Некоторые аспекты технологии обработки металлов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства РФ

ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный

сельскохозяйственный институт»

Кафедра технологии металлов и ремонта машин

Контрольная работа

По дисциплине «Материаловедение и технология конструкционных материалов»

Выполнил:

Студент гр. ИМ13-1 з

Лагойский С.В.

Проверил:

Санкина О.В.

Кемерово 2015

Содержание

1. Опишите особенности технологии изготовления отливок деталей из силуминов и область их применения

2. Какие факторы влияют на продолжительность нагрева заготовок в камерной нагревательной печи? Рассчитайте продолжительность нагрева заготовок из стали БСт.3 диаметром 60 мм под свободную ковку. Заготовки расположены в один ряд на расстоянии полудиаметра друг от друга

3. Приведите упрощенную электрическую схему трехфазного сварочного выпрямителя, вольт-амперные характеристики. Опишите их работу, преимущества недостатки. Применение технологии сварки постоянным током

Список литературы

1. Опишите особенности технологии изготовления отливок деталей из силуминов и область их применения

Литейные алюминиевые сплавы имеют ряд особенностей: повышенную жидкотекучесть, обеспечивающую получение тонкостенных и сложных по конфигурации отливок; сравнительно невысокую линейную усадку; пониженную склонность к образованию горячих трещин. Кроме того, алюминиевые сплавы обладают высокой склонностью к окислению, насыщению водородом, что приводит к таким видам брака отливок, как газовая пористость, шлаковые включения и оксидные включения. Поэтому при разработке технологии плавки и изготовлении фасонных отливок любым из способов литья необходимо учитывать особенности отдельных групп алюминиевых сплавов. Наибольшее распространение в промышленности имеют сплавы А1--Si, Al--Si--Mg (АК12, АК9ч, АК9пч, АК7ч, АК7пч, АК8л, АК9, АК7), которые отличаются хорошими технологическими свойствами.

Достоинством сплавов на основе системы Al--Si является повышенная коррозионная стойкость во влажной и морской атмосферах (АК12, АК9ч и АК7ч). Недостатки этих сплавов -- повышенная газовая пористость и пониженная жаропрочность. Технология литья этих сплавов более сложная и требует применения операций модифицирования и кристаллизации под давлением в автоклавах. Особенно это относится к сплаву АК9ч. Из сплава АК12 (эвтектический) изготовляют малонагруженные детали (приборов, агрегатов и двигателей, бытовых изделий) литьем в песчаные формы, кокиль, под давлением, в оболочковые формы и по выплавляемым моделям. Получаемые отливки плотны, герметичны, имеют концентрированную усадочную раковину. Доэвтектические силумины (АК9ч, АК7ч, АК7пч, АК8л) несколько уступают по технологическим свойствам эвтектическому сплаву АК12, но имеют более высокие механические свойства за счет образования соединения Mg2Si, которое влияет на прочность сплава. Применяются сплавы в закаленном и искусственно состаренном состояниях. Пониженное содержание кремния позволяет использовать сплавы без модифицирования в тех случаях, когда необходимы повышенные скорости охлаждения -- литье под давлением и в кокиль. При литье в песчаные формы и по выплавляемым моделям силумины модифицируют. Сплавы АК7 и АК9 отличаются от сплавов АК9ч и АК7ч повышенным содержанием примесей, но меньшей пластичностью. Поэтому их не рекомендуют для деталей, работающих в условиях повышенных вибраций.

Применяют сплавы АК9ч, АК7ч, АК9, АК7 для наиболее ответственных отливок, сложных и крупногабаритных деталей, работающих при больших нагрузках (картер двигателя внутреннего сгорания), для литья мало и средненагруженных деталей приборов, агрегатов и двигателей, а также для бытовых изделий. Сплавы склонны к взаимодействию с газами и образованию газовой пористости. Герметичные крупногабаритные отливки получают в автоклавах при избыточном давлении или применяют комбинированное рафинирование (фильтрацию, вакуумирование). Сплавы АК7пч, АК9пч упрочняются за счет добавок Fe, Mg, Ti и Be. Сплав АК8л обладает хорошими литейными свойствами, его прочность превосходит прочность других силуминов. Полученные из этого сплава отливки высокогерметичны. Сплав АК8л предназначен для литья сложных по конфигурации корпусных деталей, работающих под высоким давлением (до 45 МПа) и температуре не выше 200 °С.

