Установки для сварки неплавящимся электродом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Сибирский федеральный университет

Политехнический институт

Реферат

по дисциплине: Источники питания для сварки

на тему: Установки для сварки неплавящимся электродом

Введение

Неплавящиеся электроды - один из видов неметаллических сварочных электродов. К ним относят: вольфрамовые электроды, торированные, лантанированные, итрированные. Самыми популярными считаются вольфрамовые. Вольфрам - материал, который обладает высокой тугоплавкостью, как правило, температура его плавления достигает 4500 градусов.

Электрод может состоять полностью из вольфрама, а также содержать смеси. Поэтому, такие электроды очень износостойкие. Вольфрамовыми электродами можно осуществлять аргонодуговую сварку по любому металлу. Как правило, сварка происходит в защитном газе. Основные типы газа, используемые при сварке неплавящимися электродами: аргон, гелий, смеси, азот.

1. Установки для сварки неплавящимся электродом

Неплавящимся электродом можно сваривать вручную, полуавтоматически, когда механизирована подача присадочной проволоки, или автоматически, когда механизировано передвижение горелки и, при необходимости, подача присадочной проволоки.

Ручная сварка выполняется при помощи горелки, состоящей из электрода, закрепленного в токоподводящей цанге 1, сопла 2 для направления защитного газа и системы охлаждения (водяной или воздушной). Диаметр электрода выбирается в зависимости от величины сварочного тока.

При сварке с присадочной проволокой применяются шланговые полуавтоматы, в которых проволока подается по гибкому шлангу так же, как и в шланговых полуавтоматах для плавящегося электрода. В сварочную ванну проволока направляется наконечником, электрически изолированным от корпуса горелки (рис. 1). Скорость подачи присадочной проволоки выбирается в соответствии с ее диаметром и мощностью дуги. Так как направление движения проволоки параллельно поверхности увариваемой детали, то в выбранном режиме скорость сварки и скорость подачи проволоки должны быть равны. Оператор как бы опирается на конец подаваемой проволоки, контролируя скорость движения горелки.

Полуавтоматы такого типа не получили большого распространения из-за повышенного веса горелки и низкой ее маневренности. Часто сварщики предпочитают подавать присадочный металл вручную.

Автоматическая сварка неплавящимся электродом обычно сводится к перемещению сварочной горелки или изделия по заданной траектории и с заданной скоростью. Подача вольфрамового электрода вследствие незначительного расхода (порядка сотых долей грамма на 1 м шва), как правило, не механизируется.

На рис. 2 показана схема горелки для механизированной сварки. Вольфрамовый электрод 1 зажимается в токоподводящей цанге 9 при помощи гайки 4. Для подъема и опускания электрода служит маховичок 6, при вращении которого обойма 5, охлаждаемая проточной водой, передвигается в корпусе 7. Цанга 9 является сменной деталью, рассчитанной для электродов разных диаметров.

Инертный газ должен защищать от контакта с воздухом не только зону сварки, но и разогретый электрод 1. Поэтому газ подводится к штуцеру 3 и проходит по пространству между обоймой и корпусом.

Требования к конструкции сопел и к характеру истечения газа при сварке неплавящимся электродом те же, что и при сварке плавящимся электродом, однако отсутствие брызг позволяет широко применять керамические сопла и- газопроницаемые сеточные вкладыши, так называемые газовые линзы 8, представляющие собой набор металлических сеток (4-5 шт.) с числом отверстий порядка 200-250 на 1 см2. Газовая струя, проходя через набор сеток, «успокаивается» и выходит из сопла в виде равномерного плавного потока.

При сварке неплавящимся электродом качество шва в большой степени зависит от длины дуги (см. рис. 4). Для поддержания нужной длины дуги достаточно применения ручных корректоров или механических копирных устройств, аналогичных устройствам, применяемым при сварке плавящимся электродом. Если длина дуги должна поддерживаться с высокой точностью, применяются автоматические регуляторы.

На рис. 4 показана структурная схема регулятора, реагирующего на изменение напряжения дуги. Применяются также регуляторы, реагирующие на изменение интенсивности светового излучения дуги или на изменение расстояния между изделием и электромагнитным щупом. В первом случае напряжение в фотоэлементе пропорционально интенсивности излучения дуги и, следовательно, ее длины. Во втором случае датчик представляет собой электромагнит с незамкнутым магнитопроводом. Магнитный поток датчика замыкается через металл свариваемого изделия. Величина потока, естественно, зависит при этом от зазора между магнитопроводом и изделием.

Рис. 1. Горелка полуавтомата для сварки неплавящимся электродом с подачей присадочной проволоки

Автоматическая сварка с подачей присадочной проволоки требует применения головок, снабженных механизмами подачи. Такая головка (рис. 4) содержит, как правило, горелку 1, механизм 5 подачи проволоки с катушкой 3 и направляющий шланг 8 с наконечником 9. Условием надежной работы такой головки является точное направление проволоки в ванну и постоянство скорости подачи. Для этого служит система корректоров 6 и 7 положения наконечника 9 относительно горелки 1. Ролик 10 прижимает проволоку к свариваемым кромкам. Кроме перечисленных корректоров, аппарат снабжен механизмами для корректировки положения горелки с присадочной проволокой относительно других элементов автомата: 2 - поперек стыка, 4 - по вертикали и т. д.

