Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы сварки на потенциально опасных производственных объектах и задачи исследования 10
1.1. Проблемы обеспечения качества сварочных работ на потенциально опасных производственных объектах 10
1.2. Анализ применяемых технологий и оборудования для сварочных работ на потенциально опасных объектах 12
1.3. Проблемы разбрызгивания электродного металла при сварке плавящимся электродом 20
1.4. Технологические приёмы обеспечения качества сварных соединений при сварке плавящимся электродом 25
1.5. Методы исследования быстропротекающих процессов 32 Выводы по главе 1 35
1.6. Цель и задачи работы 3 6
Глава 2. Разработка физико-математической модели процесса дуговой сварки с управляемыми короткими замыканиями 37
2.1. Задачи и методы исследования управления переносом капель электродного металла при сварке с КЗ дугового промежутка 37
2.2. Феноменологическая модель 39
2.3. Физико-математическая модель 40
2.3.1. Электрические процессы 41
2.3.2. Плавление проволоки и формирование капли 44
2.3.3. Формирование дугового промежутка 45
2.3.4. Перенос капли 46
2.4. Численное решение уравнений модели 49
2.5. Результаты моделирования микроциклов сварки с КЗ 50
2.5.1. Моделирование переходного процесса после возбуждения дуги 50
2.5.2. Моделирование установившегося состояния 52
2.6. Адекватность разработанной физико-математической модели 57
Выводы по главе 2 64
Глава 3. Исследование закономерностей управляемого переноса электродного металла 65
3.1. Алгоритмы управления переносом капель электродного металла при сварке плавящимся электродом с КЗ дугового промежутка 65
3.2. Устойчивость каплепереноса электродного металла 71
3.2.1. Неуправляемый процесс сварки короткой дугой с естественными КЗ 71
3.2.2. Импульсный процесс 75
3.3. Влияние параметров процесса с управляемыми КЗ на перенос электродного металла в сварочную ванну 80
3.3.1. Исследование влияния алгоритмов управления на параметры КЗ 80
3.3.2. Влияние нестабильности электрического сопротивления сварочной цепи на каплеперенос электродного металла 92
3.3.3. Сравнение вариантов УКП 95
3.4. Определение оптимальных параметров процесса сварки с управляемыми КЗ 95
3.4.1. Определение допустимой мощности процесса при сварке в потолочном положении 96
3.4.2. Длительность стадий цикла импульсной сварки 100
3.4.3. Амплитуда импульса тока на стадии формирования капли 104
3.4.4. Оптимальное значение тока дуги на стадии успокоения капли 105
3.4.5. Ток импульса при КЗ 105
3.4.6. Обобщение результатов расчёта 107
3.5. Рекомендации по проектированию оборудования для дуговой сварки с управляемым переносом электродного металла 107
Выводы по главе 3 110
Глава 4. Разработка многофункционального инверторного источника для сварки с управляемым тепломассопереносом электродного металла 112
4.1. Структура инверторных источников для сварки 112
4.2. Аппаратная реализация основных функций сварочных источников 113
4.2.1. Обеспечение гарантированного возбуждения дуги 114
4.2.2. Компенсация колебаний напряжения сети 114
4.2.3. Системы защиты 116
4.3. Особенности работы сварочных инверторов от автономных источников электропитания 117
4.4. Реализация управляемого каплепереноса в многофункциональном инверторном источнике для сварки 121
4.4.1. Параметры процесса сварки и функции источника 121
4.4.2. Оптимальная структура сварочного источника 123
4.4.3. Элементная база для создания многофункционального инверторного источника 127
4.4.4. Практическая реализация выбранных схемотехнических решений в многофункциональном источнике для сварки 129
4.5. Сварочное оборудование с многофункциональным инверторным источником ДС 400.33-УКП 134
4.5.1. Оборудование для автоматической орбитальной сварки 134
4.5.2. Оборудование для механизированной сварки 137
4.6. Оценка эффективности работы сварочного оборудования для автоматической и механизированной сварки с источником ДС 400.33-УКП 139
4.6.1. Разбрызгивание электродного металла 140
4.6.2. Металлографические исследования сварных соединений 142
4.6.3. Оценка эксплуатационных характеристик сварочного источника ДС 400.33-УКП по результатам внедрения 144
Выводы по главе 4 146
Основные выводы и результаты работы 148
Список литературы 150
Приложения 162
- Анализ применяемых технологий и оборудования для сварочных работ на потенциально опасных объектах
- Моделирование установившегося состояния
- Неуправляемый процесс сварки короткой дугой с естественными КЗ
- Особенности работы сварочных инверторов от автономных источников электропитания
Введение к работе
