Электрическая дуговая сварка

Электрическую дуговую сварку применяют для соединения металлов как черных, так и цветных.

Электродуговая сварка черных металлов очень широко распространена почти во всех отраслях промышленности и особенно в металлообрабатывающей, в то время как область применения сварки цветных металлов ограничивается специальными производствами.

Сварочные дуги подразделяются на собственно сварочные и прихваточные; прихватка применяется только для черных металлов и отличается значительно меньшей величиной потребляв- 14—1258

мого тока и значительно меньшей продолжительностью включения.

Напряжение горения дуги Ud составляет 14 в при автоматической сварке, 19 в при ручной сварке на постоянном токе и 18,2—21 в при ручной сварке на переменном токе. Напряжение зажигания дуги находится в пределах от 20 до 30 в.

Величины токов, потребляемых дугами при ручной сварке зависят от толщины и материала свариваемых деталей и характеризуются приблизительными данными табл. 6-1 и 6-2.


Относительная продолжительность включения (ПВ) сварочных дуг лежит в пределах от 40 до 60% и доходит даже до 70%. Для прихваточных дуг относительная продолжительность включения составляет 10—20%.

Электрическая дуговая сварка находит применение в качестве:

а) одной из вспомогательных операций при ремонте оборудования в любых цехах любой отрасли промышленности;

б) одной из технологических операций при изготовлении различного рода металлоконструкций и деталей из черного металла и изделий из цветного металла;

в) основной технологической операции в специальных сварочных цехах.

В первом случае всегда применяется переменный ток. Небольшое число одновременно работающих дуг диктует применение так называемой однопостовой системы питания их от индивидуальных сварочных трансформаторов (рис. 6-1, а).


В других случаях, особенно при большом объеме сварочных работ и высокой степени ответственности их, как это обычно бывает в специальных сварочных цехах, вопрос о выборе рода тока подлежит специальному рассмотрению, причем окончательное решение его остается за специалистами-технологами.

Количество и сосредоточение дуг в специальных сварочных цехах бывают настолько значительными, что применение индивидуальных сварочных аппаратов или однопостовых двигатель- генераторов становится и затруднительным и невыгодным. В таких случаях может оказаться целесообразной многопостовая система питания нескольких сварочных дуг от одного источника переменного (рис. 6-1,6) или постоянного (рис. 6-1,в) тока.

Многопостовые системы по сравнению с однопостовыми имеют следующие положительные стороны:

а) более высокие коэффициенты использования сварочных агрегатов по мощности и по времени;

б) более высокий коэффициент мощности на стороне первичного напряжения (в силовой сети) и возможность применения синхронных двигателей (при многопостовых системах на постоянном токе);

в) облегченные условия эксплуатации благодаря .меньшему числу агрегатов и сосредоточению их в определенных местах.

Отрицательными сторонами многопостовых систем являются:

а) большие потери электроэнергии в сварочной сети (шино- проводах) вообще и в балластных сопротивлениях при постоянном токе — в частности;

б) тяжелая, дорогая, а иногда и практически трудно осуществимая (при переменном токе) сварочная сеть;

в) сложное присоединение сварочных постов к сети из-за больших токов.

Ток для дуговой электросварки выбирают, сопоставляя преимущества и недостатки, присущие тому и другому роду его. Если не касаться чисто технологических особенностей процесса сварки, то это сопоставление дает следующие результаты. Основными преимуществами переменного тока по сравнению с постоянным являются:

а) меньшая стоимость сварочных трансформаторов и аппаратов по сравнению со сварочными двигателями-генераторами;

б) меньшие потери холостого хода;

в) простота обслуживания.

К числу недостатков переменного тока относятся:

а) неустойчивость горения дуги и необходимость применения вследствие этого обмазок для электродов, тем более сложных, чем ответственнее сварочные работы;

б) низкий коэффициент мощности.

Применение обмазок для электродов в той или иной степени предотвращает разбрызгивание металла, вызываемое неустойчивостью горения дуги.