Сплавы на основе системы Al--Si-- Сu (АК5М2, АК5М, АК5Мч, АК5М7, АК6М2, АК8м) содержат кроме кремния и меди магний. Эти сплавы отличаются высокой жаропрочностью (рабочие температуры 250--275 °С), но уступают сплавам А1--Si и Al--Si--Mg по литейным свойствам, коррозионной стойкости и герметичности; не требуют модифицирования и кристаллизации под давлением. Сплав АК5м и АК5Мч обладает более высокой жаропрочностью, чем сплавы АК9пч и А7пч, за счет легирования структуры медью, а сплава АК5Мч-- титаном (до 0,15 %). Сплав АК5М в термически обработанном состоянии применяют для литья средненагруженных корпусных деталей, работающих при повышенных температурах и давлениях до 23 МПа, а также при температурах до 250 °С (например, головки цилиндров двигателей воздушного охлаждения, детали агрегатов и т. д.). Сплав АК5М7, обладающий более гетерогенной структурой, чем сплавы и АК5М, изготовляют из вторичных отходов. Химический состав сплава варьируется в широких пределах, поэтому его физико-химические свойства нестабильны. Применяют для литья поршней. Литейные свойства и жаропрочность сплава АК5М7 значительно ниже, чем у поршневых сплавов АК12М2МгН, АК12ММгН и др. Сплавы АК5М2, АК7М2 легируют различными элементами; свойства близки к свойствам сплава АК5М7, применяют для малонагруженных деталей. Сплав АК8М по свойствам аналогичен сплаву АК9ч, но имеет жаропрочность ниже; применяют при литье под давлением.

Прочность сплавов на основе системы Al--Mg (АМг10, АМг10ч, АМг5К, АМг11, АМг6л, АМг6лч, АМ5Мц) с увеличением концентрации магния до 13 % возрастает, но пластичность начинает снижаться при содержании более 11 % Mg; основной упрочняющей фазой является химическое соединение р (Al3Mg2). Для литейных сплавов используют сплавы с содержанием Mg, %: 4,5--7 -- сплавы средней прочности, применяемые без термической обработки (АМг5к, АМг6л); 9,5--13 -- сплавы повышенной прочности, применяемые в закаленном состоянии (АМг10, АМг11). Для улучшения технологических свойств в большинство сплавов вводят до 0,15--0,2 % титана и циркония. Образующиеся на их основе интерметаллиды TiAl3 и ZrAl3 более тугоплавкие, чем основа сплава, и являются модификаторами первого рода. Механические свойства повышаются на 20--30 %. Сплавы системы Al--Mg обладают повышенной склонностью к взаимодействию с газами и к образованию газовой и газоусадочной пористости, а при взаимодействии с азотом и парами воды образуются неметаллические включения и оксидные плены. Плавку сплавов следует проводить под слоем флюса, а если в их состав входит Be, -- без флюса. Сплавы АМг10 применяют только в закаленном состоянии. Особенностью сплавов АМг10, АМг10ч является повышенная чувствительность к естественному старению. Поэтому литые детали из этих сплавов можно применять для рабочих температур --60 °С -+80 °С. Детали из сплавов АМг10 применяют в судостроении (в условиях высокой влажности), в летательных аппаратах, где важно значение удельной прочности. Сплавы АМг6л, Амг6лч и АМг5Мц, не содержащие Si, применяют без термической обработки. Механические свойства этих сплавов невысоки, пластичность низкая. Их рекомендуется применять для литья в кокиль и песчаные формы средненагруженных деталей, работающих в коррозионных средах. Сплавы АМг6л и АМг6лч применяются в литом состоянии без термической обработки и в закаленном состоянии. Сплавы АМг6л и АМг6лч в литом состоянии предназначены для изготовления деталей, несущих средние статические и небольшие ударные нагрузки, а в термически обработанном состоянии сплав Амг6лч применяют для изготовления деталей, работающих при средних статических и ударных нагрузках. Сплав АМг5Мц применяют в литом состоянии для изготовления арматуры трубопроводов пресной воды, масляных и топливных систем, а также для деталей судовых механизмов и оборудования. Сплавы АМг5Ки АМг11, содержащие 0,8--1,3 % Si, имеют более высокие литейные свойства, так как кремний увеличивает количество эвтектики, в результате чего: повышается жидко- текучесть и плотность отливок, снижается их склонность к образованию горячих трещин. Рекомендуется применять эти сплавы для литья в кокиль, песчаные формы и, особенно, под давлением. Из сплава АМг5К изготовляют детали морских судов, а также детали, работающие при 180--200 °С (например, головки двигателей воздушного охлаждения).

