Справочное руководство по ручной сварке стержневыми электродами EWM - часть 3

 

 

10 10.02

. : WM022408.doc

 

5 

Держатели электрода и сварочные 
кабели 

На  Рис. 8 показана  токовая  характеристика  в 
сварочном контуре. 
Электрод  соединяется  с  одним  из  полюсов 
источника питания через  держатель электрода 

(Рис. 9) и  сварочные  кабели.  Другой  полюс 
соединяется  с  изделием  при  помощи  кабеля 

массы и зажима кабеля массы.  
В  зависимости  от  используемых  диаметра 

электрода и силы тока выпускаются держатели 
различных размеров. 
Ранее в Германии они были регламентированы 
в стандарте DIN 8569, Часть 1 и разделены на 

5 классов по размеру. В Европе они описаны в 
стандарте DIN EN 60974, Часть 11. 
Сечение  и  длина  кабелей  должны  быть 
рассчитаны  таким  образом,  чтобы  падение 

напряжения, вызванное их сопротивлением, не 
превышало  определенных  значений.  Согласно 

стандарту VDE эти значения составляют до 200 
ампер 2 вольт  и  до 500 ампер 5 вольт.  При 

определении  необходимого  сечения  кабеля 

следует  сложить  длины  сварочного  кабеля  и 

кабеля  массы.  Обычными  сечениями  кабеля 
при  ручной  сварке  стержневым  электродом  в 

зависимости  от  используемой  силы  тока 
являются 25, 35, 50 и 70 мм

2

. 

6 

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, Рис. 10) 
в основном  равномерно  снижающуюся или (на 

электронных  источниках  тока  в  рабочей 
области) вертикально падающую (Рис. 11). 
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. 

 

Рис. 9 

Пример держателя электрода 

 

Рис. 10 

Сварочный источник питания EWM PICO 

140 

U [V]

I [A]

a)

100A

200A

300A

b)

 

a)  постоянно падающая характеристика 
b) 

вертикально падающая характеристика 

(характеристика стабилизированного тока) 

 

Рис. 11 

Характеристики для ручной сварки стержневыми 
электродами 

 

 

11 10.02

. : WM022408.doc

 

6.1  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. 

Принцип  работы  трансформатора  показан  на 
Рис. 12 [2]. 
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, 
Рис. 13. 
Рис. 14 представляет блок-схему инвертора 3-
го поколения с тактовой частотой до 100 кГц. 
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 

 

Âòîðè÷íàÿ

ñòîðîíà

Êîíòóð

ñâàðî÷íîãî òîêà
~

Ìàãíèòíûå

ñèëîâûå ëèíèè

Ñåòü
~

Ïåðâè÷íàÿ

ñòîðîíà

Æåëåçíûé ñåðäå÷íèê (ïàêåò èç èçîëèðîâàííûõ ìåòàëëè÷åñêèõ ïëàñòèíîê)

 

Рис. 12 

Принцип работы трансформатора [2] 

 

Рис. 13 

Источник сварочного тока STICK 350 

компании EWM 

 

Ïîñòîÿííûé

âûïðÿìèòåëü (äèîä)

Ïîñòîÿííûé

âûïðÿìèòåëü (äèîä)

Ïåðåìåííûé

âûïðÿìèòåëü (òðàíçèñòîð)

Òðàíñôîðìàòîð

Äðîññåëü

Ñåòü

 

Рис. 14 

Блок-схема инвертора 3-го поколения – 
тактовая частота до 100 кГц 

 

 

12 10.02

. : WM022408.doc

 

высокой 

мощности 

имеют 

очень 

незначительный  вес.  Благодаря  этому  они 
отлично  подходят  для  использования  на 

строительных площадках. Рис. 15 представляет 
инвертор Triton 220 перем./пост. тока компании 

EWM,  применяемый  для  ручной  сварки 
стержневыми электродами с силой тока до 180 

ампер, массой всего 17,9 кг. 
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 cos

ϕ [3]. 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. 

6.2  Специальные функции на инверторах для 

ручной сварки стержневыми электродами 
Современные  инверторные  источники  тока 

предлагают  целый  ряд  специальных  функций, 
облегчающих  сварку  и  повышающих  еe 

надежность [4]. Таким  образом,  можно 
отрегулировать силу дуги (форсаж), Рис. 17. 
Если,  например,  напряжение  электрической 
дуги  из-за  большой  капли,  образовавшейся  на 

электроде,  становится  слишком  коротким  и 
падает ниже 8 вольт, сила тока автоматически 

повышается, Рис. 18. 
Это  может  помочь  электрической  дуге 

освободиться  и  не  погаснуть.  Эта  функция 
особенно  важна  при  сварке  электродами c 

целлюлозным, а также основным покрытием. 

 

Рис. 15 

Инвертер TRITON 220 перем./пост. тока 
компании EWM для сварки ВИГ и ручной 
сварки стержневыми электродами 

 

 

13 10.02

. : WM022408.doc

 

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, Рис. 16. 
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. 

7 

Выполнение сварки 

Сварщику  требуется  хорошая  подготовка,  в 
частности,  не  только  с  точки  зрения  навыков, 

он  должен  также  обладать  соответствующими 
специальными  знаниями,  чтобы  не  допускать 

ошибок. 

Образовательные 

руководящие 

указания DVS (Немецкий  союз  сварки  и 

смежных  работ)  признаны  на  международном 
уровне  и  в  последнее  время  приняты  также 

Международным союзом сварки (IIW). 
Перед  началом  сварки,  как  правило, 

выполняется  прихватка  изделия.  Точки 
прихватки  должны  иметь  такую  длину  и 

толщину,  чтобы  при  сварке  не  произошло 
недопустимого  стягивания  изделий  и  разрыва 

точек прихватки. 
 

7.1  Зажигание электрической дуги 

Процесс 

сварки 

при 

ручной 

сварке 

стержневыми 

электродами 

начинается 

контактным  зажиганием.  Чтобы  замкнуть 

электрическую  цепь,  необходимо  сначала 
создать короткое замыкание между электродом 

и  изделием,  после  чего  слегка  приподнять 
электрод – появляется  электрическая  дуга. 

Процесс  зажигания  не  должен  производиться 
за  пределами  шва,  а  только  в  тех  местах, 

которые  после  горения  дуги  будут  снова 
заплавлены.  В  точках,  где  зажигания  так  и  не 

произошло, 

на 

соответствующих 

чувствительных 

материалах 

вследствие 

резкого нагрева могут возникнуть трещины. 
На основных электродах, имеющих склонность 

к пористости, зажигание должно производиться 
за  некоторое  время  до  непосредственного 

I [A]

t

a)

b)

 

a) 

Ток горячего старта 

b)  

Время горячего старта 

 

Рис. 16 

Принцип работы функции “Hotstart” 

 

Рис. 17 

Управление (обслуживание) современного источника 
тока STICK 

U [V]

U krit.

R B C

I [A]

 

Рис. 18 

Принцип регулировки силы дуги R= 
рутиловый электрод; B= основной 
электрод; C= целлюлозный электрод