При очень ответственных сварочных работах стоимость электродов со специальными обмазками может получиться настолько высокой, что окажется более выгодным применение постоянного тока. Для сварки цветных металлов в обычной атмосфере попытки применения переменного тока вообще не дали положительных результатов. Для газоэлектрической дуговой сварки (в атмосфере защитных газов, например аргона) постоянный и переменный ток оказываются технически равноценными.

С технико-экономической точки зрения постоянному току может быть отдано предпочтение также в случаях протяженных и мощных сварочных сетей многопостовых систем, когда канализация переменного тока, вследствие значительной реактивности сети, сопряжена с большими трудностями.

Уместно также отметить, что при постоянном токе можно применять стальные шинопроводы, тогда как при переменном токе требуются шинопроводы из цветного металла.

Для питания сварочные дуг на переменном токе применяют:

а) сварочные трансформаторы типов СТН, СТНД и СТ-АН с регулирующими устройствами-реакторами, совмещенными с ними в одном кожухе;

б) сварочные трансформаторы типов СТЭ и ТС с регуляторами в виде отдельных аппаратов.

Все эти трансформаторы являются однофазными и предназначаются для однопостовой сварки,но некоторые из них, рассчитанные на сравнительно большие токи (СТН-1000, СТНД-1000, СТНД-2000 и ТС-1000), могут быть использованы и для многопостовой сварки. При этом паспортная мощность трансформатора, указанная для определенного значения ПВ, уменьшается в отношении КПВ/Ю, т. е. приводится к режиму ПВ = 100%, а его нагрузка определяется в зависимости от числа и тока сварочных дуг. Отдельно установленные и притом не очень мощные сварочные трансформаторы могут питаться от силовой сети, если при этом не получается существенной несимметрии нагрузки. В противном случае следует выделять сварочные трансформаторы на отдельные фидеры от распределительных щитов подстанций или даже применять для их питания отдельные силовые трансформаторы. Последнее бывает необходимо при большом числе сварочных трансформаторов (аппаратов, машин) и значительной их мощности.

Питание мощных многопостовых систем на переменном токе может осуществляться обычными силовыми трехфазными трансформаторами со вторичными обмотками, перемотанными на напряжение 65 в. Сварочную сеть в таких случаях разбивают на участки, питаемые бифиллярами (цепями, состоящими из прямого и обратного провода при минимальном расстоянии между ними), что уменьшает ее реактивность и повышает пропускную способность. Разбивку производят, исходя из расчета на падение напряжения.

При однопостовой сварке на постоянном токе используются:

а) двигатель-генераторы типа САМ, представляющие собой стационарные двухмашинные агрегаты;

б) преобразователи типа ПС передвижные с генератором и двигателем в одном корпусе.

Нуждам многопостовой сварки «а постоянном токе отвечают преобразователи типа ПСМ на ток до 1000 а и другие специальные двигатель-генераторы, рассчитанные на большие токи.

Для мощных многопостовых систем применяется параллельная работа нескольких двигатель-генераторов. Возможна также установка и одного мощного двигатель-генератора с применением синхронного двигателя высокого напряжения.

Количество параллельно работающих двигатель-генераторов sBe должно превышать трех-четырех, так как в противном случае, вследствие потери напряжения в уравнительной шине между генераторами, разница в напряжениях крайних машин создает большую неравномерность распределения нагрузок между ними и нарушает нормальный режим параллельной работы.

Сварочные двигатель-генераторы для питания многопостовых систем вместе с комплектом распределительных устройств переменного и постоянного тока устанавливаются, как правило, в отдельных помещениях.

Выбор источников питания (трансформаторов и двигатель- генераторов) для многопостовых систем и электрический расчет сварочных сетей производятся по среднему квадратичному току. Технические характеристики сварочных двигатель-генераторов и трансформаторов были приведены в § 2-4.