Эвтектические специальные силумины (АК12ММгН, АК12М2МгН), обладая хорошими литейными свойствами, отличаются более высокой жаропрочностью, так как содержат 0,8--1,3 % Ni, образующего сложные фазы в виде жесткого каркаса; добавка титана улучшает технологические свойства. Сплавы имеют малую склонность к объемным изменениям в процессе эксплуатации при повышенных температурах; применяются для изготовления поршней; в этом случае отливки используют без закалки. Для снятия внутренних напряжений поршни термически обрабатывают.

Заэвтектический силумин АК21М2Н2,5 имеет хорошую жидкотекучесть, твердость и износостойкость. Структура сплава состоит из первичных кристаллов кремния и эвтектики. Добавки никеля и хрома обеспечивают высокую жаропрочность до 300--320 °С. Применяют сплав для литья поршней и других ответственных деталей, работающих при повышенных температурах.

Цинковый силумин АК7Ц9, содержащий 7--12 % Zn, который хорошо растворим в твердом алюминии, создает растворное упрочнение, что позволяет использовать сплав в литом состоянии (без термической обработки). Сплав АК7Ц9 обладает хорошими технологическими свойствами, способностью сохранять прочность, твердость и сопротивление действию знакопеременных нагрузок после кратковременных и длительных нагревов до температур 300--500 °С. Применяют сплав для литых деталей в моторостроении и других отраслях промышленности. Сплав АК7Ц9 используют при литье в песчано-глинистые формы, кокиль и под давлением. Имеет пониженную коррозионную стойкость и сравнительно высокую плотность.

2. Какие факторы влияют на продолжительность нагрева заготовок в камерной нагревательной печи? Рассчитайте продолжительность нагрева заготовок из стали БСт.3 диаметром 60 мм под свободную ковку. Заготовки расположены в один ряд на расстоянии полудиаметра друг от друга

В процессе нагрева металла необходимо обеспечить достижение температуры начала ковки, равномерный прогрев заготовок, мини­мальное обезуглероживание и окисление поверхности, сохранение целостности заготовки. отливка заготовка камерный печь

Качество нагрева заготовок определяется режимом нагрева, ха­рактеризуемым рядом факторов, таких, как температура в нагрева­тельной печи во время загрузки заготовок, скорость нагрева, тем­пература металла перед ковкой и время выдержки при этой темпе­ратуре, продолжительность нагрева.

Температура печи в момент загрузки холодных заготовок за­висит от марки стали, размеров поперечного сечения и формы за­готовок. Заготовки с диаметром поперечного сечения или стороной квадрата менее 100 мм из углеродистых конструкционных сталей обычно сажают в печь с температурой в рабочей камере 1200 -- 1300° С холодными. Нагрев высокоуглеродистых и высоколегиро­ванных сталей производят по ступенчатому режиму. Эти стали обладают низкой теплопроводностью и при высокой скорости нагрева в них могут образоваться трещины. Наиболее вероятно образова­ние трещин в таких сталях при нагреве до температуры 500-- 700° С, так как при высокой скорости нагрева и низкой теплопро­водности наружные слои металла имеют более высокую температу­ру, чем внутренние. В результате наружные слои оказываются сжатыми, а внутренние -- растянутыми. Возникшие термические напряжения при еще недостаточной пластичности металла приво­дят к образованию трещин. Чтобы на заготовках из высокоуглеро­дистых и легированных сталей не образовывались трещины, их за­гружают в печь с температурой рабочего пространства не выше 500° С и выдерживают при этой температуре определенное время, которое зависит от размера поперечного сечения и формы заготов­ки. После прогрева заготовки по всему объему проводят дальней­ший нагрев до ковочной температуры.

