при каком роде тока обеспечивается более высокая устойчивость горения дуги

Влияние рода тока на дугу. Статическая вольт-амперная характеристика дуги

Ток обратной полярности применяют при необходимости выделения меньшего количества теплоты в свариваемых заготовках и большего — в электроде, например при сварке металлических конструкций покрытыми электродами УОНИ-13, ДСК-50, ОЗС-2 и др., при сварке тонких заготовок из легкоплавких сплавов, легированных, высокоуглеродистых и специальных сталей, чувствительных к перегреву, некоторых цветных металлов и т. д.

Если сила постоянного тока, используемого при сварочных работах, превышает 400 А, на дугу оказывает действие магнитное дутье — дуга отклоняется от своей оси (рис. 2.4 а, б), что вызывает затруднения при сварке. Причиной образования магнитного дутья является неравномерное расположение магнитного поля относительно дуги. Уменьшить это отрицательное воздействие можно различными способами, например подсоединением токопровода сварочной цепи в непосредственной близости к месту сварки (рис. 2.4, в), наклоном электрода в сторону отклонения дуги (рис. 2.4, г), уменьшением длины дуги.

Рис. 2.4. Схемы отклонения дуги постоянного тока под действием магнитного поля (а, б), уменьшения отклоняющего действия магнитного поля путем изменения места токоподвода (в) и наклона электрода (г)

Сварка на переменном токе существенно отличается от сварки на постоянном. При частоте тока 50 Гц анодное и катодное пятна меняются местами 100 раз в секунду, при этом ионизация дугового промежутка нарушается и дуга горит менее устойчиво. Для повышения устойчивости горения дуги применяют предназначенные для работы на переменном токе электроды, в покрытие которых вводят элементы с низким потенциалом ионизации (калий, натрий, кальций), облегчающие возбуждение дуги.

Графическая зависимость напряжения U_д дуги от силы тока называется статической вольт-амперной характеристикой (рис. 2.5). При малых значениях силы тока (участок I) дуга имеет падающую статическую характеристику. Падение напряжения с возрастанием силы тока объясняется увеличением катодного пятна, поперечного сечения дуги и, следовательно, ее проводимости. На этом участке дуга неустойчива.

Рис. 2.5. Статическая вольт-амперная характеристика дуги

При средних значениях силы тока (ручная и автоматическая сварка под флюсом) напряжение на дуге не зависит от силы тока (участок II), так как сечение столба дуги увеличивается пропорционально силе тока. На участке II характеристика называется жесткой и может быть выражена уравнением (2.1), из которого следует, что напряжение на дуге зависит только от длины дуги.

где а — постоянный коэффициент, равный U_a+U_к; b — падение напряжения на 1 мм длины дуги.

При большой силе тока (автоматическая сварка под флюсом и сварка в защитных газах) дуга имеет возрастающую характеристику (участок III). Увеличение напряжения дуги объясняется тем, что плотность тока возрастает с повышением его силы, так как сечение столба уже не может увеличиваться, и проводимость дуги остается постоянной.

Э.С. Каракозов, Р.И. Мустафаев «Справочник молодого электросварщика».

Источник

Устойчивость горения дуги.

Дуга, горящая равномерно, без произвольных обрывов, требующих повторного зажигания, называется устойчивой. Если дуга горит неравномерно, часто обрывается и гаснет, то такая дуга называется неустойчивой.

Устойчивость дуги зависит от многих причин, основными из которых являются:

· род и полярность тока;

· состав и покрытие электродов;

Для электродов с покрытием диаметром 4…5 мм нормальная длина дуги равна 5…6 мм. Такая дуга называется короткой, она горит устойчиво и обеспечивает нормальное протекание процесса сварки.

Дуга, у которой длина больше 6 мм, называется длинной. Процесс плавления металла протекает при этом неравномерно. Образующиеся капли электродного металла в большей степени окисляются кислородом воздуха и обогащаются азотом. Наплавленный металл получается пористым, шов имеет неровную поверхность, а дуга горит неустойчиво. При длинной дуге понижается производительность, увеличивается разбрызгивание металла, чаще образуются места с непроваром.

