Способы дуговой сварки - Сварочная дуга переменного тока
Подробности- Подробности
- Опубликовано 25.05.2012 16:20
- Просмотров: 34556
СВАРОЧНАЯ ДУГА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И УСЛОВИЯ ЕЕ ГОРЕНИЯ
Условия горения сварочной дуги переменного тока значительно отличаются от условий горения сварочной дуги постоянного тока. При питании сварочной дуги от источника переменного тока, например трансформатора, к концу каждого периода напряжение дуги и сварочный ток уменьшаются до нуля. Это приводит к снижению температуры и ионизации газовой смеси в приэлектродных областях и в столбе дуги и уменьшению проводимости дугового промежутка, дуга угасает. В начале следующего периода напряжение дуги и сварочный ток меняют свое направление, вызывая рекомбинацию объемных зарядов в приэлектродных областях за счет изменения направления электрического поля сварочной дуги. Это вызывает большее снижение ионизации газовой смеси, затрудняя возбуждение сварочной дуги.
Рассмотрим электрическую схему питания сварочной дуги переменного тока (рис. 3). Источником питания в данной схеме является однофазный понижающий трансформатор Т с жесткой внешней характеристикой. Резистор R предназначен для изменения значения сварочного тока и формирования падающей внешней характеристики источника питания сварочной дуги. К выходу электрической схемы подключены электрод Э и изделие И.
Изменение мгновенных значении напряжения и.г вторичной об-, мотки трансформатора, напряжения дуги и тока, протекающего по сварочному контуру, в течение положительного и отрицательного полупериодов показано на рис. 4. Эта зависимость получена с помощью светолучевого осциллографа. Так как в сварочном контуре преобладает активное сопротивление R, то максимальное и нулевое значения тока /2, напряжений U2 и иА совпадают по фазе. В отрицательном полупериоде в момент времени t = ty угасания дуги напряжение «2 снижается до напряжения угасания, значение которого недостаточно для создания необходимых условий существования сварочной дуги, т. е. ток /2 и напряжение дуги ил снижаются до значения, близкого к нулю, при этом наблюдается угасание дуги. Такое состояние продолжается до момента времени / = /„ возбуждения дуги в положительном полупериоде. Интервал времени от t = ty до t = tB называют временем перерыва tn в горении сварочной дуги. В этот интервал времени ток /2, протекающий по сварочному контуру, не равен нулю. Это объясняется тем, что в дуговом промежутке в данный момент времени активное пятно катода еще способно излучать электроны, а также наличием плазменных потоков в столбе дуги. В дуговом промежутке в течение времени tn наблюдается тлеющий разряд, а не дуговой. В момент времени t = tQ напряжение «2 достигает необходимого значения напряжения повторного возбуждения сварочной дуги, и в дуговом промежутке создается напряженность электрического поля такого значения, при котором начинается интенсивное зарождение свободных электронов, приводящее к восстановлению дугового разряда.
Если в сварочном контуре преобладает активное сопротивление, то в течение времени /„ отсутствуют условия для дугового разряда, сварочная дуга угасает. Сила тока /2 и скорость нарастания тока dii/dt в течение этого времени очень незначительны, сварочный контур разомкнут. Начиная с момента времени t = tB создаются необходимые условия для возбуждения сварочной дуги, что приводит к резкому увеличению силы тока |g; и скорости его нарастания di2/dt.
Уменьшения времени перерыва в горении сварочной дуги tn можно достичь следующими способами: введением химических элементов с низким потенциалом ионизации в газовую среду сварочной дуги, увеличением напряжения вторичной обмотки трансформатора или частоты питающего напряжения, увеличением индуктивного сопротивления сварочного контура и введением в сварочный контур батареи конденсаторов.
При введении химических элементов с низким потенциалом ионизации в сварочную дугу снижается значение напряжения повторного возбуждения, улучшаются условия горения сварочной дуги. Это объясняется
сохранением проводимости дугового промежутка в течение длительного времени после угасания дуги. Химические элементы с низким потенциалом ионизации входят в состав покрытия электродов для ручной дуговой сварки или в состав флюсов при автоматической сварке под флюсом.
