Почему выгодно приобретать сварочное оборудование производства ЗАО «Уралтермосвар»?

  1. Сравнительно низкие цены на продукцию и запасные части.
  2. Выездная сервисная служба завода очень быстро реагирует на замечания Потребителей. Оперативно проводит гарантийный ремонт, настройку и при необходимости обучение персонала.
  3. Инженеры-инструкторы по сварке бесплатно в 2-х дневный срок обучат сварщиков работе на новом высокотехнологичном оборудовании ЗАО «Уралтермосвар» в учебном центре завода (полуавтоматы, автоматы, установки плазменной резки, агрегаты).
  4. Предприятие проводит любые виды текущих и капитальных ремонтов выпускаемого сварочного оборудования в течение всего срока его эксплуатации.
  5. Продукцию ЗАО «Уралтермосвар» и запчасти к ней можно приобрести в представительствах завода в гг. Иркутск, Красноярск, Новосибирск, Сургут, Тюмень, Москва, Алматы, Караганда, Кустанай, Актау. Специалисты представительств окажут необходимую техническую поддержку и сервисные услуги.
  6. Предприятие постоянно работает над улучшением качества и сварочно-технологических свойств своей продукции, этому способствует 17-летний производственный опыт.
  7. Всё выпускаемое сварочное оборудование разработано собственным конструкторским бюро с учетом максимальной простоты ремонта и обслуживания Потребителем. На предприятии полный производственный цикл, с применением современного высокоточного технологического оборудования.
  8. ЗАО «Уралтермосвар» постоянно сотрудничает с научно-исследовательскими институтами: ООО «Газпром ВНИИГАЗ», ООО «НИИ ТНН», а также с НАКС по аттестации своей продукции на соответствие требованиям этих организаций.

close resize

Каталог продукции

Новинки
Продукция, аттестованная ПАО "Транснефть"
Продукция, аттестованная ООО "ГАЗПРОМ "ВНИИГАЗ"
Продукция для ОАО "РЖД"
Продукция для судостроения
 

Чопперы в источниках питания для дуговой сварки производства ЗАО "Уралтермосвар"

ЧОППЕРЫ В ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ
ПРОИЗВОДСТВА  ЗАО «УРАЛТЕРМОСВАР»

 Милютин В.С. (УГТУ-УПИ), Сивоплясов А.Г., Логинов А.Г., Окулов А. А., Костюк Д Е, Ездаков Ю.Б. (ЗАО "Уралтермосвар")

     Современный уровень развития силовых транзисторов поставил на повестку дня задачу широкого их внедрения в сварочное оборудование. Ведущие фирмы-изготовители полупроводниковых приборов предлагают транзисторно-диодные модули - чопперы. Чоппер в составе сварочного источника питания - это импульсный транзисторный преобразователь повышенного постоянного напряжения (50-100 В) в пониженное, необходимое для дуговой сварки (15-40 В) [1]. Так же принято называть и более сложные комплектные устройства на их основе, дополнительно включающие в себя входной емкостный фильтр, выходной дроссель, а также систему управления. Начиная с 2008 г, предприятие ЗАО «Уралтермосвар» конструирует и успешно внедряет в своих источниках такие модули. Итогом тщательного выбора имеющихся на рынке силовых элементов, а также проектирования микропроцессорной системы управления и разработки для нее программного обеспечения, ориентированного на решение задач современной сварочной технологии, стали две базовые модели чопперов:

-  автономный постовой регулятор ЧПР-315 для комплектования многопостовых систем вместо балластных реостатов,

-  встроенный регулятор ВЧР-400 (ВЧР-250) в составе сварочных вентильных генераторов, в свою очередь входящих  в агрегаты с двигателями внутреннего сгорания.   

    Автономный постовой регулятор (рис.1). В основу чоппера ЧПР-315 (рис.2) заложен силовой блок А1, состоящий из восьми параллельно включенных транзисторов VT1...VT8 и шести высокочастотных диодов VD1...VD6, а также из батареи конденсаторов С1...С24. Для сварки дугой обратной полярности входной разъем чоппера - штырь XP1 - подключается к плюсовому зажиму многопостового источника, а выходной разъем XS3 - к электрододержателю. Гнездо ХS2 подключается к общей минусовой шине источника.

