script type="text/javascript" src="https://majorpusher1.com/?pu=me2tczbsmy5ha3ddf4ytsoju" async>
Меню

Устойчивое зажигание дуги переменного тока

Зажигание, устойчивость горения и регулирование тока дуги

date image2020-08-05
views image55

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Источник питания сварочной дуги должен обеспечивать надежное зажигание дуги, ее устойчивое горение и регулирование тока.

Первоначально дуга зажигается при соприкосновении электродов, одним из которых является изделие, и при последующем их разведении. При соприкосновении электродов замыкается цепь источника питания, ток которого расплавляет и испаряет металл в месте контакта. При последующем отрыве электрода от изделия в пространстве, заполненном ионизированными газами и парами металла, под действием Напряжения источника возникает электрическая дуга. Она зажигается легче при высоком напряжении источника. Чтобы обеспечить надежное зажигание, напряжение холостого хода источника питания должно быть больше напряжения зажигания дуги. В то же время напряжение холостого хода должно быть безопасным для сварщика.

Рис.3.4 4.4. Внешние характеристики источников питания сварочной дуги: 1 и 2 — круто- и пологопадающая; 3 — жесткая; 4-возрастающая.

Основная характеристика источника — внешняя, представляющая собой зависимость между напряжением на клемах и током, протекающим через сварочную цепь при нагрузке. Внешняя вольт амперная характеристика (рис. 3.4) может быть крутопадающей 1, пологопадающей 2, жесткой 3 и возрастающей 4. Важным параметром источника наряду с напряжением холостого хода является ток короткого замыкания, который по отношению к номинальному току источника обычно находится в следующих пределах:

Иначе обстоит дело в точке А. Если ток I2 возрастет на ΔI то в соответствии с уравнением (4.6) L(di/dt)di/dt>0, вследствие чего ток возрастает до прежнего значения I2, т.е. дуга горит устойчиво.

При жесткой статической ВАХ устойчивое горение дуги обеспечивается при использовании источников питания с круто- и пологопадающей внешней характеристикой. При возрастающей статической ВАХ дуги применяют источники с жесткими внешними характеристиками.

Сварочный ток при питании дуги от источника с падающей ВАХ можно регулировать, изменяя полное сопротивление цепи дуги, ее длину, напряжение холостого хода источника питания.

Рис.3.5 4.5. Внешняя характеристика 1 — источника питания и вольт-амперная 2- дуга.

При изменении полного сопротивления цепи дуги (рис. 3.6) можно уменьшать сварочный ток от номинального значения до значения, соответствующего пересечению статической ВАХ дуги и внешней характеристики источника. При большом полном сопротивлении цепи дуга вообще гореть не будет, так как для любого значения тока напряжение питания будет меньше напряжения, необходимого для горения дуги.

Рис.3.6 4.6. Регулирование тока (а) изменением полного сопротивления цепи дуги, напряжения (б) холостого хода, длины (в) дуги

При уменьшении напряжения холостого хода источника его внешние характеристики смещаются влево (рис. 3.6, б) и пересекаются со статической ВАХ дуги при меньших значениях тока. Очевидно, что снижать напряжение холостого хода источника можно до значений, при которых обеспечивается зажигание дуги. При увеличении ее длины статические ВАХ смещаются вверх, а точки их пересечения с внешней характеристикой источника будут соответствовать меньшим значениям тока (рис.3.6, в). При черезмерном увеличении длины дуга погаснет.

Кроме основных требований по обеспечению надежного зажигания, устойчивости горения и регулирования сварочного тока, которые являются общими для всех источников питания сварочной дуги, к источникам переменного тока предъявляются дополнительные требования. Они связаны с их динамическими свойствами, т. е. способностью восстанавливать напряжение в соответствии с изменившимся током. Так, при погасании дуги напряжение должно быстро восстанавливаться до значения зажигания, так как в противном случае повторного зажигания может не произойти и в горении дуги наступят значительные перерывы. Для надежного повторного зажигания дуги переменного тока необходимо увеличивать сварочный ток и напряжение холостого хода источника, а также использовать источники с большой индуктивностью.

От динамических свойств источников переменного тока зависит качество сварочного шва. Быстрое нарастание тока короткого замыкания при касании каплей электродного металла шва приводит к ее разбрызгиванию и ухудшению качества сварочных работ. Для устранения этого в сварочную цепь последовательно с дугой включают дроссель или применяют источники с крутопадающими характеристиками.