Как уже указывалось, присадочная проволока изолирована от сварочной цепи. Она подается в сварочную ванну в холодном состоянии. Однако иногда по технологическим соображениям (например, для повышения производительности сварки или наплавки) проволока подвергается предварительному подогреву при помощи токов высокой частоты или путем пропускания через отрезок проволоки электрического тока.

Рис. 2. Схема горелки для механизированной сварки вольфрамовым электродом: 1 - электрод, 2 - зазор, 3 - штуцер, 4 - гайка колпачковая, 5 - обойма, 6 - маховичок, 7 - корпус горелки, S - сетка, 9 - цанга, 10 - сопло

Рис. 3. Схема автоматического регулятора длины дуги Iд при сварке неплавящимся электродом: Г - горелка, СУ - сравнивающее устройство, БУ - блок управления, ИМ - исполнительный механизм

Рис. 4. Головка для сварки неплавящимся электродом с подачей присадочной проволоки: 1 - горелка, 2 - поперечный корректор, 3 - катушка, 4- вертикальный корректор, 5 - механизм подачи, 6, 7- корректоры присадочной проволоки, 8-направляющий шланг, 9 - наконечник, 10 - прижимной ролик

Существует несколько типов подвесных и самоходных головок, а также тракторов для сварки неплавящимся электродом. На рис. 5 показан сварочный трактор АДСВ-2. Он предназначен для дуговой сварки в среде аргона (постоянным или переменным током) неплавящимся вольфрамовым электродом. Трактор снабжен механизмом подачи присадочной проволоки 2. Все механизмы трактора смонтированы на самоходной тележке 1, которая может передвигаться по изделию или по рельсовому пути, уложенному вдоль свариваемых кромок. Вследствие большого веса трактор используется, в основном, для движения по рельсу, т.е. в качестве самоходной головки. Скорость движения тележки (скорость сварки) может изменяться в пределах от 9 до 85 м/ч при помощи коробки скоростей и за счет изменения числа оборотов двигателя.

Рис. 5. Сварочный трактор АДСВ-2: 1 - самоходная тележка, 2 - механизм подачи, 3 наконечник, 4-горелка, 5 -штанга.

Механизм поворота сварочной головки состоит из стойки с горизонтальной штангой 5, выдвижение которой позволяет изменять расстояние от электрода до ходовой тележки. Кроме того, горизонтальная штанга вместе с головкой может поворачиваться на 360° вокруг своей оси и на 240° вокруг вертикальной оси стойки. Трактор имеет вертикальный и поперечный суппорты, позволяющие перемещать сварочную головку соответственно на 100 и 65 мм.

Сварочная головка состоит из горелки 4 с вольфрамовым электродом, механизма подачи присадочной проволоки и наконечника 3 для направления присадочной проволоки в зону дуги. Эти механизмы унифицированы с головкой, показанной на рис. 5. Скорость подачи присадочной проволоки может меняться в пределах 10-100 м/ч изменением числа оборотов двигателя, а также с помощью перестановки сменных шестерен.

Электрическая схема аппарата обеспечивает зажигание дуги пробоем дугового промежутка и заварку кратера при прекращении процесса сварки уменьшением сварочного тока.

Головки для сварки угольным электродом отличаются тем, что они снабжаются механизмами подачи электрода. Это вызывается значительным расходом электрода (порядка 1 мм/мин). Подача электрода может осуществляться вручную при помощи привода периодического действия или механизированным путем. Такая головка (рис.6) состоит из электродвигателя 6, червячного привода 5 с поводковой шпонкой 4, вращающей штангу 7. Штанга с цангой 2 для крепления электрода ввинчивается в гайку 3 корпуса и подает электрод в зону сварки. Горелки для сварки угольным электродом часто снабжаются скользящим токоподводом 1. Скорость и направление подачи электрода зависят от напряжения дуги.

При сварке неплавящимся электродом в защитном газе (рисунок 7) в зону дуги, горящей между неплавящимся электродом и изделием через сопло подаётся защитный газ, защищающий неплавящийся электрод и расплавленный основной металл от воздействия активных газов атмосферы. Теплотой дуги расплавляются кромки свариваемого изделия. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь, образует сварной шов.

Рис. 6. Схема головки для сварки угольным электродом: 1 -токоподвод, 2 - цанга, 3 -гайка, 4--шпонка, 5- червячный привод, 6 - электродвигатель, 7 - штанга

Рисунок 7. Схема сварки неплавящимся электродом

Неплавящийся электрод изготавливают из графита, вольфрама, меди, меди со вставкой из тугоплавкого металла - вольфрама, циркония, гафния.

Защитный газ должен быть инертен к металлу электрода и к свариваемому металлу. В качестве защитного газа при сварке вольфрамовым электродом применяют аргон, гелий, смесь аргона и гелия; для сварки меди медным электродом или медным электродом со вставкой из гафния (циркония) можно применить азот.