Актуальность. В настоящее время для механизированной и автоматической сварки плавящимся электродом разрабатываются перспективные способы сварки с целенаправленными воздействиями на каплю электродного металла при ее переходе в сварочную ванну. Их эффективное внедрение сдерживается высокой вероятностью возникновения характерных дефектов формирования сварных соединений из-за характерных возмущений процесса сварки, приводящих к нестабильному переносу электродного металла в сварочную ванну и, как следствие повышенному разбрызгиванию. Более стабильный перенос обеспечивается при сварке с короткими замыканиями (КЗ) дугового промежутка. Однако допустимый диапазон параметров процесса сварки с КЗ очень узок. Для расширения диапазона параметров и получения стабильного переноса электродного металла разрабатываются специальные источники питания, алгоритмы управления которыми обеспечивают образование капель электродного металла требуемых размеров и гарантированное их перемещение в сварочную ванну. Однако создание таких источников сдерживается из-за отсутствия научно обоснованных рекомендаций по управлению каплепереносом электродного металла. В этой связи исследование особенностей каплепереноса при сварке с КЗ и создание необходимого сварочного оборудования являются актуальными задачами.
Цель работы. Разработать алгоритм управления параметрами переноса электродного металла и реализовать его в инверторном источнике для уменьшения негативного влияния на качество сварных соединений технологических возмущений в процессе механизированной и автоматической сварки плавящимся электродом.
Объект исследований - процессы сварки плавящимся электродом в защитных газах с КЗ дугового промежутка. Предмет исследований - процесс дуговой сварки с управляемым каплепереносом при КЗ.
Для достижения поставленной цели в процессе выполнения работы решены следующие задачи:
Разработана физико-математическая модель процессов в контуре «источник питания - дуга - плавящийся электрод» для сварки с управляемым переносом капель электродного металла в ванну при КЗ дугового промежутка.
Проведена оценка устойчивости к возмущениям процесса сварки с управляемым каплепереносом электродного металла.
Создан алгоритм управления параметрами каплепереноса электродного металла и определена оптимальная структура импульсного источника питания дуги, на базе которых разработан инверторный источник, реализующий характерные процессы сварки при выполнении строительных и ремонтных работ на потенциально опасных объектах.
Методы исследования. Выполнены теоретические исследования быстропротекающих процессов при сварке с КЗ методом физико-математического моделирования при различных алгоритмах управления сварочным источником. Результаты исследования проверены по
экспериментальным данным, полученным при записи осциллограмм тока и напряжения дуги, синхронизированных со скоростной киносъёмкой дуги (3600 кадров/с). Качество сварных соединений оценивали на основании металлографических исследований.
Научная новизна. Разработана физико-математическая модель процесса дуговой сварки в СОг с управляемым каплепереносом электродного металла при периодических коротких замыканиях дугового промежутка.
Установлено, что оптимальным является вариант управляемого процесса переноса капель электродного металла, при котором на стадии формирования капли стабилизируется напряжение источника, а на стадии разрыва шейки между электродом и ванной подаётся импульс тока.
Разработана методика расчёта параметров процесса сварки с управляемыми короткими замыканиями, при которых обеспечивается стабильность и заданные размеры шва.
Практическая значимость работы. На основе полученных результатов разработан инверторный сварочный источник, являющийся составной частью оборудования для автоматической и механизированной сварки.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на Всероссийской научно-технической конференции «Сварка и смежные технологии» (Москва, 2000 г.); на Международной научно-технической конференции «XIII Бенардосовские чтения: Состояние и перспективы электротехнологий» (Иваново, 2006 г.); на I Международной научно-практической конференции «Интеграция науки и производства» (Тамбов, 2008 г.); на IV Международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, 2008 г.); на IV Международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения» (Томск, 2008 г.); семинаре кафедры «Технологии сварки и диагностики» МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2009 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Диссертация написана на 165 стр., и содержит 68 рисунков, 16 таблиц, списка литературы из 130 наименований, 3 приложения.