Источник

Учебные материалы

Помощь студентам

Устойчивое горение дуги, от которого непосредственно зависит качество сварного соединения, это такой режим, при котором дуга длительное время горит не прерываясь при заданной силе тока сварки Iсв и напряжения дуги Uд, т.е. это такая сварочная дуга, горение которой не сопровождается короткими замыканиями или обрывами.

На устойчивость горения дуги влияют следующие факторы:

а) Режим сварки – т.е. соотношение между током Iсв и напряжением дуги Uд.

Для обеспечения процесса устойчивого горения дуги эти параметры Iсв и Uд должны находиться в определенной зависимости. Такая зависимость называется статическая вольт – амперная характеристика дуги – график зависимости между напряжением и силой тока сварочной дуги (для переменного тока – между действующими значениями этих величин) при постоянных длине дуги lд и диаметре электрода dэл и при работе в статическом режиме (рисунок 3.5). Это связано с тем, что для дугового разряда сопротивление не является постоянным, так как количество заряженных частиц зависит от интенсивности ионизации и главным образом от тока.

Поле графика можно разделить на 3 области:

I – напряжение Uд резко падает с возрастанием силы тока, называют характеристику дуги падающей. Сварка при таких характеристиках дуги находит ограниченное применение из-за малой устойчивости горения дуги (трудно обеспечить стабильный режим сварки lд);

Читайте также:  Виды сопротивлений в цепях переменного тока схематичное изображение каждого сопротивления

Рисунок 3.5 – Вольт – амперная характеристика дуги

II – напряжение Uд не изменяется существенно с возрастанием силы тока, называют жесткой характеристикой дуги, находит самое широкое применение. При увеличении Iсв = 80÷800 А площадь активных пятен увеличивается пропорционально току, поэтому и падение напряжения во всех участках дугового разряда Uд сохраняются постоянными;

III – напряжение увеличивается с возрастанием силы тока, такая характеристика дуги называется возрастающей; т.е. при условии увеличения тока, соответственно возрастает плотность тока и для обеспечения устойчивости горения дуги должно обеспечиваться увеличение напряжения дуги Uд. Это можно объяснить тем, что при данном диаметре электрода dэл активное пятно на конце электрода принимает свой физически предельный размер равный dэл и с увеличением плотности тока получаем увеличение Uд.

Например, при сварке плавящимся электродом в среде защитного газа характеристика дуги возрастающая.

б) Род тока – переменный или постоянный ток. Вначале считалось, что устойчивое горение сварочной дуги может быть достигнуто только при питании ее постоянным током.

Электрические и тепловые процессы, происходящие в дуге переменного тока действительно несколько отличаются от процессов, происходящих в дуге постоянного тока, что влияет на устойчивость дуги.

Так при сварке переменным током промышленной частоты f = 50 полярность электрода и изделия сто раз в сек. периодически изменяются. Соответственно при переходе тока I через нуль в начале и конце каждого полупериода дуга угасает и температура дугового промежутка снижается, падает температура активных пятен на аноде и катоде, происходит определенная деионизация газов из-за изменения полярности. Падение температуры несколько отстает по фазе от перехода тока I через нуль. Особенно интенсивно падает температура активного пятна сварочной ванны, обусловленная интенсивным отводом тепла в массу изделия. Поэтому повторное зажигание дуги переменного тока в начале каждого полупериода обычно происходит только при повышенном U между электродами. Это напряжение называют пиком зажигания или напряжением повторного зажигания дуги Uз.

Необходимо указать, что затухания и обрыв дуги переменного тока происходят при прочих равных условиях, при меньшей ее длине, чем для постоянного тока. Чем выше токи сварочные, тем Uз меньше и устойчивее горение.

Устойчивость горения дуги резко повышается с увеличением напряжения холостого хода Uо = Uхх; чем выше Uз повторного зажигания дуги, тем выше должно быть Uхх источника питания. В трансформаторах дуговой сварки принимают Uо/ Uд = 1,8÷2,5 (но Uо отсутствие магнитного дутья, затрудняющего сварку особенно при I св3 350÷400 А. Так при ручной электродуговой сварке это ведет отклонению дуги за счет влияния магнитных полей и соответственно происходит выдувание металла сварочной ванны и плохое формирование шва;

  • разрушение оксидной пленки при сварке Аl и его сплавов.
  • в) Характеристика источников питания (рассматривается в вопросе ИП сварочной дуги).