При постоянном значении напряжения повторного возбуждения время перерыва горения сварочной дуги можно уменьшить путем повышения напряжения холостого хода сварочного трансформатора. Однако повышение напряжения холостого хода ограничено условиями электробезопасности при проведении сварочных работ и технико-экономическими показателями источников питания (увеличение габаритных размеров источника питания, расход обмоточных материалов и т.д.). Поэтому для источников питания переменного тока принято отношение между напряжением холостого хода источника и напряжением дуги.
При постоянном значении напряжения повторного возбуждения U„. во время перерыва горения сварочной дуги можно уменьшить до /„2 увеличением частоты напряжения питания сварочной дуги (рис. 5). При этом частота напряжения питания сварочной дуги должна быть в 5—9 раз больше частоты fi напряжения питающей сети. С повышением частоты напряжения питания сварочной дуги при прочих равных условиях уменьшаются размеры и масса трансформатора, а также увеличивается индуктивное сопротивление его обмоток. Однако сварочная дуга, питаемая напряжением -повышенной частоты, издает звук высокой тональности, что приводит к быстрой утомляемости сварщиков.
Для снижения времени перерыва горения сварочной дуги широкое распространение получил метод увеличения индуктивного сопротивления обмоток трансформатора, С этой целью трансформаторы для ручной дуговой сварки и сварки под флюсом изготовляют с увеличенными магнитными потоками рассеяния, обмотки которых имеют повышенное индуктивное сопротивление. Причем индуктивное сопротивление обмоток. Уменьшение времени перерыва горении дуги при увеличении частоты напряжения сети.
Изменение мгновенных значений, в сварочном контуре с большой индуктивностью трансформатора выбирают с таким расчетом, чтобы падение напряжения на индуктивном сопротивлении было несколько больше или равно напряжению повторного возбуждения.
На рис. 6 показано изменение мгновенных значений напряжения вторичной обмотки трансформатора U2, тока zV, протекающего по сварочному контуру, напряжения дуги мд и падения напряжения на индуктивном сопротивлении вторичной обмотки трансформатора. Изменение значений мг, справедливы при условии, что сварочная дуга заменена активным сопротивлением Ra. Увеличение индуктивного сопротивления' приводит к снижению коэффициента мощности сварочного трансформатора. Для обеспечения условия устойчивости горения сварочной дуги и повышения коэффициента мощности трансформатора в сварочный контур последовательно вторичной обмотке трансформатора включают батарею конденсаторов необходимой емкости. На рис. 7 приведена электрическая схема сварочного трансформатора Т с конденсаторной батареей С, в которой катушка индуктивности, состоящая из активного сопротивления R и индуктивности L, имитирует повышенное индуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора. Определенное отношение индуктивного и емкостного сопротивлений в сварочном контуре (рис. 8) приводит к снижению напряжения холостого хода трансформатора.
Для повышения устойчивости горения сварочной дуги и ее возбуждения широко применяют специальные вспомогательные устройства, к которым относятся импульсный стабилизатор горения дуги и осциллятор, принципиальные схемы которых рассмотрены в гл. 6, § 1.
Сварочная дуга переменного тока так же, как и сварочная цуга постоянного тока, характеризуется статической и динамической вольт- амперными характеристиками. Полная и действующая тепловые мощности сварочной дуги переменного тока оцениваются теми же зависимостями, что и для сварочной дуги постоянного тока, только с учетом коэффициента мощности источника питания переменного тока.
При аргонодуговой сварке неплавящимся электродом на переменном токе дуга приобретает выпрямляющее свойство, которое выражается в различии значений сварочного тока в соседних полупериодах. При этом в сварочном контуре появляется постоянная составляющая сварочного тока, значение которой тем больше, чем больше разница температур кипения металла электрода и изделия. Постоянная составляющая сварочного тока ухудшает работу сварочного трансформатора и сварочного дросселя, так как создает постоянное подмагничивание их магнитопроводов. Это ухудшает устойчивость сварочной дуги. Для устранения постоянной составляющей тока в сварочный контур последовательно вторичной обмотке трансформатора и обмотке дросселя включают разделительный конденсатор необходимой емкости (конденсаторную батарею).
Комментарии
RSS лента комментариев этой записи