Анализ применяемых технологий и оборудования для сварочных работ на потенциально опасных объектах
В соответствии с Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.97 г. № 116-ФЗ [1] сформулировано понятие опасных производственных объектов. Особенностью аварии опасных производственных объектов является, угроза жизни, экологической среде и нанесение ущерба, который существенно превышает стоимость самого объекта. На подобных производствах Ростехнадзор выделил цельте группы опасных технических устройств (ОТУ), в частности: подъемно-транспортное оборудование, котельное оборудование, газовое оборудование, нефтегазодобывающее оборудование, оборудование химических, нефетепрерабатывающих и взрывопожаро-опасных производств, а также строительные конструкции. Помимо перечисленных объектов, существуют и другие опасные производства в энергетике, атомной промышленности, транспорте и т.д. Для безопасной эксплуатации подобных производственных объектов устанавливают специальные требования, направленные на обеспечение промышленной безопасности, предупреждения аварий, случаев производственного травматизма.
Сооружение таких объектов невозможно без использования сварных конструкций. Особенностью сварочных работ на большинстве потенциально опасных производственных объектах (магистральных трубопроводах, оборудовании химических производств и теплоэнергетики, объектов атомной промышленности) является выполнение сварки на месте монтажа технических устройств, в неудобном пространственном положении, что еще больше затрудняет достижение стабильно высокого качества сварных соединений. В этой связи ни у кого не вызывает сомнений непосредственная связь безопасности технических устройств повышенной опасности с качеством сварных соединений, так как полное или частичное разрушение сварного соединения может привести к человеческим жертвам, нанесению здоровью граждан, имуществу физических или юридических лиц, окружающей среде, жизни или здоровью животных и растений.
Традиционными методами сварки трудно решать задачи обеспечения стабильно высокого качества сварочных работ на потенциально опасных производствах. Поэтому, не смотря на развитие методов контроля и прогнозирования остаточного ресурса сварных соединений, получение нового качества сварных соединений на опасных производственных объектах без создания новых современных технологий сварки невозможно. Комплексный подход к решению проблемы обеспечения стабильно высокого качества сварных соединений реализован в. Системе независимой аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства [2]. Одним из элементов этой системы является исследовательская аттестация технологий сварки, проводимая после разработки новых технологий сварки. Разрабатываемые технологии сварки должны уменьшать субъективное влияние сварщика на качество сварных соединений, минимизировать влияние возмущающих факторов внешней среды: температурных и климатических факторов, осадков, порывов ветра, колебаний сетевого напряжения.
В течение последних 40-50 лет проводились фундаментальные исследования процессов сварки, применительно к потенциально опасным производствам. Фундаментальные исследования по повышению качества сварных соединений в различных отраслях промышленности осуществлены Н.П. Алешиным, Б.Е. Патоном, Л.М. Лобановым и др.
Значимый вклад в исследование особенностей процессов сварки и разработку необходимого оборудования внесен такими учеными, как А.И. Акулов, Г.Г. Чернышов, Ю.Н. Сараев, А.Г. Потапьевский, Н.Г. Дюргеров, Ю.С. Ищенко, СИ. Полосков, В.Т. Федько, В.В. Рощин, В.А. Букаров, Е. Stava, D. Yapp, M.D. Ngo и др.
Технические решения, принимаемые для обеспечения стабильно высокого качества сварных соединений на потенциально опасных производствах, успешно применяются и в целом ряде других отраслей промышленности. В этой связи представляет интерес анализ применяемых технологий и оборудования для сварочных работ на подобных объектах.
Известно [3], что объективно существует две группы проблем, связанных с минимизацией рисков- возникновения аварийных ситуаций на потенциально опасных объектах.