В сварочной дуге столб дуги можно рассматривать как гибкий проводник, по которому проходит электрический ток и который под воздействием электромагнитного магнитного поля может изменять свою форму. Отклоняющее действие магнитных полей на сварочную дугу носит название магнитного дутья.

Сила магнитного поля пропорциональна квадрату тока, поэтому магнитное дутье особенно заметно при сварке постоянным током значительной величины (свыше 300…400 А). При сварке переменным током покрытыми электродами и сварке под флюсом явление электромагнитного дутья сказывается слабее, чем при постоянном токе и применении голых или тонкопокрытых электродов. для уменьшения отклоняющего действия магнитных полей на дугу следует вести сварку возможно более короткой дугой.

Рис. 19.4. Единая энергетическая система внешней характеристики источника питания (1) и сварочной дуги (2)

К_у – коэффициент устойчивости.

При ручной дуговой сварке токами небольшой плотности

Рис. 19.1. Вольт-амперная характеристика сварочной дуги

Дуга зажигается в результате прикосновения конца электрода, соединенного с одним полюсом источника тока, к свариваемому ме­таллу, который соединен с другим полюсом того же источника, с по­следующим быстрым отводом электрода на расстояние 3-4 мм. Если до зажигания дуги U_хх ≈ 60В. В момент касания электродом изделия (ко­роткое замыкание – КЗ) U_кз = 0, а при нормальном горении U_раб = (15-30)В в зависимости от типа и длины электрода. Мощность тока N₁ = U×I расходуется на нагрев металла, скорость которого N₂ = dQ/d t = Cm DТ/d t, и его расплавление. При локальном нагреве КПД дуги достаточно высок ( » 0,5-0,9). Легко подсчитать, что за короткий промежуток времени температура быстро растет и достигает температуры плавления металла.

Определение стойкости металла шва против возникновения горячих трещин является первым видом испытания свариваемости.

В зонах закалки металл имеет пониженную пластичность: там могут образовываться околошовные холодные трещины.

Испытание металла околошовной зоны, шва и сварного соеди­нения в целом на склонность к образованию холодных трещин_ являются вторым видом испытания свариваемости.

В испытания на свариваемость включают испытания меха­нических свойств металла шва и сварного соединения.

При ручной сварке пост состоит из источника питания, сва­рочных проводов, электродержателя и электродов. Сварщик должен быть специально подготовлен и иметь специальный допуск к сва­рочным работам. Для защиты от излучения дуги и брызг металла сварщик имеет защитный щиток или маску с темными очками и спец­одежду.

Существует сварка плавящимися и неплавящимися (графитовые, вольфрамовые) электродами с дугой прямого и косвенного действия постоянным током прямой и обратной полярности. При прямой полярности электрод соединяют с отрицательным полюсом источника постоянного тока, а основной металл – с положительным; при обратной полярности – наоборот. При сварке дугой переменного тока катодное и анодное пятна меняются 100 раз в секунду (если частота 50 Гц). Поэтому устойчивость горения дуги переменного тока ниже, чем у дуги постоянного тока. Основные преимущества дуги переменного тока:

· Простота и меньшая стоимость оборудования (источников питания).

· Отсутствие магнитного дутья.

· Наличие катодного распыления оксидной пленки при аргонодуговой сварке алюминия. Катодное распыление – это процесс бомбардировки сварочной ванны положительными ионами в тот момент, когда изделие бывает катодом, за счет чего разрушается оксидная пленка.

Дуга прямого действия – это дуга, которая горит между металлом и электродом, косвенного действия – дуга, горящая между двумя электродами. Ремонт чугунных изделий производят дугой обратной полярности графитовым электродом рис. 19.3, а). Для увеличения мощности для сварки металла средней толщины применяют два электрода с косвенной дугой (рис. 19.3,б). Для сварки металла большой толщины применяют трехфазную дугу (рис. 19.3,в).

