Parametry źródła prądu spawalniczego

Źródła prądu spawania muszą zapewniać stabilne spalanie łuku, stabilność trybów spawania oraz bezpieczną konserwację instalacji. Wymagania te są spełnione poprzez właściwy dobór parametrów zasilania: napięcie jałowe, charakterystykę zewnętrzną, sposób regulacji prądu spawania.

Napięcia obwodu otwartego są dobierane w oparciu o niezawodne wyładowania łukowe i bezpieczeństwo użytkowania. Zwiększenie napięcia ułatwia zajarzanie łuku, ale jednocześnie zwiększa niebezpieczeństwo zranienia spawacza. Ponadto wzrost napięcia biegu jałowego zasilaczy prądu przemiennego (transformatorów spawalniczych) prowadzi do wzrostu prądu magnesującego i spadku cosφ.

Napięcie zajarzenia łuku prądu przemiennego wynosi 50 — 55 V, dlatego napięcie obwodu otwartego nie może być niższe od tej wartości. Górna granica wartości U® jest ograniczona warunkami bezpieczeństwa i wynosi 60 — 75 V, a dla transformatorów spawalniczych 2000 A nie powinna przekraczać 90 V.Wyładowanie łukowe DC występuje przy niższym napięciu, około 30 — 40 V. Napięcie obwodu otwartego prądu zasilającego DC mieści się w zakresie 45 — 90 V.

Charakterystyka zewnętrzna produktu (urządzenia) elektrycznego — zależność napięcia na zaciskach produktu (urządzenia) elektrycznego od prądu płynącego przez obciążenie podłączone do tych zacisków. (GOST 18311-80).

Zewnętrzną cechą spawalniczych źródeł prądu jest zależność napięcia na jego zaciskach wyjściowych Un na natężenie w amperach obciążenie

Z natury tej zależności cechą zewnętrzną może być (ryc. 1):

1) upadek,

2) trudne,

3) wzrost.

Ryż. 1. Rodzaje cech zewnętrznych źródeł prądu łukowego: 1 — opadająca, 2 — stała, 3 — rosnąca.

Łuk i źródło prądu tworzą układ, który będzie w stabilnej równowadze, jeśli losowe zmiany natężenia prądu będą maleć w czasie, to znaczy układ powróci do stanu początkowego.

Warunek stabilności w trybie statycznym sprowadza się do tego, aby różnica pochodnych napięcia względem prądu charakterystyki statycznej łuku i źródła zasilania w punkcie pracy była dodatnia

Warunek jest spełniony, jeżeli przy opadającej charakterystyce łuku charakterystyka zewnętrzna źródła prądu będzie bardziej opadająca, a przy wznoszącej charakterystyce łuku charakterystyka zewnętrzna źródła będzie słabiej rosnąca.

Na rysunku 2 przedstawiono połączone charakterystyki spadkowe źródła prądu 1 i łuku 2. W momencie zetknięcia się elektrody z elementem spawanym prąd zwarciowy przepływa przez obwód spawalniczy odpowiadający punktowi a.Gdy elektroda jest wyciągnięta, powstaje łuk, napięcie wzrasta wzdłuż krzywej 1 do punktu b, co odpowiada stabilnemu spalaniu łuku.

Ryż. 2. Połączona charakterystyka zewnętrznego źródła zasilania (1) i charakterystyka prąd-napięcie łuku (2).

Opadająca charakterystyka zewnętrzna stosowana jest w spawarkach ręcznych, gdzie konieczne jest zagwarantowanie stabilności łuku i niewielkiej zmiany prądu spawania przy zmianie długości łuku. Zmiana napięcia spowodowana zmianą długości łuku o pewną wartość ΔU (rys. 2) prowadzi do nieznacznej zmiany prądu spawania o ΔAz.

Opadająca charakterystyka zewnętrzna zapewnia niewielką wielokrotność prądu zwarciowego, która nie powinna przekraczać 1,4.Przy dużych prądach zwarciowych źródło prądu ulega dużym przeciążeniom, a odpryski metalu pogarszają jakość spawania i bezpieczeństwo obsługi.

Źródła o charakterystyce stałej i narastającej stosowane są do spawania łukiem krytym oraz w gazach osłonowych (argon, dwutlenek węgla).

W większości przypadków bardziej odpowiednia jest opadająca zewnętrzna charakterystyka zasilacza. W spawalniczych źródłach prądu powstaje on w wyniku spadku napięcia w samym źródle lub w osobnej rezystancji zawartej w obwodzie spawalniczym.

W ogólnym przypadku zewnętrzne równanie charakterystyczne jest nieliniowe i ma postać

gdzie Uo — napięcie jałowe źródła prądu, zd — całkowita zastępcza rezystancja źródła prądu wraz z rezystancją dodatkową, Azd — prąd łuku.

Regulacja prądu spawania niezbędna przy spawaniu elementów o różnej grubości.W tym celu źródła prądu wyposażone są w urządzenia do skokowej lub płynnej regulacji prądu spawania, które dają możliwość pracy przy różnych charakterystykach (rys. 3).

Ryż. 3. Charakterystyki zewnętrzne źródeł energii łuku podczas regulacji prądu spawania: a — przez zmianę napięcia biegu jałowego Uo, b — zmianę rezystancji zastępczej ze.

Tryb pracy spawalniczych źródeł prądupraca w trybie okresowym charakteryzuje się względnym czasem trwania PR, który jest częścią czasu ciągłej pracy pod obciążeniem od czasu trwania całego cyklu pracy.

PR jest zwykle wyrażany w procentach

gdzie τp — czas ciągłej pracy pod obciążeniem, τn — czas przerwy, τc to czas cyklu pracy.

Jeśli źródło zasilania zostanie odłączone od sieci podczas przerwy, nie mówi się o czasie trwania PR, ale o czasie aktywacji PV, który jest określany w taki sam sposób, jak czas działania (PR).

Względny czas trwania PR jest parametrem paszportowym źródła zasilania, który należy wziąć pod uwagę przy wyborze źródła i jego działaniu. Przekroczenie PR w stosunku do paszportu prowadzi do przegrzania i uszkodzenia sprzętu spawalniczego.

Gdy źródło działa w trybie znamionowym, dopuszczalny prąd jest określany przez współczynnik

gdzie indeks „n” odnosi się do parametrów nominalnych, a „d” do parametrów trybu rzeczywistego. W trybie ciągłym PR = 100%.