Общие сведенья о сварочной дуге

Сварочная дуга является устойчивым электрическим разрядом, в ионизированной смеси газов и паров, материалов применяемых при сварке. Сварочная дуга может гореть как от источника постоянного тока, так переменной промышленной частоты. При использование источника постоянного тока, если сварка идет на прямой полярности, то в этом случае электрод является катодом (-), а на заготовке положительный заряд и является анодом.

При дуговой сварке возбуждение дуги может осуществляться двумя способами:

· подача от осцелятора, включая сварочную цепь импульса тока высокого напряжения и частоты U = 2000 – 3000В, f = 15·10⁴Гц. С переходом искрового разряда в дуговой. Для аргоновой сварки и сварки неплавящимся электродом.

· нагрев газов и паров металлов в дуговом промежутке за счет теплоты выделяющийся при замыкание электрода и изделия (для сварки плавящимся электродом).

КО – катодная область;

СД – столб дуги;

АО – анодная область;

1. - стержень электрода;

2. - обмазка.

Катодная область является источником термоэлектрона, который ускоряется электрическим полем катодной области и попадает в столб дуги ионизирует находящиеся в нем газы.

U_д = U_к + U_a + U_сд

a = U_к + U_a

U_сд = в · lд; в = j_c · ρ_c; lд » l_сд

U_д = а + в · l_сд.

При сварке плавящем электродом температура областей следующая:

КО: 2200 – 2300ºС

СД: 5000 – 6000ºС

АО: 2500 – 2700ºС.

ВАХ дуги

I – с увеличением сварочного тока растет степень ионизации дугового разряда, снижается сопротивление столба дуги

­ I_св ® ¯ r_сд

U_к и U_а » const, то напряжение дуги полностью определяет напряжение только столба дуги.

II – увеличение сварочного тока не приводит к увеличению напряжения дуги, это связано с тем что дуга распространяется по всему торцу электрода. Этот участок характеризуется ростом площади столба дуги. При постоянном значение j_сд , j_сд , U_ст » const.

III – увеличение сварочного тока приводит к увеличению напряжения дуги. Дуговой разряд распространяется по всему тарцу электрода r = const ­ U_д.

Наибольшее применение в сварке находят следующие участки ВАХ – II – это для ручной дуговой сварки, автоматической сварки под слоем флюса, сварка в защитных газах плавящимся электродом. III – электрошлаковая сварка.

Выборы источников питания для дуговой сварки

Источники сварочного тока могут иметь различные внешние характеристики – это зависимость напряжения на выходных клеммах от силы тока сварочной цепи. Выбор источника питания сварочного тока производится по типу внешней характеристике с применениями ВАХ дуги.

1. – крутопадающая внешняя характеристика;

2. – пологопадающая характеристика;

3. – жесткая характеристика;

4. – возрастающая характеристика;

5. – идеализированная внешняя характеристика.

Точка С – это пересечение ВАХ и падающей внешней характеристики источника питания и в этой точке наблюдается устойчивое горение дуги.

Точка А – режим холостого хода источника питания, когда еще разомкнутая электрическая цепь и не зажжена дуга.

Точка В – точка неустойчивого горения дуги.

Точка Д – это режим короткого замыкания в момент зажигания дуги и замыкания жидкими каплями жидкого электрического металла.

При ручной дуговой сварке возможны значительные колебания длины сварочной дуги, поэтому дуга должна обладать запасом устойчивости, которая тем больше чем круче внешняя характеристика источника питания, при этом колебание дуги по длине вызывает наименьшее отклонение силы сварочного тока от заданной величены DI_св1 – это изменение силы сварочного тока с переходом от длины дуги l₁ к l₂ , для крутопадающей характеристике. DI_св2 – только для пологопадаящей внешней характеристике.

Источники питания с падающими характеристиками необходимы:

1. для облегчения зажигания дуги за счет повышения напряжения холостого хода.

2. для устойчивого горения дуги и практически постоянного проплавления способности дуги, а также для ограничения тока короткого замыкания.

Лучше всего всем требованиям удовлетворяет источники питания идеализированной внешней характеристики (5).

Более распространенные источники переменного тока – сварочные трансформаторы, которые более долговечны и имеют более высокие КПД. Однако в некоторых случаях, направленная сварка на малых токах с покрытыми электродами и под флюсом, в таких случаях выгоден постоянный ток, то есть повышение устойчивости горения дуги, улучшение условия сварки в разных пространственных положениях. Возможно вести сварку как на прямой, так и на обратной полярности, а это в свою очередь из-за большого тепловыделения в анодной области, позволяющее проводить сварку тугоплавкими электродами или с тугоплавкими покрытиями или флюсами.

Источники питания

Сварочные трансформаторы

Широко применяются сварочные трансформаторы с увеличенным магнитным рассеиванием и подвижной вторичной обмоткой (трансформатора типа ТС и ТД). В этих трансформаторах первичная и вторичная обмотки раздвинуты относительно друг друга, что обеспечивает их повышенное индуктивное сопротивление, в следствие появление потока рассеивания. Для плавного регулирования сварочного тока изменяется расстояние между обмотками. При сближение обмоток происходит частичное уничтожение противоположных полярностей, что снижает индуктивное сопротивление вторичной обмотки и увеличивает сварочный ток Þ наибольшее расстояние между обмотками. Такие трансформаторы с падающей внешней характеристикой используются для ручной дуговой сварки и автоматизированной сварки под флюсом. Для сварки трехфазной дуговой применяются специальный трансформатор с падающей характеристикой, собранный на основе двух однофазных типов (ТТС и ТТСД). Для электрошлаковой сварки применяются одно и трехфазные трансформаторы с жесткой характеристикой (ТШП и ТШС).

Сварочные выпрямители

Они состоят из трехфазного понижающего трансформатора и выпрямительного блока, собранного на основе кремневого полупроводникового вентиля по трехфазной мостовой схеме.

Плавное регулирование током достигается путем перемещения подвижной первичной обмотки. Сварочные выпрямители с нормальным моментом рассеивания имеют падающею и жесткую магнитную характеристику. Выпрямители ВС и БДГ применяются для сварки плавящимся электродом в среде защитных газов. Сварочные выпрямители без шумны, имеют высокий КПД, долгую эксплуатацию, а также обеспечивают высокую стабильность горения дуги особенно на малых токах. Для нормальной работы выпрямителя требуется интенсивное охлаждение, так как полупроводник нагревается, из-за этого ограничивается мощность выпрямителя (все выпрямители снабжены вентиляторами).