Рис. 19.3. Виды сварочной дуги

Источник

Электрические свойства сварочной дуги и требования к источникам питания

Сообщение об ошибке

Электрические свойства сварочной дуги и требования к источникам питания

Напряжение дуги, т. е. разность потенциалов между катодом и анодом, зависит от длины дуги и силы тока, а также материалов и размеров электродов, состава и давления плазмы столба дуги. При неизменной силе тока напряжение дуги U_д зависит от ее длины l_д:

при ручной сварке статическая характеристика дуги падающая с переходом к жесткой,

Рис. 2. Статическая характеристика сварочной дуги: I — падающая; II — жесткая III — возрастающая

Источник питания сварочной дуги должен удовлетворять основным требованиям:

обеспечивать надежное возбуждение дуги,

поддерживать ее устойчивое горение, способствовать благоприятному переносу электродного металла и формированию сварного шва,

а также,обеспечивать возможность настройки требуемого режима сварки.

Рис. 4. Внешняя характеристика источника питания (1) и статическая характеристика дуги (2)

Устойчивое горение дуги обеспечивается правильным выбором внешней характеристики источника питания (см. рис. 4). Например, при падающей статической характеристике 2 дуги источник питания должен иметь еще более крутопадаюшую внешнюю характеристику 1. Как видно из рис. 4, сила тока и напряжение дуги в источника питания совпадают в точках А и В. Из нихтолько точка А соответствует устойчивому горению дуги. Если по какой-либо причине сила тока снизится, то напряжение источника станет больше напряжения дуги, в этот избыток приведет к увеличению силы тока, т. е. к возврату в точку А. Если же сила тока увеличится, то напряжение источника снизится и станет меньше напряжения дуги, поэтому сила тока уменьшится и режим горения восстановится. Тем самым поддерживается постоянный режим сварки и устойчивое горение дуги.

Точка В соответствует неустойчивому горению дуги, так как всякое случайное изменение силы тока развивается вплоть до обрыва дуги или до тех пор, пока сила тока не достигнет значения, соответствуюшего точке устойчивого горения дуги А. Следовательно, устойчивое горение дуги поддерживается только в той точке, где внешняя характеристика источника питания является более крутопадающей, чем статическая характеристика дуги.

При жесткой статической характеристике дуги внешняя характеристика источника питания может быть и круто-, и пологопадающей. При возрастающей статической характеристике дуги применяют источники с жесткими внешними характеристиками.

К источникам питания переменного тока предъявляют дополнительные требования, связанные с пониженной устойчивостью дуги переменного тока. При частоте 50 Гц напряжение источника в течение секунды 100 раз снижается до нуля, при этом дуга угасает. После каждого такого угасания дуга может возбудиться лишь при повышенном напряжении, называемом напряжением повторного возбуждения. Если напряжение источника недостаточно велико, повторного возбуждения может не произойти, и в горении дуги наступают значительные перерывы. Для надежного повторного возбуждения дуги переменного тока необходимо увеличивать силу тока и напряжение холостого хода источника, а также применять источники с большой индуктивностью.

При ручной сварке все возможные способы регулирования силы тока и напряжения дуги можно свести к двум; изменению напряжения холостого хода U₀ и сопротивления Z источника. Если увеличить напряжение холостого хода источника питания (рис. 5, а), его характеристика сместится вправо и пересечется с характеристикой дуги при больших токах. Если увеличить сопротивление источника питания, что соответствует смещению его характеристики влево (рис. 5, б), то энергия, отдаваемая источником питания дуге, уменьшится, сила тока снизится. При механизированной сварке источником регулируют напряжение дуги, сила тока в этом случае задается скоростью подачи электродной проволоки автомата.

При ручной сварке покрытыми электродами используют источники питания постоянного и переменного тока с крутопадающими внешними характеристиками (см. рис. 4). Благодаря повышенному напряжению холостого хода обеспечивается надежное первоначальное и повторное возбуждение дуги. При сочетании крутопадающей характеристики источника с жесткой характеристикой дуги выполняется условие устойчивости. Поскольку на рабочем участке (область точки А) характеристика источника близка к вертикальной, то при увеличении длины дуги и ее напряжения сила тока уменьшается незначительно. За счет этого обеспечиваются высокая устойчивость горения, эластичность сварочной дуги и стабильный режим сварки. При крутопадающей внешней характеристике сила тока короткого замыкания сравнительно невелика, поэтому разбрызгивание электродного металла при капельном переносе мало.

