Оборудование для гаэопламеяаой и дуговой резка

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

для ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ РЕЗКИ

Источник питания при плазменно-дуговой резке должен обеспечивать устойчивое горение и постоянство рабочего тока дуги, горевие которой сопровождается рядом флуктуанионных, термодинамических и электрических процессов, приводящих к изменению напряжения с различными частотами. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) такой дуги представляет собой полосу, ширина которой определяется амплитудой имеющихся колебаний (рис. 5).

При резке также важно, чтобы рабочий ток в момент зажигания нарастал либо плавно, либо ступенчато. Время нарастания определяется секундами. Источники питания плазменных резаков должны иметь возможно меньшие массу и габариты, высокий КПД, cos ф и обеспечивать возможность регулирования рабочего тока. В наибольшей мере указанным требованиям удовлетворяют специализированные источники тока. Основные параметры выпрямителей (рабочий ток, условное рабочее напряжение, напряжение холостого хода, пределы регулирования )абочего тока, режим ПВ и др.) регламентированы ОСТ 14935-77 (табл. 13). Формирование крутопадающих внешних статических характеристик (ВСХ) в современных вьшрямителях осуществляется применением дросселей насыщения (L), использованием схем с управляемыми полупроводниковыми элшевтами (тиристорных выпрямителей), а также схем, работающих по принципу резонанса напряжения в трехфазных цепях (параметрических источников тока) или использованием трансформаторов с падающей ВСХ,

Наиболее простую электрическую схему имеют выпрямители, в которых падающая ВСХ сформирована применением силовых трансформаторов с соответствующей характеристикой. Например, в серийно изготовляемых аппаратах У ВПР-Киев и АВПР-2 для воздушно-плазменной резки три сварочных трансформатора (СШТ-500 или ТД-5(Ю) соединены в трехфазную схему с вьшрялштельным мостом иа кремниевых вентилях VJ-V6 (рис. 6). Вторичные обмотки трансформаторов выполнены двумя изолированными шинами, поэтому при пересоединении их последовательно можно вдвое увеличить напряжение и соответствжно уменьшить ток. Если при этом обмотки трансформатора соединить по схеме треугольник-звезда, то выпрямленное напряжение достигает 300 В. Эти аппараты характеризуются значительными массой и габаритами и имеют пологопада-ющие ВСХ.

Формирование крутопадающих ВСХ источника питания с дросселями насыщения осуществляется изменением реактивного сопротивления путем регулирования постоянным током величины подмагничивания магнитопровода. ДН представляет собой замкнутый магнитопровод, на который надеты реакторная (силовая) обмотка и обмотка подмагничивания. Наиболее совершенной схемой выпрямителя с дросселем насыщения является схема источника ИПР-120/600 (рис. 7, а).

Неизменное направление тока в реакторных обмотках дросселя (обмотки WC), включенных последовательно с кремниевыми вентилями выпрямительного моста, дает возможность осуществить внутреннюю обратную связь. Сердечники дросселя намагничиваются рабочим током, что позволяет существенно уменьшить расчетную мощность, габариты, ток управления и резко повысить коэффициент усиления. Благодаря дополнительным обратным связям ВСХ выпрямителя ИПР-120/600 отличаются высокой крутизной, неизменной в широком диапазоне рабочего тока и напряжения (рнс 7,6).

Рис. 5. Внешняя статическая характеристика источника тока (/) и вольт-амперная характеристика режущей дуги (2-2)

Источники питания для плазменно-дуговой резки

13. Оспошные параиетры внпря.чителей для плазменно-дуговой резки

РНс. 6. Электрическая схема источника питания с использованием сварочных транс-фop4aтopoв

Рис. 7. Электрическая схема (о) и ВСХ {б) выпрямителя с L дросселем насыщепля ИПР-120/600

Выпрямители ВПР-602 и ВПР-403 выполнены по принципиальной схеме без внутренней обратной связи. Особенностью такой схемы являются параметрическая стабилизация выпрямленного тока в диапазоне изменения напряжения дуги, что исключает необходимость введения внешних обратных связей. Однако для увеличения длины крутопадающего участка BGX вместе с обмоткой управления уложено несколько витков, включенных в силовую цепь и выполняющих роль отрицательной обратной связи по току. Данные выпрямители по сравнению с выпрямителем МПР-120/600 отличаются более простой схемой и меньшей инерционностью.

Однако они уступают ему по

f Г f

\ \ \

-380В

vw -СИ-!

