отсутствие сварочного напряжения на корпусе автомата.

• Малый вес и габаритные размеры.

• Повышена стойкость наконечников за счет применения подающих роликов  с гладкой поверхностью.

• Наличие регулируемого копира для сварки тавровых швов и швов с разделкой кромок.

 

5. Механическое сварочное оборудование

Сварочные манипуляторы являются универсальным  высокотехнологическим сварочным  оборудованием, позволяющим решать широчайший спектр производственных задач. Оборудование оснащено новейшей системой ЧПУ, обеспечивающего высокоточную сварку швов сложной конфигурации. В настоящее время сварочные манипуляторы широко применяется для продольной и кольцевой сварки труб, сварки фланцев, изготовления котлов, резервуаров, металлоконструкций и деталей машиностроения, а также используется в судостроении и строительстве.

На манипуляторах возможно установить автоматические головки для сварки в среде углекислого газа, инертных газов или под слоем флюса. При этом сварочная головка манипулятора комплектуется интеллектуальной системой слежения за швом. Рациональная конструкция, высокая степень автоматизации и широчайший выбор навесного оборудования делают сварочные манипуляторы практически незаменимыми при решении огромного количества задач стоящих перед любым заводом.

Сварочные позиционеры - это вспомогательное  сварочное оборудование, которое  может быть использовано во время  автоматической или ручной сварки, например, при горизонтальной сварке труб, сварке концов труб, сварки валов  и бочек, и широко используется для производства резервуаров под давлением, в металлургии, энергетике, химической промышленности и др.

Стол сварочного позиционера для  крепления заготовки наклоняется  двигателем, что обеспечивает точность и надежность позиционирования в  оптимальное положение для сварки. За счет преобразователя частоты переменного тока, обеспечивается большой диапазон регулировки скорости вращения и высокая точность.

Сварочные позиционеры выпускаются  в различных модификациях, главные  отличия заключаются в скорости вращения, грузоподъемности, размерам, особенностям предназначения и другим параметрам.

Вращение при автоматической сварке кольцевых швов осуществляется со сварочной  скоростью, также оборудование может  быть использовано при наплавочных  работах. Помимо этого, сварочные вращатели применяются для поворота изделий с маршевой скоростью и установки их в положение, наиболее удобное для полуавтоматической и ручной сварки. Установка вращателей способствует повышению эргономичности процесса производства, многие модели снабжены пультом дистанционного управления, а грузоподъёмность устройств легко достигает требуемого уровня.