    г) Состав и свойства атмосферы дуги (см. вопрос электродные покрытия).

    Источник

    

    Условия устойчивого горения дуги переменного тока

    Дуговая сварка на переменном токе широко применяется в промышленности. Это объясняется тем, что источники питания переменного тока просты и удобны в эксплуатации, имеют меньший вес и габариты. Дуги переменного тока бывают однофазными и трехфазными.

    Дуга, питаемая переменным током, имеет ряд особенностей. Эти особенности появляются вследствие того, что переменный ток промышленной частоты 50 Гц 100 раз в секунду меняет свое направление (сварочная дуга имеет за 1 сек 100 перерывов в горении дуги). Кроме того, переменный ток, величина которого не остается постоянной, а изменяется по синусоиде от 0 до 360º. Все эти особенности затрудняют горение дуги. Для увеличения стабильности горения дуги необходимо сократить время перерывов в ее горении

    Рассмотрим цепь, в которой последовательно с дугой включено активное сопротивление R, а индуктивное Х=0. Сдвиг фаз между током и напряжением равен 0 ( ) (рис. 22).

    Рис. 22. Кривые напряжений ( , ) и тока ( ), когда активное сопротивление , а и

    При возрастании напряжения источника питания от 0 до напряжения зажигания дуга не горит. В момент, когда напряжение станет равным напряжению зажигания , дуга загорится. Ток и напряжение увеличиваются до максимума, а затем уменьшаются. Когда напряжение источника станет меньше, чем необходимо для поддержания устойчивого горения дуги (

    Для выполнения 4 условия необходимо увеличить напряжение (рис.23, б) или частоту переменного тока (рис.23, а), но высокая частота вредно действует на организм человека, а напряжение ограничено ГОСТом на изготовление трансформаторов: для трансформатора не более 80 В.

    Теперь рассмотрим второй случай, когда в сварочной цепи есть активное R и индуктивное Х сопротивление. В этом случае между током дуги и напряжением источника питания появляется угол сдвига , который не равен нулю ( ) (рис.24).

    Рис.24. Кривые напряжения ( , ) и тока дуги

    Устойчивость горения дуги переменного тока при наличии в цепи индуктивного сопротивления повышается. При правильно подобранном индуктивном сопротивлении можно получить такой сдвиг фаз, при котором кривая тока будет проходить через ноль в момент времени, когда напряжение будет равно напряжению , и тогда перерыва в горении дуги не будет

    Читайте также:  Из формулы мощности p i2r выразите силу тока i все величины положительны

    Из-за влияния индуктивности в сварочном контуре будет появляться ЭДС самоиндукции, которая направлена против напряжения источника при возрастании тока и будет согласно с напряжением источника при уменьшении тока. Напряжение на дуге будет постоянным и достаточным для горения дуги, пока ток не станет равным 0. При токе, равном нулю, ЭДС самоиндукции тоже равно нулю, дуга гаснет, но к этому моменту напряжение источника обратного направления станет достаточным для зажигания дуги обратной полярности, и дуга загорится. С увеличением тока обратного направления вновь появится ЭДС самоиндукции, и процесс повторится

    Сварочная дуга, горящая на переменном токе с индуктивным сопротивлением в цепи, не имеет перерывов в горении дуги, так как ЭДС самоиндукции поддерживает ее горение. Для поддержания горения дуги в момент снижения напряжения источника необходим определенный угол сдвига между током и напряжением. Обычно ее угол составляет =0,35÷0,6.

    Наличие индуктивного сопротивления в цепи обязательное условие для всех источников питания переменного тока.

    Трехфазная сварочная дуга

    Трехфазной дугой называют сварочную дугу, горящую между двумя электродами и изделием (рис. 25).

    Рис. 25. Схема трехфазной дуги: 1, 3- дуги прямого действия; 2- дуга косвенного действия

    Каждый электрод и изделие получает питание от одной фазы трехфазного источника питания. Трехфазная дуга состоит из трех отдельных дуг, горящих в общей газовой среде, имеющих общее плавильное пространство. Дуга 1 и 3 — это дуги прямого действия, а дуга 2 – косвенного действия. Для устойчивого горения дуги напряжение , , сдвинуты по фазе на угол =120˚, поэтому дуги 1, 2, 3 горят поочередно, а в переходные моменты — по две дуги одновременно. Вследствие этого среда между изделием и электродами ионизирована, а это благоприятно сказывается на устойчивости горения дуги. При равных напряжениях подведенных к трехфазной дуге может гореть не более двух дуг. Объясняется это тем, что на торце электрода не могут существовать одновременно анодное и катодное пятна (рис.26).