Для подключения к силовой сети однопостовых сварочных трансформаторов и двигатель-генераторов могут служить ящики с рубильниками и предохранителями, имеющие барашковые клеммы для присоединения проводов. На корпусе ящика также должна иметься барашковая клемма для присоединения заземляющего провода.

В качестве проводов для подключения однопостовых сварочных трансформаторов и двигатель-генераторов могут быть использованы шланговые провода марок ШРПЛ и ШРПС трехжильные для трансформаторов и четырехжильные для двигатель-генераторов с использованием в каждом случае одной из жил в качестве заземляющего проводника.

Подключение сварочного электрода к однопостовому аппарату производится непосредственно с помощью специального одножильного сварочного провода марки ПРГД по ГОСТ 6731-53 сечением от 6 до 120 мм2.

При многопостовых системах подключение сварочных дуг к электрической сети сварочного тока производится через посредство специальных подключательных пунктов, рассчитанных на то или иное число мест подключения. Эскиз подобного пункта изображен на рис. 6-2.

В качестве бифилляров для питания отдельных участков сварочных шинопроводов могут быть использованы провода различных марок, как многожильные, так и одножильные, собранные в пучки.

Кроме того, бифиллярная система питания может быть осуществлена отдельными плоскими шинами, изолированными друг от друга и собираемыми в пакет; при этом соотношение ширины к толщине этих шин должно быть возможно большим.

Содержание задания на проектирование электросварочных установок и объем проектных материалов зависят от назначения сварки. Так, если сварка нужна в ремонтных целях, то в задании на планах расположения технологического оборудования должны быть отмечены места установки подключательных пунктов и указаны типы сварочных трансформаторов, предусматриваемых для эксплуатации.

В объем проекта входит выбор типа подключательных пунктов и способа присоединения их к основной силовой сети; расположение этих пунктов и сеть к ним показываются на общих с силовой сетью планах. Что касается сварочных трансформаторов и проводов для их подключения к трансформаторам, то онн являются эксплуатационным инвентарем и в смету не включаются.


Если сварка предусматривается в качестве одной из технологических операций, то в задании должны быть указаны:

а) типы и количество сварочных трансформаторов и двигатель-генераторов;

б) места их установки (на плане расположения технологического оборудования);

в) количество сварщиков и прихватчиков, работающих в наиболее загруженную смену;

г) данные о токах сварочных и прихваточных дуг и о продолжительности включения их.

Объем проектных материалов остается тем же, что и для ¦сварки, предусматриваемой в ремонтных целях.

Наконец, для сварки, являющейся основной технологической операцией, выполняемой в специальных сварочных цехах, в задании должны быть указаны:

а) основные положения по выбору рода тока;

б) количество сварщиков и прихватчиков, работающих в наиболее загруженную смену;

в) данные о токах сварочных и прихваточных дуг и о продолжительности включения их;

г) места расположения на плане подключательных пунктов;

д) количество мест (постов) подключения сварочных дуг на каждом пункте.

В объем проекта входят:

а) выбор рода тока, если, согласно заданию, он требует технико-экономических сопоставлений;

б) выбор типов сварочных агрегатов, их числа и месторасположения;

в) выдача строительных заданий на электропомещения, если таковые необходимы для установки сварочных агрегатов;

г) составление общей схемы питания на стороне первичного напряжения;

д) составление общей схемы и расчет сварочной электрической сети;

е) выбор типов подключательных пунктов;

ж) составление плана сварочной установки всего объекта (цеха);

з) составление спецификации, сметы и пояснительной записки.

Указанные для всех трех случаев объемы заданий и проектных материалов относятся к техническим проектам и рабочим чертежам. В проектных заданиях должны рассматриваться лишь вопросы, касающиеся выбора рода тока, сварочных агрегатов для многопостовой сварки и электропомещений для их установки; все остальные вопросы должны быть затронуты только в пояснительной записке и в той мере, в какой это необходимо для составления сметно-финансовых расчетов.