Сварочные аппараты ВИГ

Сварочные аппараты ВИГ состоят из источника тока и устройства управления. 

Устройство управления

Устройство управления включает, регулирует и сохраняет постоянный сварочный ток. Кроме того, оно имеет дополнительные функции, которые делают возможной сварку или облегчают еe.

При выключении в конце сварочного шва у современных аппаратов может временно снижаться ток для заполнения точки (спад тока). Также ток может ступенчато повышаться в начале сварки (нарастание тока). Эти функции можно запустить в 2-х- или 4-х- тактном режиме c пульта управления горелки. 

У современных аппаратов настроенное время спада и нарастания остаeтся постоянным, независимо от настроенной величины тока. Можно также настроить время подачи защитного газа до и после сварки.

В устройство управления встроен узел зажигания. Дуга ВИГ может зажигаться контактом между электродом и изделием, однако при этом существует опасность повреждения конца электрода, после чего дуга будет гореть неспокойно. Кроме того, в сварочный шов может перенестись вольфрам, который из-за высокой точки плавления не расплавится и останeтся в шве инородным телом. Поэтому при применении простых аппаратов, не имеющих устройств для бесконтактного зажигания, зажигание производится за пределами шва на заходной планке или на лежащем рядом медном листе.

Существуют разные способы выполнить зажигание без повреждения электрода. При зажигании импульсами высокого напряжения, которое иногда ещe называют высокочастотным зажиганием, между электродом и изделием прикладывается переменное напряжение величиной в несколько тысяч вольт (например, 6-8 кВ). С пульта управления горелки можно задать, чтобы очень короткие импульсы напряжения (например, 0,5-1μс) в форме искрового промежутка переходили от электрода к изделию с частотой 100 Гц при сварке постоянным током, при переменном токе – с частотой 50 Гц, а при использовании современных аппаратов – с настроенной частотой сварочного тока. Искровой промежуток можно слышать и видеть. Он ионизирует молекулы газа в пространстве между электродом и изделием, и при приближении конца электрода на несколько миллиметров к месту зажигания дуга бесконтактно зажигается. Эмпирическое правило гласит, что зажигание возможно на расстоянии в 1 мм на каждые 1000 В напряжения зажигания. Во избежание неумышленного контакта между электродом и изделием лучше всего установить горелку наискось на край газового сопла и, выравнивая горелку, приближать конец электрода, пока не загорится дуга. 

Только после этого газовое сопло снимается с изделия и принимается нормальное положение горелки. При сварке с синусоидальным переменным током, чтобы снова зажечь дугу после прохождения тока и напряжения через нуль, нужно воспользоваться приспособлением для зажигания. 

Второй возможностью является так называемое зажигание ”Lift-Arc”. Это контактное зажигание, при котором не повреждается электрод, поскольку при контакте протекает очень низкий ток. Только когда после подъeма электрода зажигается слабая дуга, подключается настроенный в устройстве управления сварочный ток.

К другим функциям устройства управления относятся переключение из нормального режима в импульсный режим и, в случае необходимости, на другой метод сварки, при этом, при необходимости, можно также изменить характеристику. 

Источники тока

Источник тока преобразует сетевой переменный ток с высоким напряжением и низкой силой тока в сварочный ток с высокой силой тока и низким напряжением и, при необходимости, выпрямляет ток. Для сварки ВИГ используется как переменный, так и постоянный ток.

Наиболее простым и дешевым источником сварочного тока является сварочный трансформатор. Он состоит из первичной катушки с множеством тонких намоток и вторичной катушки с несколькими толстыми намотками. Сетевой ток повышает или понижает сетевое напряжение в зависимости от числа намоток этих катушек. Сварочный трансформатор обычно имеет спадающую статическую характеристику. Различная сила сварочного тока настраивается при помощи регулировки магнитным шунтом, трансдуктора или отвода в первичной обмотке.

Сварочный выпрямитель состоит из трансформатора с присоединeнным выпрямительным агрегатом.