Скорость нагрева заготовок представляет собой величину воз­растания температуры металла заготовки в единицу времени. На величину скорости нагрева оказывают влияние теплопроводность и теплоемкость стали, сечение и форма заготовки, расположение за­готовок на поду печи и разность температур печи и заготовки.

Нагрев заготовок происходит излучением и конвекцией. При излучении передача тепловой энергии заготовке происходит по­средством электромагнитных волн от продуктов горения топлива и внутренней поверхности рабочей камеры печи. При конвекции передача теплоты происходит частицами нагретого газа. В пламен­ных печах нагрев заготовок начинается с их поверхности путем проникновения теплоты внутрь заготовки, которое в свою очередь зависит от теплопроводности металла. Поэтому при прочих равных условиях скорость нагрева заготовки тем выше, чем выше тепло­проводность металла.

Чистые металлы имеют более высокую теплопроводность, чем сплавы. Высокоуглеродистая сталь почти в 1,5 раза менее тепло­проводна, чем низкоуглеродистая.

Чем меньше теплоемкость металла, тем меньше требуется теп­лоты для нагрева его до заданной температуры. Скорость нагрева заготовки, изготовленной из металла с меньшей теплоемкостью, выше по сравнению со скоростью нагрева заготовки из металла с большей теплоемкостью.

Форма заготовок оказывает влияние на скорость нагрева, так как при равных объемах заготовки различной формы имеют раз­личную площадь поверхности, через которую заготовке передается теплота. Например, при равных объемах заготовка круглого сечения нагревается быстрее, чем прямоугольного или квадратного.

Скорость нагрева зависит от расположения заготовок на поду печи. Так, если заготовка прямоугольного сечения расположена од­на на поду печи, то теплота воспринимается всей поверхностью за­готовки; если заготовки уложены плотно одна к другой, то поверх­ность каждой отдельной заготовки, воспринимающая теплоту, уменьшается, и скорость нагрева снижается. Влияние расположения заготовок на поду печи на скорость нагрева учитывают с помощью поправочных коэффициентов, значения которых указаны на рис. 12.

Скорость нагрева металла также зависит от разности темпера­тур печи и заготовки. Чем выше разность температур или так назы­ваемый температурный напор, тем быстрее при прочих равных ус­ловиях нагревается заготовка.

Нагрев металла необходимо проводить с наибольшей скоростью. При этом происходит меньший рост зерна, снижаются потери ме­талла в окалину и выгорание углерода на поверхности стальных заготовок, уменьшается глубина обезуглероженного слоя.

Однако в связи с возникновением при нагреве термических на­пряжений скорость нагрева металла необходимо ограничивать определенной допустимой скоростью, превышение которой приводит к образованию трещин в нагреваемой заготовке. Допустимая ско­рость нагрева зависит от пластичности и теплопроводности метал­ла, размеров сечения, структуры металла заготовки и других фак­торов.

Продолжительность, нагрева т (ч) холодных слитков и заготовок диаметром или стороной квадрата по 300--350 мм в методических и полуметодических печах можно определить по формуле

т = Kdч,

где d -- диаметр или сторона квадрата заготовки или слитка, см; К -- поправочный коэффициент, учитывающий влияние со

става стали и других факторов; для углеродистых сталей К = = 0,10-0,15; для легированных конструкционных К = 0,15--0,20, для высоколегированных конструкционных К = 0,20--0,30, для высоколегированных и инструментальных сталей К = 0,30-0,40.

Продолжительность нагрева холодных слитков и заготовок диаметром от 100 до 300 мм в камерных печах со стационарным подом определяют по формуле

где d -- диаметр или толщина слитка (заготовки), м; а -- коэффициент, равный 12,5 для углеродистой и низколегированной сталей и 30 для высоколегированной стали; К -- коэффициент, учитывающий характер расположения (укладки) заготовок на поду печи, форму поперечного сечения заготовки и т. д., значения которого колеблются от 1 до 3.

На заводах для определения продолжительности нагрева слитков и заготовок часто пользуются данными различных нормативов и справочных таблиц.