Первая проблема связана с прогрессирующим старением основного и вспомогательного оборудования [4]. Вторая связана с использованием новых материалов при строительстве, ремонте и реконструкции опасных объектов, относящихся к сооружениям высокого уровня безопасности [5]. Анализ аварийности, выполненный Ростехнадзором [6], показывает, что основными причинами аварий в нефтегазовом комплексе РФ являются: - внешние физические воздействия на объекты (34,7 %); - нарушения норм и правил производства работ при строительстве и ремонте и отступления от проектных решений (24,7 %); - коррозионные повреждения (23,5 %); - нарушения технических условий при изготовлении труб, деталей и оборудования (12,4 %); - ошибочные действия персонала (4,7%). Можно предположить, что сходные причины и риски возникновения аварий характерны и для других потенциально опасных объектов, различающихся только значимостью отдельных факторов. На рис. 1 представлена функциональная модель причин возникновения и структурный анализ последствий аварийных ситуаций на потенциально опасных объектах [7].
Моделирование установившегося состояния
Как было показано в главе 1 основным способом сварки на потенциально опасных объектах, к которым относятся трубопроводы топливно-энергетического комплекса РФ, в настоящее время является сварка плавящимся- электродом. Это обусловлено простотой и дешевизной ее реализации в промышленном производстве. Однако способам сварки плавящимся электродом присущ ряд недостатков, в том числе значительное разбрызгивание металла электродного металла, проблемы качественного формирования швов в положении отличного от нижнего и их замыкания при сварке трубных конструкций, низкая стабильность переноса электродного металла через дуговой промежуток. Из работ [86,87] известно, что наиболее устойчивый перенос обеспечивается при сварке с КЗ, с перетеканием капли в сварочную ванну после гарантированного соприкосновения их поверхностей.
Несмотря на хорошие технологические характеристики сварки с КЗ ее использование в ряде случаев затруднено очень узким диапазоном значений параметров стабильного течения этого процесса [88,89]. Даже незначительные отклонения напряжения питания, электросопротивления сварочной цепи, скорости подачи электрода способны перевести его в режим сварки с капельным переносом или вызвать «примерзание» электрода. Из работ Э.А. Гладкова, Э.Л. Макарова, А.Е. Коротынского, Т. Era, J. Szekely и др. известны новые подходы к управлению процессами сварки и минимизации вероятности возникновения дефектов. Поэтому для устранения перечисленных недостатков, характерных для процессов сварки плавящимся электродом разрабатываются специальные технологические приемы изменения тока сварки, и скорости подачи электродной проволоки по определенному алгоритму [90]. Практическая реализация методов управления переносом капель через дуговой промежуток целенаправленно осуществляемыми на нее воздействиями с необходимым быстродействием стала возможным благодаря развитию микропроцессорной техники и созданию мощных транзисторных ключей [91], позволяющих осуществлять быструю коммутацию сварочного тока по сложному алгоритму управления [92].
Вышеизложенное показывает, что для использования управляемого переноса электродного металла с КЗ нужно решить проблему обеспечения устойчивого перетекания капель малого объёма в сварочную ванну.
При выполнении научных исследований используют разнообразные экспериментальные и теоретические методы, описанные в предыдущей.главе.
Для- теоретического изучения процессов при сварке плавящимся электродом целесообразно дополнить существующие физико-математические модели процесса дуговой сварки, учитывающие нагревание, плавление электрода и основные условия формирование капли описанием её переноса в ванну при КЗ, а также взаимодействие процесса с импульсным источником питания в контуре «источник,питания - дуга - электрод».
Такая модель позволит изучить и провести сравнительные исследования различных алгоритмов управления сварочными источниками [93], для обеспечения образования капель электродного металла требуемых размеров через дуговой промежуток и гарантированного перемещения их в сварочную ванну.
Известны модели плавления электродной проволоки и формирования капли при дуговой сварке без КЗ [94] и при переносе электродного металла естественными, периодически возникающими КЗ [95]. Однако в этих моделях не учитывают влияние изменения размеров капли и вылета электрода на параметры дугового разряда и особенности взаимодействия дуги с источником питания. Поэтому необходимо дополнить существующие модели процесса дуговой сварки, учитывающие нагревание, плавление электрода и основные условия формирование капли, дополнить описанием её переноса в ванну при КЗ, а также условиями минимального влияния на каплеперенос пространственного положения дуги при сварке плавящимся электродом.