Рис.1 Внешний вид чоппера ЧПР-315
Рис.1 Внешний вид чоппера ЧПР-315


Рис 2. Упрощенная принципиальная схема чоппера ЧПР-315

     Для запуска чоппера тумблером SA1 через предохранитель F запитывается микропроцессорный блок управления А2. В результате включается тиристор VS и производится зарядка буферных конденсаторов С1...С24, на этом завершается подготовка чоппера к работе. Принцип действия транзисторного преобразователя заключается в следующем. В момент касания электродом детали блок управления отпирает транзисторы. В результате от источника к дуге по пути XP1-VS-(VT1...VT8)-L-XS3 проходит ток - идет первый период длительностью не более 40 мкс. Затем транзисторы выключаются, и ток в нагрузке поддерживается ранее запасенной энергией дросселя  по пути (VD1...VD6)-L-XS3 - идет второй период. Далее процессы в преобразователе повторяются с частотой 25 кГц. Режим сварки настраивается потенциометром RP1 «сварочный ток», либо таким же потенциометром на дистанционном пульте, подключаемом к разъему XS4. Форсирование дуги настраивается потенциометром RP2 «ток короткого замыкания». Характеристики системы управления в зависимости от типа покрытия используемых электродов можно изменить тумблером SA2 « Электрод основной-целлюлозный». В блок управления поступают также непоказанные на схеме сигналы датчика тока, с помощью которого осуществляется обратная связь по сварочному току, а также температурного датчика, контролирующего нагрев силового блока. Кроме управления работой силового блока, тиристора и вентилятора блок А2 обеспечивает индикацию параметров режима при настройке и сварке, а также предупреждений о неисправностях.

      Важное отличие чоппера от балластного реостата заключается в том, что ток на его входе в 2-3 раза меньше, чем ток на выходе - сварочный ток.  По этой причине для подключения чоппера  к многопостовому источнику можно использовать более тонкие провода. Главное же, количество постов, питаемых от общего источника, может быть увеличено в 1,5-1,8 раза, поскольку КПД чоппера составляет 0,8-0,95, тогда как у балластного реостата он не превышает 0,5, а на низких режимах опускается до 0,25. Например, к многопостовому выпрямителю марки ВДМ-1201 с учетом коэффициента одновременности 0,65 можно подключить 12 чопперов марки ЧПР-315. Причем экономия электроэнергии от замены одного балластного реостата чоппером за одну смену может составить 50 кВт-ч.

       В технологическом процессе сварки система управления чоппером выполняет следующие функции:

- формирование комбинированной внешней характеристики,
- плавное регулирование сварочного тока,
- стабилизацию сварочного тока,
- начальное ограничение напряжения холостого хода,
- программное управление пуском,
- защиту от прилипания,
- форсирование дуги при крупнокапельном переносе.

     Более подробно рассмотрим внешнюю характеристику, предназначенную для сварки электродами с  основным покрытием (рис. 3):

Рис. 3. Внешняя характеристика чоппера ЧПР-315 для сварки электродами с основным покрытием
Рис. 3. Внешняя характеристика чоппера ЧПР-315 для сварки электродами с основным покрытием

- начальный жесткий участок 1 (с напряжением холостого хода 76 В и наклоном 0,04 В/А) проходит на 2-4 В ниже внешней характеристики многопостового источника;

- крутопадающий участок 2 (с наклоном 2 В/А) предоставляет возможность снижения тока при удлинении дуги, что может оказаться полезным при сварке в пространственных положениях, отличных от нижнего;

- вертикальный участок 3 является основным, на котором располагается точка устойчивого горения дуги и смещением которого на пересечении с характеристикой условной нагрузки U=20+0,04 I выполняется настройка сварочного тока (Iсв=30-315А);

- участок короткого замыкания 4, смещением которого настраивается ток форсирования (1-1,7 Iсв) для управления переносом электродного металла.