Для рационального расходования дорогостоящих инертных газов (Ar, He) при сварке сталей создают комбинированную защиту (рисунок 8).

Рисунок 8. Схема сварки неплавящимся электродом с комбинированной защитой.

При сварке металла большой толщины для обеспечения проплавления основного металла и получения требуемых геометрических параметров сварного шва, сварку ведут по зазору или с разделкой кромок с добавлением присадочного (чаще всего в виде проволоки) металла (рисунок 9).

Рисунок 9. Схема сварки неплавящимся электродом с присадкой.

Достоинства способа сварки неплавящимся электродом

Высокая устойчивость дуги независимо от рода (полярности) тока;

Возможно получение металла шва с долей участия основного металла от 0 до 100%;

Изменяя скорость подачи и угол наклона, профиль, марку присадочной проволоки можно регулировать химический состав металла шва и геометрические параметры сварного шва.

2. Источники питания для сварки неплавящимся электродом

неплавящийся электрод сварка полуавтоматический

Источники питания для сварки неплавящимся электродом подбирают с крутопадающей характеристикой, которая обеспечивает наибольшую стабильность процесса сварки. Кроме того, у источника должно быть достаточно высокое напряжение холостого хода, превышающее напряжение дуги в 4-6 раз. В посту для сварки переменным током применяют в качестве источника питания сварочные трансформаторы. Для получения более высокого напряжения холостого хода иногда соединяют последовательно два трансформатора их вторичными обмотками, однако при этом должны быть приняты дополнительные меры электробезопасности (установка ограничителя напряжения холостого хода и др.) Ранее выпускались специализированные установки, укомплектованные оборудованием общего типа УДАР300 и УДАР500 на токи 300 и 500 А. Они комплектовались серийно выпускаемыми трансформаторами, дросселями, шкафами управления, горелками с водяным охлаждением и газовыми баллонами с редукторами. Трансформатор имел две ступени регулирования сварочного тока; плавное регулирование в пределах каждой ступени достигалось реостатом. Дуга возбуждалась с помощью осциллятора; включение и выключение газа осуществлялось автоматически с помощью газового клапана. Осциллятор включался за 2-3 с до возбуждения дуги и выключался через 6-10 с после ее зажигания, которое производилось без касания электродом изделия. Для подавления постоянной составляющей тока в этих установках были применены батареи конденсаторов. Постоянная составляющая возникает в связи с большим различием величины напряжения и времени горения дуги на прямой и обратной полярности переменного тока. Когда катодом является электрод, вследствие его разогрева увеличивается эмиссия электронов, сопротивление дуги уменьшается и ток растет. Когда катодом становится изделие из легкоплавкого металла, свойства которого резко отличаются от металла электрода, эмиссия электронов уменьшается, сопротивление дуги растет и ток уменьшается. Это явление выпрямления переменного тока графически представлено на 8.2. Как видно из графика, ток в полупериоды при минусе на электроде растет, что при промышленной частоте 50 Гц практически происходит мгновенно, и разница между величиной тока прямой и обратной полярности становится постоянной составляющей тока, которая нарушает стабильность процесса сварки, увеличивает разбрызгивание и вредно влияет на магнитную систему сварочного трансформатора. Применение конденсаторов сглаживает разницу амплитуд прямой и обратной поляркости, однако батареи конденсаторов громоздки (масса 15 кг на 100 А тока), поэтому в новых установках они не применяются. В сборных установках для этой цели используют балластные реостаты, которые принимают на себя значительную часть постоянной составляющей. Однако балластные реостаты не полностью компенсируют постоянную составляющую тока, ухудшают стабильность дуги, приводят к бесполезной потере энергии и требуют подстройки при регулировании тока. Эти недостатки ограничили применение балластных реостатов только в сборных установках.

В качестве источников постоянного тока используются преобразователи и выпрямители с крутопадающей внешней характеристикой ПСУ5022, ВДУ305, ВДУ505 и др. Кроме того, используют многопостовые источники - выпрямители типа ВДМ, ВДУМ4Х401 с балластными реостатами, обеспечивающими падающую внешнюю характеристику на каждом посту. При зтом балластные реостаты следует ставить по 2 шт. на пост, соединяя последовательно. Это вызвано тем, что реостат РБ300 рассчитан на падение напряжения в 30 В, а при сварке неплавящимся электродом изза низкого напряжения дуги (12-16 В) напряжение на балластном реостате значительно превышает это значение.

Список литературы

1. Браткова О.Н. Источники питания сварочной дуги. М.: Высшая школа. 1982 182 с.

2. Милютин В.С., Коротков В.А. Источники питания для сварки. -Челябинск: Металлургия Урала, 1999. - 368 с.

3. В.А. Коротков. Источники питания для сварки. Нижний Тагил, 2003, 63с.

4. Ленивкин В.А. МилютинB.C., Петров П.И., Евченко В.М. Источники питания для сварки. Часть И. Источники постоянного тока: Учеб пособие. Ростов-на-Дону: Издательский центр ДГТУЛ994 115 с.

Размещено на Allbest.ru