При нагреве металла в печах открытого пламени, т. е. когда он непосредственно контактирует с печной атмосферой, происходят его окисление (угар), обезуглероживание и обезлегирование. Атмосфера применяемых в кузнечно-штамповочных цехах нагревательных печей обычно окислительная, так как в них топливо сжигается с избытком воздуха. Поэтому потери металла на угар велики и составляют при нагреве мелких заготовок 1,5-- 2,5% от массы нагреваемого металла, а при нагреве слитков 3%. При повторном нагреве слитков угар дополнительно составляет 1,5%.

Вред угара не исчерпывается только потерей металла с окалиной. При ковке и штамповке окалина вдавливается и заштамповывается в поковку, снижает качество и увеличивает брак, ускоряет изнашивание кузнечного инструмента и штампов, требует увеличения припусков на механическую обработку, повышает время и затраты на дополнительную обработку и снижает коэффициент использования металла.

Значение поверхностного угара а (г/см2) поверхности в зависимости от температуры (600--1150 °С) и времени для средне-углеродистой стали можно определить по следующей формуле:

где т -- время, мин; t -- температура, К.

Одновременно с окалинообразованием происходит обезуглероживание и обеднение легирующими элементами поверхностного слоя нагреваемых заготовок; в отдельных случаях глубина обезуглероживания достигает 2 мм. Обезуглероживание и обезлегирование снижают качество металла поковок, уменьшают предел прочности и способствуют образованию трещин в деталях машин, работающих в условиях знакопеременных нагрузок, уменьшают стойкость инструмента и коэффициент использования металла.

Для снижения или полной ликвидации окалинообразования, обезуглероживания и обезлегирования при нагреве крупных и мелких заготовок применяют различные способы нагрева и конструкции нагревательных установок. Наиболее прогрессивными энерго- и металлосберегающими способами нагрева металла, которые следует рекомендовать для внедрения в производство, являются: скоростной нагрев, при котором нагрев мелких заготовок под штамповку производится со скоростью 5--10 мм/мин; безокислительный нагрев, при котором а не больше 0,5 и угар металла не превышает 0,25%; малоокислительный при а = 0,5-0,7 и угар металла 0,25--0,7%; нагрев металла в специальных контролируемых атмосферах;нагрев в расплавленных солях или расплавленном стекле; нагрев заготовок с применением защитных обмазок.

Чтобы уменьшить время нагрева заготовок в пламенных печах и повысить производительность труда в кузнечно-штамповочных цехах, необходимо интенсифицировать процессы нагрева. Один из надежных и гарантированных способов скоростного и экономичного нагрева металла и повышения энергетического КПД печей -- подогрев поступающего в печь воздуха и применение рациональной конструкции горелок.

Для подогрева воздуха, идущего на горение, за счет утилизации тепла отходящих из печи газов ВНИПИ «Теплопроект» разработаны и внедрены в 1980--1984 гг. в производство радиационные щелевые с двойной циркуляцией воздуха, конвективные петлевые многосекционные, конвективные кожухотрубные и комбинированные радиационно-конвективные рекуператоры, обеспечивающие подогрев воздуха на 250--600 °С. Рекуператоры внедрены на Куйбышевском металлургическом заводе имени В. И. Ленина, в ПО «Ленинградский завод турбинных лопаток» им. 50-летия СССР (ЛЗТЛ), ПО «Электростальтяжмаш», Ровенском заводе высоковольтной аппаратуры им. 50-летия Советской Украины и других заводах. Всего внедрено 46 рекуператоров различных типов на 11 заводах страны. Экономия топлива при использовании в нагревательных печах разработанных конструкций рекуператоров составляет 15--35%, а суммарный экономический эффект от внедрения 2179 тыс. руб. в год.

Интенсификация нагрева заготовок в кузнечно-штамповочном производстве достигается и за счет использования косвенного радиационного нагрева (КРН) с применением плоскопламенных горелок. Печи КРН с плоскопламенными горелками по сравнению с традиционными печами позволяют снизить удельный расход топлива на 10--20%, обеспечить высокую равномерность нагрева металла и сократить его угар на 30--50%.