Рис. й. Блок-схема тиристорного липеля для плазменной резки

выпря-

массе и по форме ВСХ.

Во всех выпрямителях с L расчетная мощность последнего близка к расчетной мощности силового трансформатора. Поэтому источники тока этого вида отличаются по.;ьшой массой и низким cos ф. Недостатком данных выпрямителей является также инерционность цепей управления. Указанные недостатки устранены в тиристорных выпрямителях для плазменно-дуговой резки металлов.

Тиристорный выпрямитель (рис. 8) с крутопадающими ВСХ представляет собой замкнутую систему авторегулирования с отрицательной обратной связью по току и положительной по напряжению. Такой выпрямитель обычно состоит из силового понижающего трансформатора Т с жесткой ВСХ, основного выпрямительного моста, собранного на силовых тиристорах VI-V6, сглаживающего дросселя L с диодом V0, блоков управления фазосдвигающего устройства ФСУ и блока обратных связей БОС, с помощью которых формируются круюпадающие ВСХ и стабилизируется рабочий ток. Тиристорные выпрямители обычно укомплектованы элементами управления процессом плазменной резки. Поэтому в их схемы включают дополнительный маломощный источник питания V7-V12 аля дежурной дуги, блок поджигания БП и другие так, что в комплексе такие устройства представляют собой полнокомплектные режущие аппараты, отличающиеся друг от друга по назначению, техническим характеристикам, а также по cxeMiio-кокструк-тивному решению. Отечественная промышленность выпускает тиристорные аппараты Киев-2 и АПР-402-У4 для машинной плазменной резки, УПР-201 УЗ для ручной резки, универсальный аппарат ОПР-б-ЗМ для ручной и машинной резки.

Несмотря на преимущества тиристорных выпрямителей для плазменно-дуговой резки (компактность, незначительная масса, высокие КПД и cos ф), они имеют сложную электрическую схему и требуют высококвалифицированной настройки при изготовлении и эксплуатации. С этой точки зрения определенными преимуществами обладает выпрямитель на базе индуктивно-емкостного преобразователя, к которому относится источник питания аппарата Киев-4 (ИЭС им. Е. О. Патона). Преобразователь такого типа (рис. 9) имеет три однофазных дросселя L1-L3 и три конденсаторные батареи С1-СЗ, настроенные в резонанс. В его силовую часть входит трехфазный трансформатор Т с жесткой ВСХ и выпрямительный мост (диоды VI-V6). ВСХ такого источника (рис. 10) обеспечивают стабильный ток сравнительно низкое напряжение холостого хода, высокие КПД и

cos ф. Однако такие источники имеют большую массу по сравнению с тиристорными и для обеспечения динамической устойчивости дуги требуют дополнительной индуктивности в цепи выпрямленного тока.

В ряде случаев при отсутствии специальных выпрямителей для плазменно-дуговой резки можно применять стандартные сварочные источники тока: выпрямители, электромашинные преобразователи и в особых случаях передвижные сварочные агрегаты. При использовании сварочных источников следует руковод ствоваться следующим: 1) подбирать источники с падающими ВСХ; 2) учитывать, что все однопостовые сварочные источники при нагрузке их на номинальный ток

1 i i

Рис. 9. Электрическая схе.ма индуктивно-емкостного преобразователя для плазменной резки

Рис. 10, ВСХ индуктивно-емкостного преобразователя для плазменной резки

рассчитаны на продолжительность работы (ПР) не более 65%; 3) рабочее напряжение при резке превышает номинальное напряжение сварочных источников питания поэтому возникает необходимость в последовательном соединении двух или трех идентичных агрегатов; 4) для обеспечения нормальной работы плазменного ре.чака доллна быть смонтирована дополнительная система управления, При выборе источника питания предпочтение отдается сварочным выпрямителям, которые отличаются от генераторов бесшумностью, имеют более высокий КПД и cos ф и надежны в эксплуатации. В качестве источников тока для питания ручных плазмотронов можно использовать сварочные выпрямители ВКС-500, ВД-502, ВДУ-504 или сварочный преобразователь ПД-501 и др.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВОЗДУШНО-ДУГОВОЙ РЕЗКИ

Комплект оборудования для воздушно-дуговой резки представлен на рис. 11. Ручной воздушно-дуговой резак представляет собой устройство для контактного закрепления электрода, снабженное каналами и сопловой системой для подачи струй сжатого воздуха в зону режущей дуги. В качестве электродов при воздушно-дуговой резке используют угольные, графитовые или графитированные цилиндрические стержни диаметром 6-20 мм или пластинчатые электроды сечением до 400 мм. Обычно применяют электроды длиной 250-350 мм. Для уменьшения окислительного износа боковые поверхности электрода покрывают тонким слоем меди или алюминиево-окисным покрытием.