Таким образом, имеются предпосылки создания физико-математической модели, пригодной для определения точных качественных и количественных требований к источникам сварочного тока, обеспечивающих управление переносом капель электродного металла в сварочную ванну.
Феноменологическая модель определяет процессы и их взаимодействие. Для дуговой сварки плавящимся электродом характерно сложное взаимодействие параметров процесса между собой, в системе «источник-дуга-электрод» [96]. На эти взаимодействия дополнительно накладываются особенности образования сварочной ванны и поддержания ее оптимальных размеров. На рис. 2.1 представлена схема, наглядно показывающая, какие физические процессы и явления должны быть описаны в модели.
Модель учитывает условия формирования дугового промежутка в условиях формирования капли и её переноса при КЗ. Переход в фазу КЗ описан в форме импульсной функции l(vf,ve,t), определяющей длину дуги в зависимости от скорости подачи V/ и плавления ve. Длина / дуги определяет её напряжение, что описано функцией U(l). Ток дуги / зависит от напряжения холостого хода С/о, динамического сопротивления R источника (угла наклона его вольтамперной характеристики (ВАХ)) и индуктивности L сварочной цепи. Скорость плавления электродной проволоки ve(I,Tj электрической дугой зависит от температуры Т:(1) подогрева вылета электродной проволоки.
Управление источником питания дуги описывается функцией UQ S), связывающей напряжение холостого хода UQ и сигнал рассогласования є. При стабилизации напряжения источника, это рассогласование определяется по разности между заданным Ua и фактическими U значениями напряжения дуги. При стабилизации тока рассогласование определяется разностью заданного и измеренного тока дуги.
Формирование импульсов описано функцией переключения К тока / дуги со значения If в фазе формирования капли на значение І0 в фазе КЗ в зависимости от текущего значения напряжения дуги U и падения напряжения в электродных областях дуги Ue.
Однако для установления качественных и количественных зависимостей для эффективного переноса капель электродного металла необходимо выполнить исследование быстропротекающих явлений при сварке с КЗ при импульсном управлении сварочным током.
Неуправляемый процесс сварки короткой дугой с естественными КЗ
При создании физико-математической модели дуговой сварки плавящимся электродом было установлено, что стабильный перенос электродного металла в ванну во многом определяется условиями плавления электродной проволоки. Возникающая при этом неустойчивость выражается в возникновении хаотических КЗ и обрывов дуги, приводящих к повышенному разбрызгиванию электродного металла. При этом невозможно качественное формирование шва из-за изменения энергетических параметров» дуги и изменения объема поступающего ві ванну электродного металла. Поэтому первой задачей исследования явилось исследование этого явления и определение области допустимых значений параметров, в которой процесс сварки устойчив. Это позволит определить технические требования к сварочным источникам для сварки плавящимся электродом и условиям выполнения сварочных работ.
Дляфешения поставленной задачи использовали разработанную модель в виде системы дифференциальных уравнений, которая представлена в главе 2 настоящего исследования. В модели учтены все существенные явления дуговой сварки плавящимся электродом при различных типах переноса электродного металла. При этом устойчивым считали процесс, при котором время достижения установившегося состояния не превышала 10-ти секунд, и при котором не возникали хаотические обрывы дуги.
Неуправляемый процесс сварки короткой дугой с естественными КЗ. При исследовании процесса варьировали напряжение холостого хода источника питания, угол наклона его ВАХ (динамическое сопротивление), а также индуктивность сварочной цепи при различных значениях диаметра и скорости подачи электродной проволоки.
При использовании, источника питания дуги с жесткой ВАХ и достаточно большим напряжением холостого хода UQ обеспечивается капельный перенос без КЗ, при этом процесс сварки после первичного возбуждения дуги быстро стабилизируется, рис. 3.3а. В установившемся состоянии процесс протекает со стабильной частотой отрыва капель.