Специалистами ПО «Кировский завод» разработана и внедрена в производство малоокислительная полуметодическая автоматизированная нагревательная печь для нагрева под ковку слитков массой 2,5 т, обеспечивающая высокую удельную производительность (300 кг/ч), малый удельный расход тепла (1000 ккал/кг)

и низкий угар металла (до 1%). На ЛЗТЛ внедрена технология малоокислительного нагрева фасонных заготовок в проходных газовых механизированных печах форкамерно-факельного нагрева для точной штамповки поковок турбинных лопаток из коррозионностойких сталей марок 12Х13-Ш, 20Х13-Ш, 15Х11МФ-Ш и др. Форкамерно-факельный малоокислительный нагрев заготовок обеспечил следующий уровень критериев качества поверхности поковки: толщина окалины 0,027 мкм, глубина обезуглероженного слоя 0,046 мм, глубина слоя с измененным составом легирующих элементов 0,04 мм, шероховатость Ra = 12,5 мкм.

Чтобы внедрить металлосберегающие технологии точной штамповки, надо применить безокислительный нагрев с лимитированной толщиной окалины. Для внедрения технологии многополосной точной штамповки с высоким качеством поверхности на Уралмашзаводе создана и внедрена в производство экономичная камерная газовая печь безокислительного нагрева с рекуператором трубчатого типа для нагрева стальных заготовок. Для эффективного безокислительного нагрева используют печи с двухстадийным сжиганием топлива, в которых на первой стадии природный газ сжигается с а = 0,5 и продукты неполного сгорания играют роль защитной атмосферы, а на второй стадии продукты неполного сгорания используются только для нагрева заготовок.

К наиболее эффективным металло- и энергосберегающим методам нагрева заготовок под ковку, штамповку и термообработку следует отнести электронагрев. Наиболее он распространен на заводах автотракторной промышленности, где 35--40% от общего количества нагреваемого металла подвергается электронагреву. Кроме экономии металла и снижения окалинообразования электронагрев позволяет из-за отсутствия окалины увеличить срок службы штампов в 2--2,5 раза.

Для нагрева заготовок применяют печи сопротивления, индукционные и контактные нагревательные устройства, нагрев в соляных ваннах, в электролите и т. д. Электропечи сопротивления широко используют для нагрева любых по форме и размерам заготовок из сталей, сплавов и цветных металлов, когда требуется обеспечить в рабочей камере печи высокую точность регулирования температуры и равномерность нагрева заготовок. Электроконтактный нагрев рекомендуется применять для нагрева длинномерных заготовок при l > 1,5d2, где l -- длина заготовки, d -- диаметр заготовки. Этим методом можно нагревать прутки диаметром до 100 мм. Индукционный нагрев по сравнению с нагревом в обычных газовых печах повышает скорость нагрева в 10-- 15 раз, уменьшает окалинообразование в 5--6 раз, улучшает условия труда, увеличивает производительность в 4--5 раз, повышает мобильность производства. Нагрев в соляных ваннах и нагрев в электролите наиболее рационально использовать при производстве поковок из инструментальных сталей и жаропрочных сталей и сплавов при единичном, мелко- и среднесерийном производстве.

3. Приведите упрощенную электрическую схему трехфазного сварочного выпрямителя, вольт-амперные характеристики. Опишите их работу, преимущества недостатки. Применение технологии сварки постоянным током

Сварочный выпрямитель - это аппарат, преобразующий переменный ток сети в постоянный ток для сварки.

Рисунок 1. Устройство сварочного выпрямителя (с трансформатором с подвижными обмотками)

Сварочный выпрямитель для дуговой сварки, как правило, состоит из силового трансформатора, выпрямительного блока, пускорегулирующей, измерительной и защитной аппаратуры.

Рисунок 2. Типовая функциональная блок-схема выпрямителя для сварки плавящимся электродом.

Силовой трансформатор преобразует энергию силовой сети в энергию, необходимую для сварки, а также согласует значения напряжений сети с выходным напряжением. В однопостовых выпрямителях используют преимущественно трехфазные трансформаторы, поскольку однофазные одно- и двухполупериодные схемы выпрямления приводят к существенным пульсациям выходного напряжения, которые ухудшают качество сварных соединений.