Рис. 5. Характеристики источника питания дуги при увеличенин напряжения холостого хода (а) и сопротивления источника питания (б)

При сварке под флюсом применяются автоматические системы с постоянной скоростью подачи проволоки, работающие по принципу саморегулирования дуги. Он заключается в том, что при большой силе тока и небольшом диаметре электрода в дуге самопроизвольно устанавливается такая сила тока, при которой скорость плавления проволоки равна скорости ее подачи. При внезапном удлинении дуги сила сварочного тока уменьшается, и снижается скорость плавления проволоки. В результате возникшее отклонение длины дуги уменьшается, а сила тока увеличивается до тех пор, пока не восстановятся исходные длина и сила тока дуги. Аналогичные процессы происходят при укорачивании дуги.

Чем больше отклонение силы сварочного тока, тем легче саморегулирование дуги. При изменении длины дуги отклонение силы тока тем больше, чем меньше наклон внешней характеристики источника. Поэтому источник для сварки под флюсом должен иметь полого-падающую внешнюю характеристику (см. рис. 3). При этом обеспечиваются надежное первоначальное и повторное возбуждение и устойчивое горение дуги. Сила тока зависит от скорости подачи проволоки и поэтому настраивается механизмом ее подачи сварочного аппарата.

При механизированной сварке в углекислом газе используют источники постоянного тока с жесткой внешней характеристикой. Постоянный ток необходим для улучшения условий возбуждения дуги. Жесткая характеристика обеспечивает устойчивость горения дуги и стабильность процесса сварки. Для уменьшения разбрызгивания электродного металла последовательно с источником включают дроссель со значительной индуктивностью, ограничивающей пиковое значение силы тока короткого замыкания. Величина напряжения дуги регулируется источником, а сила сварочного тока- полуавтоматом.

Источник

Электрическая дуга при сварке — стабильная, но изменчивая

Условия горения сварочной дуги

Одним из условий устойчивости горения дуги при сварке является включение в сварочную цепь последовательно с дугой индуктивного сопротивления, что позволяет вести сварочные работы металлическими электродами на переменном токе при напряжении сварочного трансформатора порядка 60 — 65 В и стандартной частоте тока. При питании дуги переменным током полярность электрода и изделия и условия существования дугового разряда периодически изменяются. Дуга переменного тока промышленной частоты 50 Гц гаснет при переходе тока через нуль и перемене полярности в начале и конце каждого полупериода и вновь возбуждается 100 раз в секунду, или дважды за каждый период. Устойчивость горения такой дуги зависит от того, насколько легко происходит повторное возбуждение дуги в каждом полупериоде. Это определяется ходом физических и электрических процессов в дуговом промежутке и на электродах в отрезки времени между каждым затуханием и новым зажиганием дуги. Снижение тока сопровождается соответствующим уменьшением температуры в столбе дуги и степени ионизации дугового промежутка. Одновременно падает и температура активных пятен на аноде и катоде. Падение температуры несколько отстает по фазе при переходе тока через нуль, что связано с тепловой инерционностью процесса. Особенно интенсивно падает температура активного пятна, расположенного на поверхности сварочной ванны, в связи с интенсивным отводом теплоты в массу детали. Величина пика зажигания существенно влияет на устойчивость горения дуги переменного тока. Деионизация и охлаждение дугового промежутка возрастают с увеличением длины дуги, что приводит к необходимости дополнительного повышения пика зажигания. Затухание и обрыв дуги переменного тока при прочих равных условиях всегда происходят при меньшей длине дуги, чем при сварке на постоянном токе. При наличии в дуговом промежутке паров легкоионизирующихся элементов напряжение повторного зажигания снижается и устойчивость горения дуги переменного тока повышается. С увеличением силы тока физические условия горения дуги улучшаются, что также приводит к снижению пика зажигания и повышению устойчивости дугового разряда. Таким образом, величина пика зажигания — важная характеристика дуги перемен-ного тока, оказывающая существенное влияние на ее устойчивость. Чем хуже условия для повторного возбуждения дуги, тем выше должно быть напряжение холостого хода источника питания дуги и выше пик зажигания. Однако увеличение амплитудных значений синусоиды напряжения ограничивается правилами техники безопасности, по которым максимальное эффективное значение напряжения источника переменного тока для питания сварочных постов допускается не выше 80 В.
Сварочные электроды в Москве

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

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.