В качестве выпрямителя сегодня используются кремниевые диоды или тиристоры. Переменный ток, предварительно преобразованный трансформатором на необходимую силу тока и напряжение, преобразуется ими в постоянный ток. В простейших сварочных выпрямителях используется однофазное подключение (двухполупериодная схема). Они дают сварочный ток с достаточным коэффициентом пульсации. Улучшение выравнивания тока достигается при преобразовании и выпрямлении всех 3 фаз переменного тока (шестиимпульсная мостовая схема). Простые выпрямители предлагаются также в качестве так называемых комбинированных устройств, которые могут переключаться на подачу постоянного или переменного сварочного тока. Сварочные выпрямители для сварки ВИГ имеют спадающую статическую характеристику. Еe можно настроить при помощи регулировки магнитным шунтом, трансдуктора или отвода в первичной обмотке в цепи переменного тока или импульсно- фазовым регулятором тиристора. Современные аппараты для сварки ВИГ в качестве источника тока оснащены инвертором.

Инвертор является электрическим источником тока, который работает по совершенно другому принципу действия, чем традиционные источники тока . Ток, идущий из сети, сначала выпрямляется, в процессе чего он становится преобразуемым, после этого путeм включения и выключения он разделяется на короткие участки. Этот процесс называется тактированием. Процесс возможен благодаря быстро реагирующим электронным выключателям, транзисторам. Первые транзисторные инверторы работали с тактовой частотой 25 кГц. Сегодня существует возможность применять усовершенствованные транзисторы с тактовой частотой 100 кГц и выше.

После «прерывания» (тактового импульса) тока он преобразуется на необходимую высокую силу тока и низкое напряжение. После трансформатора возникает прямоугольный переменный ток, который после этого ещe раз выпрямляется. Благодаря высокой тактовой частоте масса трансформатора может быть очень маленькой. Она зависит непосредственно от частоты преобразуемого тока. Поэтому есть возможность изготовлять источники тока небольшой массы. Современные аппараты для сварки ВИГ с напряжением 260 A/20,4 В весят всего 24,5 кг.

Предыдущее касалось силового блока источников тока.

У электронных источников тока многие функции, для выполнения которых традиционные источники тока требуют такие компоненты, как резисторы, дроссели и конденсаторы, выполняются при помощи электронного устройства управления. Поэтому устройство управления источником тока так же важно, как и его силовой блок. Регулировка тока, например, у импульсных источников происходит путeм изменения отношения между временем включения и выключения тока. Для изменения силы тока можно также использовать изменение тактовой частоты. Для производства импульсного тока устройством управления циклично изменяется отношение времени включения/выключения. Подобным образом осуществляется нарастание / спад тока.

Благодаря современной технике стало возможным использование регулируемых источников тока, так необходимых для сварочных процессов. Контрольный прибор измеряет сварочный ток и сварочное напряжение и сравнивает с установленными значениями. Если установленные параметры сварки изменяются, например, из-за нежелательного сопротивления в сварочной цепи, то устройство управления выполняет соответствующую регулировку. Это происходит очень быстро, в μs-диапазоне. Подобным образом можно ограничить короткое замыкание и повысить cos ϕ. Повышение КПД и снижение потери при холостом ходе инверторных источников тока происходит уже благодаря уменьшению массы трансформатора.

Источники сварочного тока могут иметь следующие характеристики: горизонтальную (стабильного напряжения), слегка спадающую или вертикально спадающую в рабочей зоне (стабильного тока).

У многих современных источников тока легко изменяется характеристическая кривая, благодаря чему они могут использоваться во многих процессах (мультипроцессорные аппараты). Инверторные источники тока для сварки ВИГ имеют характеристику стабильного тока, то есть в рабочей зоне статическая характеристика вертикально спадает. Это означает, что при изменении длины дуги, чего не всегда удается избежать при ручной сварке, изменяется только напряжение, а не сила тока. Благодаря этому обеспечивается достаточный провар и постоянная мощность плавления. Такие же характеристики можно применить и к ручной дуговой сварке. Если источник тока используется для сварки МИГ/МАГ, то при переключении на этот процесс настраивается характеристика стабильного напряжения.

Многие инверторные источники являются программируемыми, что необходимо при механизированной сварке, например, орбитальной сварке ВИГ или при использовании роботов.