    Для иллюстрации действия специальных функций рассмотрим с помощью осциллограмм тока и напряжения процесс зажигания дуги при сварке более проблемными электродами с целлюлозным покрытием (рис.4). Перед сваркой чоппер находится в безопасном состоянии ожидания с ограниченным напряжением холостого хода Uох =12 В. С момента касания электродом детали ограничение снимается, и чоппер переходит к работе с полным напряжением в режиме горячего пуска при токе короткого замыкания, зависящем от настроенного сварочного (Iк =1,5Iсв). Поскольку короткое замыкание затянулось более 0,5 с, сработала защита от прилипания, и ток короткого замыкания был ограничен величиной Iок , равной 30А. Это облегчает отрыв прилипшего электрода и переход к режиму холостого хода. Поскольку последовавший далее интервал холостого хода с полным напряжением Uх не превысил допустимого значения 0,8 с, то снижения напряжения до 12 В не произошло. Поэтому при новом касании электродом детали сначала возник режим короткого замыкания, а затем - дуга в режиме горячего пуска с током Iгп =1,5Iсв. Горячий пуск способствует надежному установлению дугового процесса, полному проплавлению начального участка шва и предупреждению начальной пористости. По истечении 1,5 с чоппер перешел к режиму сварки с настроенным током Iсв

Рис.4 Осциллограммы тока и напряжения при зажигании (электрод марки Fox Cel  диаметром 4 мм, ток 160 А, прямая полярность)
Рис.4 Осциллограммы тока и напряжения при зажигании (электрод марки Fox Cel диаметром 4 мм, ток 160 А, прямая полярность)

      Динамические свойства чоппера можно оценить, например, с помощью осциллограмм тока I и напряжения U, записанных с разной скоростью. Режим сварки, представленный на рис. 5 : электрод диаметром 4 мм марки  ОК 53.70 (переключатель типа электродного покрытия - в положении «основной»), дуга обратной полярности,  настроенный сварочный ток Iсв =160А, настроенные специальные функции - начальное ограничение напряжения холостого хода 12 В, горячий пуск 240 А, 0,5 с, форсирование дуги при коротких замыканиях каплями Iкк =190 А. На рис.5,а, полученном при самой медленной записи (1 с/дел), обнаружено четкое соблюдение циклограммы пуска (начальное ограничение напряжения холостого хода-горячий пуск-сварка), а также очень высокая стабильность сварочного тока (отклонения тока от настроенного не более ±3%). На рис.5,б, полученном при скорости 0,25 с/дел, выявляются моменты коротких замыканий при переносе капель по резким снижениям напряжения и пикам тока короткого замыкания каплями Iкк . Видно, что перенос регулярный с частотой около 4 Гц. На рис. 5,в, полученном при скорости 50 мс/дел, можно измерить длительность короткого замыкания каплей. Она составила 12-15 мс, что говорит об умеренно энергичном переносе, который зависит от настроенного значения тока форсирования. Наконец, на рис 5,г, полученном при скорости 0,04 мс/дел, проявляется принцип широтно-импульсного модулирования с частотой 25 кГц. На кривой тока  участок подъема соответствует первому периоду работы чоппера - интервалу включенного состояния силовых транзисторов, а участок спада тока - второму периоду, т.е. питанию дуги энергией дросселя. Видно, что колебания тока при этом составляют около 15%. Однако на устойчивости процесса сварки это не отражается, поскольку быстродействие тепловых процессов в дуге ниже, чем у электрических процессов  в чоппере.

Рис.5  Осциллограммы сварочных тока и напряжения при разной развертке
Рис.5 Осциллограммы сварочных тока и напряжения при разной развертке

   