Регуляторы тока (или регуляторы напряжения) используются для формирования жесткой или падающей внешней характеристики. Они позволяют установить режим сварки и соответствующее значение сварочного тока.

Выпрямительный блок в основном собирают по трехфазной мостовой схеме, реже - по однофазной мостовой двухполупериодного выпрямления. При трехфазной мостовой схеме обеспечивается более равномерная загрузка трехфазной силовой сети и достигаются высокие технико-экономические показатели. В качестве полупроводников применяются селеновые или кремниевые вентили.

Виды сварочных выпрямителей

В зависимости от конструкции силовой части сварочные выпрямители подразделяют на следующие виды:

· регулируемые трансформатором;

· с дросселем насыщения;

· тиристорные;

· с транзисторным регулятором;

· инверторные.

Сварочные выпрямители также классифицируют по типу формируемых вольт-амперных характеристик.

При механизированной сварке под флюсом или в защитном газе в сварочных аппаратах с саморегулированием дуги используют однопостовые выпрямители с жесткими внешними характеристиками. Обычно в таких выпрямителях применяется трансформатор с нормальным магнитным рассеянием. Возможные способы регулирования сварочного напряжения:

витковое регулирование - в сварочном выпрямителе с трансформатором с секционированными обмотками;

магнитное регулирование - в выпрямителе с трансформатором с магнитной коммутацией или дросселем насыщения;

фазовое регулирование - в тиристорном выпрямителе;

импульсное регулирование - широтное, частотное и амплитудное регулирование в выпрямителе с транзисторным регулятором и инверторном выпрямителе.

Наиболее известные выпрямители с жесткими (естественно пологопадающими) внешними характеристиками для механизированной дуговой сварки:

серий ВС (ВС-200, ВС-300, ВС-400, ВС-500, ВС-600, ВС-632), ВДГ (ВДГ-301, ВДГ-302, ВДГ-303, ВДГ-603) и ВСЖ (ВСЖ-303);

а также сварочные выпрямители ВС-1000 и ВС-1000-2 для механизированной сварки в аргоне, гелии, углекислом газе, под флюсом.

При ручной дуговой сварке применяют выпрямители с падающими внешними характеристиками. В конструкциях российских аппаратов используют следующие способы формирования характеристик:

повышение сопротивления трансформатора - в сварочном выпрямителе с трансформатором с подвижными обмотками, с магнитным шунтом либо с разнесенными обмотками;

применение обратной связи по току - в тиристорном, транзисторном или инверторном выпрямителях.

Наиболее распространенные выпрямители для ручной дуговой сварки: серии ВД (ВД-101, ВД-102, ВД-201, ВД-301, ВД-302, ВД-303, ВД-306, ВД-401), типов ВСС-120-4, ВСС-300-3, а также аппараты ВД-502 и ВКС-500, предназначенные для автоматической сварки под флюсом.

Весьма популярны и универсальные сварочные выпрямители, формирующие как падающие, так и жесткие характеристики. Наиболее известные типы:

серии ВСК (ВСК-150, ВСК-300, ВСК-500) для ручной дуговой сварки покрытыми электродами, полуавтоматической и автоматической сварки в защитных газах;

серий ВСУ (ВСУ-300, ВСУ-500) и ВДУ (ВДУ-504, ВДУ-305, ВДУ-1201, ВДУ-1601) для ручной сварки покрытыми электродами, механизированной сварки плавящейся электродной проволокой под флюсом, в защитных газах, порошковой проволокой.

Сварочные выпрямители с крутопадающими характеристиками и регулируемые трансформатором

Силовая часть выпрямителя состоит из трансформатора и выпрямительного блока с силовыми диодами.

Рисунок 3. Функциональная блок-схема сварочного выпрямителя с крутопадающими характеристиками, регулируемого трансформатором.

В таких выпрямителях обычно используются трехфазные трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием - с подвижными обмотками или магнитными шунтами.

Рисунок 4. Трехфазные трансформаторы с подвижными обмотками и магнитными шунтами.

Режимы сварки регулируются комбинированно: ступенчато за счет переключения обмоток трансформатора со «звезды» на «треугольник» и плавно, например, в результате изменения зазора между обмотками трансформатора.