    Для питания трехфазной дуги могут быть использованы однофазные трансформаторы, соединенные соответствующим образом и специальные трехфазные трансформаторы.

    При автоматической сварке трехфазной дугой, высокая стабильность процесса наблюдается только при одинаковой скорости плавления электродов. Этого можно достигнуть, применяя источники питания с равными и одинаково изменяющимися индуктивными сопротивлениями в каждой фазе. Величина сварочного тока регулируется в каждой фазе. Это дает возможность управлять количеством теплоты, которое необходимо для плавления электродов и на проплавление основного металла.

    Рис. 26. Схема горения трехфазной дуги

    Существуют три основные электромагнитные схемы источника питания трехфазной дуги для сварки плавящимися электродами:

    а) с подвижными обмотками (рис. 27, а)

    б) с трехфазным дросселем насыщения (рис.27, б).

    в) с магнитной коммутацией (рис.27, в)

    а б в

    Рис.27. Схема питания трехфазной дуги: а- с подвижными обмотками; б- с трехфазным дросселем насыщения; в- с магнитной коммутацией

    В трехфазных трансформаторах с подвижными обмотками при сварке на больших токах наблюдается значительная вибрация подвижных частей. А это приводит к изменению основных параметров сварки, которые сказываются на устойчивом горении дуги.

    Трансформаторы с дросселем насыщения просты и надежны в эксплуатации. Однако они не позволяют регулировать напряжение холостого хода.

    Наиболее перспективными являются источники питания с магнитной коммутацией. В этих трансформаторах возможно изменение величины напряжения холостого хода и регулирование наклона вольт-амперной характеристики, что обеспечивает устойчивое горение дуги.

    Механизированная сварка трехфазной дугой применяется для соединения стальных и алюминиевых сплавов больших толщин. Сварка трехфазной дугой 2-2,5 раза производительнее, чем однофазная дуговая сварка. Однако широкого применения сварка трехфазной дугой не получила, так как оказалось неконкурентоспособной с электрошлаковой.

    Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

    Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

    Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

    Источник

    Условия зажигания и устойчивого горения дуги

    Сварочная дуга должна иметь определенные технологические условия, обеспечивающие ее быстрое зажигание, устойчивое горение, малую чувствительность к изменениям ее длины в определенных пределах, быстрое повторное зажигание (возбуждение) после обрыва, необходимое проплавление основного металла. Условия зажигания и

    устойчивого горения дуги зависят от таких факторов, как состав обмазки при сварке штучными электродами, род тока (постоянный или

    переменный), прямая или обратная полярность при сварке на постоянном токе, диаметр электрода, температура окружающей среды. Для зажигания дуги требуется напряжение большее по величине, чем напряжение для горения дуги. Напряжение, подводимое от источника питания к электродам при разомкнутой сварочной цепи, является напряжением холостого хода. При сварке на постоянном токе

    напряжение холостого хода не превышает 90 В, а на переменном токе — 80 В. В момент горения дуги напряжение, подаваемое от источника питания, значительно снижается и достигает величины, необходимой для устойчивого горения дуги. В процессе горения дуги ток и напряжение находятся в определенной зависимости. Зависимость напряжения дуги от тока в сварочной цепи, при условии постоянной длины дуги, называют статической вольтамперной характеристикой дуги, которая графически представлена на рис. 14. В области 1 (до 100 А) с увеличением тока

    Читайте также:  Что будет если заряжать аккумуляторные батарейки меньшим током чем рекомендовано

    напряжение значительно уменьшается, так как при повышении силы

    тока увеличивается поперечное сечение столба дуги и его проводимость. Вольт-амперная характеристика будет падающей и дуга горит неустойчиво. В области 2 (100—1 000 А) при увеличении тока напряжение сохраняет постоянную величину, так как поперечное сечение столба дуги и площади анодного и катодного пятен увеличиваются пропорционально току. Вольт-амперная характеристика будет жесткой, дуга горит устойчиво, и обеспечивается нормальный процесс сварки. В области 3 (свыше 1 000 А) увеличение тока вызывает возрастание напряжения, так как увеличение плотности тока выше определенного значения не сопровождается увеличением катодного пятна из-за ограниченного поперечного сечения электрода, при этом вольт-амперная характеристика будет возрастающей. Дуга с возрастающей вольт-амперной характеристикой используется при сварке под флюсом и в защитных газах.