Типоразмеры ручных воздушно-дуговых резаков установлены стандартом ГОСТ 10796-74 (табл. 14), Определяющим параметром резаков является номиналь-

Рис. 11. Комплект оборудо вання для воздутЕшо-дуго вой резки:

/ - ручной воздушно-дуговой резак; 2 - источник тока; 3 источник сжатого воздуха; 4 соединительные шл.анги; 5 - соединительные провода; 6 - ка бель-шлзнг; 7 - электрод; 8 обрабатываемый металл

НЫЙ ГОК. С током связаны площадь сечения применяемых электродов, масса токо-ведущих частей, определяемая ею общая масса резака к соответственно его назначение и производительность. Легкие резаки, рассчитанные на небольшие токи и применение электродов малого диаметра, служат для монтажных работ: подрубки корня и удаления дефектных участков сварных швов, подрезки кромок я т. п. операций. Резаки для больших токов рассчитаны на применение пластинчатых и цилиндрических электродов большого сечения и служат главным образом для обработки отливок: удаления прибылей и литников, зачистки поверхностей и др. Резаки для средних токов являются универсальными. Их используют для выполнения всевозможных операций поверхностной и при необходимости разделительной резки,

Основные части воздушно-дугового резака: головка с контактным зажимным и сопловыми устройствами и рукоятка с узлом крепления токо- и воздухоподводя-

14. Техническая характеристика ручных коадушио-дуговых резаков

Типоразмер по ГОСТ 10796-74

РВДм-315

РВДу-500-1

РВДу-500-2 РВДу-800-1 РВДу-800-2 РВДл-1000-1

РВДл-ГООО-2 РВДл-J 600

РВДл-2000

Назвачевне

Род тока

Номинальный ток. А

Масса выплавляемой

за 1 ч стали, кг не менее

Масса резака, кг (без кабеля и шлангов)

Пракечание Давление ва входе в резак 6,3 кгс/с№

Рис. 12. Схема расположения электрода в резаке и ориентировка воздушных струи в начале (7) и конце ( ) резки одним электродом:

/ - неподвижная контактная колсдка; 2 - поднажная колодка; 3 - поворотная сопловая губка; 4 - воздушная струя; 5 - электрод; 5 - обрабатываемый металл; 7 - продукты резки; S - выстроганная каиавка; 9 - направление выброса струи; /j

максимальная и 1 - минимальная свсодяая длина (вылет) электрода

щих коммуникаций. Контактно-зажимные устройства монтажных и универсальных резаков, как правило, имеют две сжимаемые пружинами контактные поверхности (колодки), между которыми закрепляют элтрод. Это обеспечивает наибольшее быстродействие при смене электродов. Такие зажимы предусматривают возможность установки электрода под произвольным углом к рукоятке. Литейные резаки снабжают клиновыми или винтовыми контактно-зажимными устройствами, обеспечивающими надежный контакт, необходимый для передачи тока значительной величины.

Сопловые устройства современных воздушно-дуговых резаков, как правило, выполняют в виде цилиндрических каналов в контактных колодках (рис. 12). Такие сопла формируют наиболее целесообразные для резки воздушные струи, ориентированные под небольшим углом вдоль боковой поверхности электрода. Для удаления металла, расплавленного дугой, обычно достаточно двух параллельных струй, следующих за электродом в направлении резки. Поэтому сопловые устройства часто выполняют только в одной из контактных колодок. Положение такого резака соответственно ориентируют относительно направления резки.

Для подачи воздуха в резак применяют резинотканевые рукава, в воздушном канале которых прокладывают гибкий провод, подводящий рабочий ток. Источниками тока при воздушно-дуговой резке служат сильноточные сварочные генераторы или выпрямители постоянного тока, а при резке на переменном токе - трансформаторы с пологопадающей или жесткой вольт-амперной характеристикой. Сжатый воздух отбирают из заводской магистрали или от передвижного компрессора, обеспечивающего часовой расход 20-50 мч при давлении на выходе 4- 7 кгс/см. Присутствие влаги в воздухе не является вредным при воздушно-дуго-