Рисунок 5. Упрощенные схемы соединения обмоток трансформатора в сварочном выпрямителе - в «звезду» и в «треугольник»

Рисунок 6. Вольт-амперные характеристики сварочных выпрямителей типа ВД.

Сварочные выпрямители с жесткими характеристиками и регулируемые трансформатором

Силовая часть выпрямителя состоит из трансформатора, выпрямительного блока и сглаживающего дросселя.

Рисунок 7. Функциональная блок-схема сварочного выпрямителя типа ВС.

За счет дросселя снижается скорость увеличения сварочного тока и его пиковое значение при возбуждении дуги, а также уменьшается разбрызгивание расплавленного металла при сварке плавящимся электродом (проволокой).

В сварочных выпрямителях типа ВС используется ступенчатое регулирование напряжения - переключением числа витков обмоток.

В выпрямителях типа ВСЖ (ВСЖ-303) применяется плавно-ступенчатое регулирование. Плавное регулирование режима сварки осуществляется с помощью трансформатора с магнитной коммутацией (см. рисунок ниже).

Рисунок 8. Функциональная блок-схема сварочного выпрямителя с трансформатором с магнитной коммутацией и схема конструкции трансформатора в выпрямителе типа ВСЖ-303.

Сварочные выпрямители с дросселем насыщения

Дроссель насыщения применяется в конструкциях выпрямителей, формирующих как падающие, так и жесткие характеристики.

Типичным представителем выпрямителей с дросселем насыщения и крутопадающими внешними характеристиками является сварочный выпрямитель ВД-502.

Рисунок 9. Функциональная блок-схема сварочного выпрямителя ВД-502

В нем используются силовой трехфазный трансформатор с нормальным магнитным рассеянием, несимметричный дроссель насыщения, выполненный на трех отдельных сердечниках с одной обмоткой управления, и выпрямительный блок с трехфазной мостовой схемой. Режим работы выпрямителя настраивается за счет изменения индуктивности дросселя насыщения.

Типичный представитель выпрямителей с дросселем насыщения и жесткими внешними характеристиками - сварочный выпрямитель ВДГ-302.

Рисунок 10. Функциональная блок-схема сварочного выпрямителя ВДГ-302

В нем используется плавно-ступенчатое регулирование вольт-амперных характеристик. Ступенчатое регулирование осуществляется за счет изменения коэффициента трансформации силового трехфазного трансформатора с нормальным магнитным рассеянием. С помощью пакетно-кулачкового переключателя первичные обмотки трансформатора устанавливаются на три рабочих положения.

Рисунок 11. Регулирование вольт-амперных характеристик в сварочном выпрямителе ВДГ-302

Плавное регулирование в пределах каждой ступени выполняется трехфазным симметричным дросселем насыщения, выполненным на шести попарно объединенных ленточных сердечниках. Первая ступень регулирования напряжения соответствует соединению фаз первичной обмотки «треугольником» с применением отводов, вторая ступень регулирования - соединению фаз обмоток «треугольником» без отводов, третья ступень регулирования - соединению фаз обмоток с применением отводов «звездой».

Выпрямительный блок имеет трехфазную мостовую схему с неуправляемыми вентилями.

Обмотка управления дросселя насыщения питается через стабилизатор и выпрямительный блок 1. Обмотка смещения дросселя насыщения питается от вторичных обмоток трансформатора через выпрямительный блок 2.

Список литературы

1. Оськин, В.А., Евсиков, В.В. Материаловедение. Технология конструкционных материалов [Текст] / В.А. Оськин, В.В. Евсиков. - М. : КолосС, 2007. - 448 с.

2. Материаловедение и технология металлов: Учеб. для студентов машиностроит. спец. вузов [Текст] / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.; Под ред. Г.П. Фетисова. - М.: Высшая школа, 2005. - 862 с.

3. Дегтярев, М.Г. Материаловедение. Технология конструкционных материалов [Текст] / М.Г. Дегтярев. - М. : Колос, 2007. - 360 с.

4. Виноградов, В.М. Основы сварочного производства: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений [Текст] / В.М. Виноградов, А.А. Черепахин, Н.Ф. Шпунькин. - М. : Издательский центр «Академия», 2008. - 272 с.

Размещено на Allbest.ru