Источники сварочного тока

Источник сварочного тока преобразует высокое сетевое напряжение в существенно более низкое сварочное напряжение и обеспечивает требуемые для сварки высокие значения силы тока, которые отсутствуют в сети. Кроме того, он способен поддерживать и регулировать необходимые значения тока. Для сварки может использоваться как переменный, так и постоянный ток.

Источники постоянного тока имеют универсальное применение, поскольку не все типы стержневых электродов пригодны для сварки синусообразным переменным током – см. также раздел Род сварочного тока. Источники сарочного тока для ручной сварки стержневыми электродами имеют одну падающую статическую характеристику, а именно - на большинстве стандартных источников тока (например, PICO 140) в основном равномерно снижающуюся или (на электронных источниках тока в рабочей области) вертикально падающую.

Таким образом, гарантируется, что при изменении длины дуги, неизбежной при ручной сварке стержневыми электродами, важнейший для качества сварного соединения параметр, сила тока, изменяется незначительно или совсем не изменяется.  

Разновидности источников тока

Простейшим видом преобразования сетевого тока в сварочный ток является сварочный трансформатор. Он преобразует ток только с точки зрения силы тока и напряжения (трансформатор напряжения) и выдает синусообразный переменный ток для сварки.

Трансформатор подключается к осветительной электросети однофазно между первой фазой и внешним проводом либо между двумя фазами сети трехфазного тока. Регулировка разных значений силы тока становится возможной благодаря перемещению сердечника рассеяния, отведением обмоток на первичной стороне либо с помощью трансдуктора.

На сварочном выпрямителе ток после трансформации выпрямляется диодами или тиристорами, т.е. для сварки выдается постоянный ток. На простых сварочных выпрямителях трансформатор подключается одно- или двухфазно, на более мощных аппаратах - трехфазно ко всем трем фазам сети трехфазного тока. Последние выдают очень равномерный ток без большой пульсации. Однородность тока особенно важна при сварке основными электродами и сварке металлических сплавов, например, никелевых.

Регулировка сварочного выпрямителя на простых аппаратах производится на трансформаторе – см. Настройка сварочного трансформатора. Современные сварочные выпрямители регулируются тиристорами, т.е. управляемыми выпрямителями, путем управления фазовой отсечкой.

Все большую популярность в практическом использовании получают электронные источники сварочного тока (инверторы) также для ручной сварки стержневыми электродами.

Эти источники тока имеют конструкцию, во многом отличную от традиционных источников тока. Ток, поступающий из сети, сначала выпрямляется, а затем снова разбивается путем включения и выключения за счет транзисторов с тактовой частотой до 100 кГц на короткие отрезки. Эта разбивка необходима для того, чтобы создать возможность трансформировать ток. Затем прерывистый ток переменным образом разряжается в трансформатор. Таким образом, на вторичной стороне возникает прямоугольно импульсный переменный ток с соответствующей частотой. Затем ток выпрямляется и выравнивается дросселем. Высокая частота трансформируемого тока дает возможность использовать трансформаторы меньшей массы. Таким образом, становится возможным создание сварочных аппаратов, которые при высокой мощности имеют очень незначительный вес. Благодаря этому они отлично подходят для использования на строительных площадках.

На инверторах уклон статической характеристики может изменяться в широких пределах. Поэтому они могут применяться в качестве многозадачных установок для нескольких сварочных процессов. При ручной сварке стержневыми электродами в большинстве случаев характеристика в рабочей области вертикально снижается (характеристика стабилизированного тока).

На электронных источниках тока многие задачи, решаемые на традиционных источниках тока с помощью таких компонентов, как сопротивления, дроссели и конденсаторы, решаются с помощью электронного управления. Поэтому устройство управления такими источниками тока настолько же важно, как и силовая часть. Регулирование тока производится, например, на тактируемых источниках путем изменения соотношения между временем включения/выключения тока. Изменение тактовой частоты также может использоваться для регулировки силы тока. А благодаря новой технике стало возможным также создание регулируемого источника тока, который уже давно требовался для сварочной техники. Контрольное устройство измеряет сварочный ток и напряжение и сравнивает их с заданными значениями. Если фактические сварочные параметры отклоняются от заданных, например, из-за возникновения нежелательных сопротивлений в цепи сварочного тока, устройство управление выполняет подрегулировку. Это происходит очень быстро - в пределах микросекунд.

Аналогичным образом возможно также ограничение тока короткого замыкания и улучшение cosϕ. Гораздо лучший КПД и меньшие потери при холостом ходе инверторных источников тока получены также благодаря меньшей массе трансформатора.

На сегодняшний день современные инверторы выдают наряду с постоянным током также переменный ток с синусообразными и прямоугольными импульсами. Электроды, например, с исключительно основным покрытием, которые не позволяют вести сварку синусообразным переменным током, успешно расплавляются при подаче прямоугольного переменного тока. Такая необходимость может возникнуть при наличии неблагоприятных условий дутья. 

Специальные функции на инверторах для ручной сварки стержневыми электродами

Современные инверторные источники тока предлагают целый ряд специальных функций, облегчающих сварку и повышающих еe надежность. Таким образом, можно отрегулировать силу дуги (форсаж).

Если, например, напряжение электрической дуги из-за большой капли, образовавшейся на электроде, становится слишком коротким и падает ниже 8 вольт, сила тока автоматически повышается.

Это может помочь электрической дуге освободиться и не погаснуть. Эта функция особенно важна при сварке электродами c целлюлозным, а также основным покрытием. 

Ширину электрической дуги, а значит и еe жeсткость можно плавно изменять регулируемым дросселем. Более жeсткая дуга требуется, например, при наличии неблагоприятных условий дутья.

За надежное зажигание дуги и достаточный прогрев на ещe холодном основном материале в начале сварки следит функция Горячий пуск (Hotstart). Зажигание при этом производится с повышенной силой тока.

Функция Antistick препятствует прокаливанию электрода, когда зажигание заканчивается неудачей, и электрод "прилипает" к изделию. Разогрев электрода, вызванный сопротивлением, может повредить покрытие вплоть до его отслаивания. На источниках тока, оборудованных соответствующей функцией, в случае, если после короткого замыкания зажигания нарастания напряжения не происходит, ток немедленно снижается до нескольких ампер. После этого электрод можно легко отделить от точки зажигания.