      Некоторые результаты технологического эксперимента по испытанию сварочных свойств регулятора ЧПР-315 при его питании от многопостового выпрямителя ВДМ-1201 отражены в табл., остальные - обобщенно в нижеследующем тексте. При сварке электродами с покрытием основного типа марки УОНИ-13/55 диаметром 2,5; 3; 4; 5 и 6 мм (режимы 1-4) чоппер показал высокий уровень сварочных свойств, как на нормальном режиме, так и при пониженном до 50-70% токе, в том числе на вертикальной поверхности. Вероятность зажигания дуги с первого касания в среднем составляет 85%, поскольку функция горячего пуска препятствует прилипанию электрода и повышает надежность перехода к дуговому процессу. Другая характеристика надежности начального зажигания - предельная начальная длина дуги - также имеет высокие значения - от 10 до 16 мм, т.е. превышает рекомендуемую при сварке длину дуги в 3-4 раза, если считать длину равной диаметру электрода. Устойчивость горения абсолютная - ни одного обрыва дуги при полном расплавлении электрода, в том числе на минимально допустимом по технологическим рекомендациям режиме №1 (для электрода 3 мм - 60 А). А в специальном эксперименте с плавным снижением тока для этого же электрода минимальный ток устойчивого горения дуги составил 40 А. Эластичность дуги характеризуется довольно большой разрывной длиной дуги - 15-21 мм. Устойчивости дугового процесса и эластичности дуги способствует, в частности, высокочастотная пульсация тока (25 кГц). Стабильность тока очень высокая - относительные отклонения тока не превышают 1% от настроенного значения (при измерении цифровым индикатором чоппера с усреднением за 1,5 с). Это объясняется крутым наклоном внешней характеристики на основном участке, а фактически - высоким быстродействием микропроцессорной системы управления с обратной связью по сварочному току. Перенос электродного металла имеет типичный  для этих электродов регулярный крупнокапельный характер с кратковременными замыканиями электродными каплями на ванну. Частота переноса для электродов диаметром 2,5-6 мм составила соответственно 8-1 Гц, а длительность короткого замыкания каплями - от 4,2 до 14,8 мс. Система управления позволяет форсировать  перенос увеличением тока короткого замыкания, что полезно при сварке на вертикали, или, наоборот, снизить интенсивность переноса при повышенной склонности электродов к разбрызгиванию. Субъективная оценка разбрызгивания по ГОСТ 25616-83 при оптимальной настройке форсирования также довольно высока - от 4 до 5 баллов. Высоко по этому ГОСТу оценивают сварщики-эксперты и  качество формирования шва - также 4 -5 баллов.

Таблица
 Сварочные свойства чоппера ЧПР-315 в комплекте с выпрямителем ВДМ-1201

№ режима

1

2

3

4

5

6

7

Марка электрода

 