Для перехода данного процесса в режим сварки с КЗ нужно уменьшить длину дуги, для чего нужно уменьшить напряжение холостого хода С/о источника. Однако при жесткой ВАХ при переходе в режим с периодическими КЗ возникает характерная неустойчивость процесса, рис. З.ЗЬ, характеризуемая периодическими обрывами дуги и повышенным разбрызгиванием электродного металла. Проведенные исследования показали, что процесс сохраняет устойчивость, только в случае достаточно малой индуктивность сварочной цепи. Поэтому другим способом получения устойчивого процесса с КЗ является увеличение наклона ВАХ источника, рис. 3.3с. Как показало моделирование, устойчивость процесса в значительной степени зависит от индуктивности сварочной цепи, причем с ростом индуктивности процесс становится, менее устойчивым. Например; если цепь питания дуги имеет индуктивность! О мГн при U0=20 В и наклоне ВАХ 0,03 В/А, то процесс сварки оказывается неустойчивым, рис. 3.3d. Влияние индуктивности на устойчивость процесса является специфическим только для сварки с периодическими КЗ, так, как при тех же параметрах процесс сварки без КЗ устойчив; о чем свидетельствуют данные приведенные на рис. З.Зе. Полученные результаты свидетельствуют о том, что устойчивость к возмущениям процессов сварки с КЗ и без КЗ во многом определяется индуктивностью сварочной цепи. Поэтому были выполнены исследования по установлению зависимости максимального значения индуктивности, при котором процесс становится неустойчивым. При этом оценивали влияние на устойчивость процесса напряжения /0и наклона ВАХ (рис. 3.4). Результаты исследований показали, что при увеличении напряжения холостого хода Щ и наклона ВАХ источника допустимое значение индуктивности существенно увеличивается. Однако типовые источники питания дуги, используемые при сварке в углекислом газе, имеют индуктивность 10...20 мГн и устойчивость процесса сварки с короткими замыканиями может быть обеспечена только при значительном наклоне (0,08...0.2 В/А) ВАХ источника и высоком напряжении его холостого хода U0, достигающего 30.. .50 В. Импульсный процесс с УКП. Известно [115], что для стабильного переноса электродного металла при сварке с КЗ, ток дуги необходимо увеличивать в фазе плавления электрода и формирования капли на заданное время, а затем скачкообразно его уменьшать без снижения скорости подачи проволоки. Этот прием приводит к уменьшению дугового промежутка, вплоть до замыкания его каплей электродного металла. Однако область существования такого процесса ограничена с одной стороны размерами капли, которая может удерживаться на конце электрода, а с другой стороны минимальным размером этой капли, при котором она может переноситься в сварочную ванну силами поверхностного натяжения. При выполнении исследования выяснили, что дополнительной сложностью реализации такого процесса является как первичное, и последующие возбуждения дуги. Связано это с тем обстоятельством, что начальное КЗ не идентифицируется системой управления как замыкание дугового промежутка каплей, поэтому система управления поддерживает ток в сварочной цепи, равным значениям тока дежурной дуги. Этот ток мал и не может расплавить вылет и вызвать возбуждение сварочной дуги. Поэтому на начальной стадии процесса при первых КЗ замыканиях дугового промежутка необходимо обеспечить восстановление дугового промежутка путем подачи источником достаточно большого тока КЗ.
Особенности работы сварочных инверторов от автономных источников электропитания
Понятие «инвертор» происходит от латинского «inverto» -переворачиваю, преобразовываю. Поэтому под сварочным инвертором понимается источник сварочного тока инверторного типа, основой которого является мощный ключевой преобразователь, работающий на частотах 20... 100 кГц с МОП либо IGBT транзисторы в качестве ключевых элементов. В последние годы IGBT транзисторы вытесняются модулями, имеющими элементы управления.