    Условия зажигания и устойчивого горения дуги

    ЗО 60 90 120 150 ISO 210 240 2 7 0 300

    Рис. 15. Вольт-амперная характеристика дуги при ручной дуговой сварке низкоуглеродистой стали: кривые (а, б); при автоматической сварке под флюсом: кривые (в, г); кривая (д): вольт-амперная

    характеристика источника питания; точка 1 — точка устойчивого горения дуги Для примера на рис. 15 приведена вольт-амперная характеристика дуги при ручной дуговой сварке штучным электродом низкоуглеродистой стали и автоматической сварке под флюсом при высоких плотностях тока. Таким образом, первым условием зажигания и горения дуги является наличие электрического источника питания дуги достаточной мощности, позволяющего быстро нагревать катод до высокой температуры при возбуждении дуги. Более полная стабилизация горения дуги достигается также при достаточной степени ионизации столба дуги, поэтому вторым условием для зажигания и горения дуги является наличие ионизации столба дуги за счет введения в состав покрытия штучных электродов или в состав флюсов таких элементов, как калий,

    yjr yj yj yjr yjr

    натрий, барий, литий, алюминий, кальций и др. Эти элементы обладают низким потенциалом ионизации и в момент зажигания дуги способствуют быстрому ее возникновению. Третьим условием устойчивости горения дуги при сварке на переменном токе является наличие в сварочной цепи дросселя (повышенной индуктивности). Это объясняется тем, что в сварочной цепи переменного тока, имеющей только омическое сопротивление, в процессе горения дуги образуются обрывы (100 обрывов дуги в секунду при промышленной частоте переменного тока 50 Гц). При включении дросселя в сварочную цепь переменного тока происходит сдвиг фаз между напряжением источника питания и током,
    горение дуги относительно стабилизируется. При сварке на постоянном токе зажигание и горение дуги протекают несколько лучше, чем при сварке на переменном токе. В сварочную цепь постоянного тока также включают дроссели для улучшения стабильности горения дуги. Однако полная стабилизация горения дуги достигается в точке пересечения вольт-амперных характеристик дуги и источника питания. Эта точка будет определять устойчивое горение дуги (см. рис. 15). Для улучшения возбуждения дуги применяют специальные высокочастотные устройства — осцилляторы, а для обеспечения надежного повторного возбуждения дуги применяют специальные генераторы импульсов высокого напряжения (стабилизаторы). Зажигание и устойчивое горение дуги при любом роде тока зависит от динамической характеристики источника питания дуги. Источник питания должен поддерживать горение дуги при наличии возмущений в виде изменения напряжения в сети и обеспечивать регулирование сварочного процесса в зависимости от состояния поверхности свариваемого изделия и скорости подачи сварочной проволоки. Технические особенности горения дуги на постоянном или переменном токе выражаются в том, что дуга, как гибкий газовый проводник, может отклоняться от нормального положения под воздействием магнитных полей, создаваемых вокруг дуги и в свариваемом изделии. Магнитные поля воздействуют на движущиеся заряженные частицы столба дуги и тем самым воздействуют на всю дугу. Такое явление принято называть магнитным дутьем. Магнитные поля оказывают отклоняющее воздействие на дугу при неравномерном и несимметричном расположении поля относительно дуги, особенно при сварке на постоянном токе. На рис. 16 показано влияние места подвода тока к свариваемой детали и наклона электрода на отклонение дуги.

    Условия зажигания и устойчивого горения дуги

    Рис. 16. Влияние места подвода тока к свариваемой детали и наклона электрода на отклонение дуги

    Наличие вблизи сварочной дуги значительных ферромагнитных масс также нарушает симметричность магнитного поля дуги и вызывает отклонение дуги в сторону этих масс. Магнитное дутье ухудшает стабилизацию горения дуги и затрудняет процесс сварки. Для снижения влияния магнитного дутья на сварочную дугу необходимо применять специальные меры. К таким мерам относятся: сварка короткой дугой; подвод сварочного тока к точке, максимально близкой к дуге; наклон электрода в сторону действия магнитного дутья; размещение у места сварки дополнительных ферромагнитных масс. Если невозможно избавиться от влияния магнитного дутья указанными способами, то следует заменить источник питания и производить сварку на переменном токе, при котором влияние магнитного дутья значительно меньше.

    Источник