УОНИ 13/55

LB-52U

OK 53.70

Kessel

5520Mo

Диаметр электрода, мм

3

3

5

6

3,2

4

4

Установленный ток,

 А

60

100

200

320

110

160

160

Сварочное напряжение, В

22-28

21-23

23-26

28-35

22-24

21-24

23-27

НАДЕЖНОСТЬ  ЗАЖИГАНИЯ

Ручное зажигание/ прилипание/обрыв

-

10/0/0

8/1/1

10/0/0

7/2/1

9/1/0

8/2/0

Предельная начальная длина дуги, мм

-

11

16

-

14

14

13

Разрывная длина дуги, мм

-

15

18

-

    17

18

17

УСТОЙЧИВОСТЬ  ПРОЦЕССА   И СТАБИЛЬНОСТЬ  РЕЖИМА

Частота обрывов, раз/электрод

0

0

0

0

0

0

0

Минимальный ток горения дуги, А

-

40

95

-

43

76

68

Относительные отклонения тока, %

1

1

0,5

0,5

1

1

0,5

ПЕРЕНОС  МЕТАЛЛА

Частота переноса с короткими замыканиями, Гц

2,0

7,2

2,8

1,0

7,0

3,2

2,8

Длительность коротких замыканий каплями, мс

8,9

4,2

12,0

14,8

4,7

12,0

14,6

СУБЪЕКТИВНАЯ  ОЦЕНКА  ПО  ГОСТ 25616-83

Разбрызгивание металла, балл

5

5

5

4

5

5

5

Формирование шва, балл

4

5

5

5

5

5

5

   Электроды марки УОНИ 13/55 обеспечивают высокие прочность и пластичность сварного соединения, но считаются низкотехнологичными из-за большого количества деионизирующих компонентов в покрытии. Поэтому дополнительно сварочные свойства испытывались с использованием более технологичных электродов, предназначенных для монтажа  и ремонта трубопроводов - марок LB-52 U, OK53.70 и Kessel 5520Mo.  Большинство характеристик сварочных свойств оказались у них несколько лучше, чем у электродов марки УОНИ (табл., режимы № 5-7). Иначе обстоит дело у электродов с целлюлозным покрытием, например, марки Fox Cel. Как известно, такие электроды используются  для выполнения корневого прохода при сварке трубопроводов, в частности дугой прямой полярности методом «сверху вниз». Но технологические свойства у таких электродов существенно хуже, чем у электродов с основным покрытием. Некоторые их недостатки удается исправить за счет синергетической настройки специальных функций чоппера. Так, при установке переключателя «Электрод» в положение  «Целлюлозный»  внешнюю характеристику на основном участке делают более пологой. Ее наклон составляет  0,8 В/А, что придает чопперу возможность оперативного управления током посредством изменения длины дуги. Для повышения надежности зажигания длительность горячего пуска увеличивают до 1,5 с. Эти и другие корректировки микропроцессорного управления позволили поднять сварочные свойства чоппера при сварке электродами с целлюлозным покрытием до приемлемого уровня

    В отдельном эксперименте выяснялась допустимость колебаний напряжения и наклона характеристики источника. С этой целью понижали на 38% и повышали на 11% первичное напряжение источника - многопостового выпрямителя ВДМ-1201. Приемлемый уровень сварочных свойств при сварке электродами с основным покрытием сохранялся во всем  интервале соответствующего изменения напряжения холостого хода источника - от 50 до 89 В при норме 80 В. При сварке электродами с целлюлозным покрытием минимально допустимое значение напряжения холостого хода составило 60 В. Наклон характеристики первичного источника менее 0,07 В/А практически не влияет на сварочные свойства.

   Встроенный чоппер ВЧР-400 устанавливается в правой нише на передней панели сварочного агрегата АДД-4005 (рис.6). Схема вентильного генератора ГД-45 с этим чоппером, а также эксплуатационные возможности агрегата  были описаны ранее [2]. Частота преобразования энергии в чоппере также составляет 25 кГц, а необходимые внешние характеристики и специальные свойства формируются платой управления, подобно тому как это делается в автономном чоппере. Поэтому уровень его сварочных свойств близок к выше описанному. Так, вероятность зажигания с первого касания и здесь достигает 85%, что объясняется использованием еще одного оригинального приема, полностью устраняющего прилипание электрода - мягкого пуска, т.е. зажигания  с короткого замыкания на пониженном до 40 А токе. Устойчивость процесса высокая - ни одного обрыва на нормальном режиме и очень редкие обрывы при понижении тока до 60-70% от нормального (для электрода марки УОНИ 13/55 диаметром 3 мм - соответственно 100 А и 60 А). Разбрызгивание при правильно настроенном форсировании субъективно оценивается  в 4-4,5 балла, а формирование шва - в 4,5-5 баллов.
 
  Рис.6  Внешний вид агрегата АДД-4005 Урал
Рис.6 Внешний вид агрегата АДД-4005 Урал 
 
Встроенные чопперы ВЧР-250 используются также в составе двухпостового агрегата АДД-2х2501 и компактного агрегата Урал-260.

Выводы:

1. Автономный постовой регулятор марки ЧПР-315, используемый в многопостовых системах вместо балластного реостата:
- обеспечивает экономию электроэнергии,
- обеспечивает безопасное напряжение холостого хода,
- допускает подключение большего количества постов к одному источнику,
- обеспечивает плавное регулирование сварочного тока с дистанционного регулятора,
- благодаря наличию комбинированной внешней характеристики и специальных функций обладает лучшими сварочными свойствами.

2. Встроенные регуляторы  ВЧР-250 и ВЧР-400 позволяют улучшить сварочные свойства генераторов и комплектуемых ими агрегатов

Список литературы:

1. Каталог «Сварочное оборудование. Сварочные материалы. Аксессуары». Lincoln Electric. Изд. на рус. яз. 2007 г.
2. Сивоплясов А.Г., Гусев А.В., Гималтдинов М.Ю., Милютин В.С. Новое поколение агрегатов с электронным управлением, «Сварка и диагностика», 2008, №3.