Выпрямленное через входной выпрямитель с емкостным накопителем энергии (1) напряжение питающей сети с помощью инверторного модуля (2) с трансформатором (3) преобразуется в высокочастотные импульсы. Так как частота преобразования составляет несколько десятков килогерц, то инверторный модуль кроме ключевых элементов и системы управления ими обязательно содержит высокочастотный импульсный трансформатор. Энергия этих импульсов преобразуется в постоянный ток выходным выпрямителем (4). Ток можно регулировать изменением длительности, импульсов (ШИМ) при помощи модуля управления (5). Система управления, опрашивая датчики тока (6) и напряжения (8) с необходимой точностью [116], позволяет задавать и стабилизировать сварочный ток, изменять наклон ВАХ, осуществлять аварийные отключения. Дроссель (7) обеспечивает дополнительную стабилизацию процесса горения дуги.
Существенным условием обеспечения устойчивости процессов дуговой сварки плавящимся электродом в защитных газах является создание условий гарантированного первичного и последующих повторных возбуждений дуги. Это имеет значение не только при сварке с КЗ дугового промежутка, но и при реализации процессов сварки с естественными КЗ, импульсно-дуговой сварки. Обеспечение гарантированного возбуждения дуги. В? настоящее время для гарантированного возбуждения дуги используются, следующие технологические приемы: стимулирование зажигания дуги при высоком значении коэффициента трансформации сварочного трансформатора путем повышения напряжения его холостого хода, стимулирование промежутка высоковольтными импульсами от отдельного генератора, применением вольтодобавочных схем, введение легкоионизирующихся элементов в сварочную дугу и др. Проведенный анализ показал, что наиболее рациональным решением данной проблем является введение в силовой модуль дополнительных емкостей. При работе инвертора на холостом ходу за счёт добротности первичного контура трансформатора ёмкость заряжается до напряжения, превышающего выходное напряжение сетевого выпрямителя. При зажигании дуги добротность силового контура падает, зарядка ёмкости прекращается, и напряжение на ней определяется только выходным напряжением выпрямителя. Это позволяет существенно повысить надежность повторного возбуждения дуги при сварке плавящимся электродом. Сварочные источники на потенциально опасных объектах могут работать, как от электрической сети промышленной частоты, так и от автономных (локальных) сетей. К сожалению, из-за различного" рода отклонений и помех реальный сигнал в этих сетях существенно отличается от идеального. Для электрических сетей характерны следующие виды отклонений в работе: 1) Отклонение напряжения. Непрерывное изменение электрических нагрузок в. распределительных и питающих сетях приводит к непрерывному изменению падений и потерь напряжения в них. Вследствие этого во всех пунктах сетей непрерывно изменяются значения отклонений напряжения. 2) Колебания напряжения. Показатели колебания напряжения нормируются по размаху изменения напряжения. Причины выхода показателей за пределы норм состоят в использовании мощных электрических потребителей с быстропеременными режимами работы, сопровождающимися резкими изменениями мощности- (главным образом реактивной) нагрузки. Наиболее распространенные электрические потребители, порождающие колебания напряжения, это — тяговые подстанции, приводы прокатных станов, сталеплавильные печи, электролизные установки. 3) Несинусоидальность напряжения. Подобные отклонения оценивается коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения. Причины выхода показателей за пределы норм состоят в использовании различных нелинейных электроприемников, таких как: вентильные преобразователи, силовое электрооборудование с тиристорными приводами,, дуговые и индукционные электропечи; люминесцентные лампы, установки- дуговой и контактной сварки, преобразователи частоты, бытовая техника! 4} Несимметрия трехфазной системы напряжения. Подобное отклонение трехфазной системы напряжения оценивается- коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности или коэффициентом несимметрии по нулевой последовательности. Причины выхода показателей за пределы норм состоят в использовании различных несимметричных или однофазных электроприемников, таких, как: дуговые сталеплавильные печи, тяговые нагрузки железных дорог на переменном токе, электросварочные агрегаты, осветительные установки, однофазная коммунально-бытовая нагрузка. 5) Отклонение частоты. Отклонение частоты оценивается по его отклонению от номинальных значений. Причина выхода показателя за пределы норм заключается в изменении величин генерируемой и (или) потребляемой мощности в энергосистеме. Ответственность за поддержание в норме отклонения частоты, согласно ГОСТ 13109-97, лежит на энергоснабжающих организациях. Перспективным способом подавления высших гармоник в сетях переменного тока является применение активных фильтров (компенсаторов неактивной мощности) [117].
