Требования к источникам питания дуги. Сварка
Требования к источникам питания дуги
Для осуществления устойчивого дугового разряда между электродом и свариваемым изделием необходимо подвести напряжение от специального источника питания электрическим током. Такой источник должен обеспечивать легкое и надежное возбуждение дуги, устойчивое горение ее в установившемся режиме сварки, регулирование мощности (силы тока). При этом важным условием получения сварного шва высокого качества является устойчивость процесса сварки. Для этого источники питания дуги должны обеспечить возбуждение и стабильное горение дуги.
С короткого замыкания сварочной цепи (контакта между электродом и деталью) начинается возбуждение сварочной дуги. При этом происходит выделение теплоты и быстрое разогревание места контакта. Эта начальная стадия требует повышенного напряжения сварочного тока. В дальнейшем происходит некоторое уменьшение сопротивления дугового промежутка (вследствие эмиссии электронов с катода и появления объемной ионизации газов в дуге), что вызывает снижение напряжения до предела, необходимого для поддержания устойчивого горения дуги.
Очень частые короткие замыкания сварочной цепи происходят в процессе сварки при переходе капель электродного металла в сварочную ванну. Вместе с этим изменяется длина сварочной дуги. При каждом коротком замыкании напряжение падает до нулевого значения. Для последующего восстановления дуги необходимо напряжение порядка 25–30 В. Такое напряжение должно быть обеспечено за время не более 0,05 с, чтобы поддержать горение дуги в период между короткими замыканиями.
При этом следует учесть, что при коротких замыканиях сварочной цепи развиваются большие токи (токи короткого замыкания), которые могут вызвать перегрев в проводке и обмотках источника тока.
Эти условия процесса сварки определили требования, предъявляемые к источникам питания сварочной дуги. Для обеспечения устойчивого процесса сварки источники питания дуги должны удовлетворять следующим требованиям:
• напряжение холостого хода должно быть достаточным для легкого возбуждения дуги и в то же время не должно превышать норм безопасности. Максимально допустимое напряжение холостого хода установлено для источников постоянного тока 90 В; для источников переменного тока – 80 В;
• напряжение устойчивого горения дуги (рабочее напряжение) должно быстро устанавливаться и изменяться в зависимости от длины дуги. С увеличением длины дуги напряжение должно быстро возрастать, а с уменьшением – быстро падать. Время восстановления рабочего напряжения от 0 до 30 В после каждого короткого замыкания (при капельном переносе металла от электрода к свариваемой детали) должно быть менее 0,05 с;
• ток короткого замыкания не должен превышать сварочный ток более чем на 40–50 %. При этом источник тока должен выдерживать продолжительные короткие замыкания сварочной цепи. Это условие необходимо для предохранения обмоток источника тока от перегрева и повреждения;
• мощность источника тока должна быть достаточной для выполнения сварочных работ.
Типы источников питания сварочной дуги, выпускаемые промышленностью: сварочные трансформаторы, сварочные аппараты переменного тока, сварочные выпрямители.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.Читать книгу целиком
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
Требования к источникам питания дуги
Рекомендуем приобрести:
Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек — в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.
Сварочные экраны и защитные шторки — в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!
В отличие от обычных потребителей электроэнергии (лампы накаливания, электродвигатели, печи сопротивления и др.) электрическая дуга имеет следующие особенности: для зажигания дуги требуется напряжение значительно более высокое, чем для поддержания ее горения; она горит с перерывами, во время которых происходит либо разрыв электрической цепи, либо короткое замыкание. Во время горения дуги с изменением ее длины меняются напряжение и сила тока. При коротком замыкании в момент зажигания и переходе капли расплавленного электродного металла на заготовку напряжение дуги падает до нуля.
На основании этих особенностей сформулированы перечисленные ниже требования к источникам питания, которые должны обеспечить три режима — рабочий, холостого хода и короткого замыкания.
1. Напряжение холостого хода на зажимах источника питания (при разомкнутой сварочной цепи) должно в 2…3 раза превышать напряжение горения дуги и быть достаточным для ее легкого возбуждения, но в то же время его значение не должно быть больше допустимого, безопасного для сварщика. Максимальное напряжение холостого хода установлено в следующих пределах: для источников переменного тока — до 80 В; для источников постоянного тока — до 90 В.
2. Мощность источника питания должна соответствовать толщине свариваемых заготовок. Необходимо, чтобы источник питания был оснащен устройством для плавного регулирования силы тока.
3. Сила тока Iк.з. при коротком замыкании должна иметь ограниченное значение. Нормальный процесс дуговой сварки обеспечивается, если I к.з.= (1,1…1,5)Iсв.. В некоторых случаях Iк.з. достигает значения, равного 2Iсв.. При очень больших значениях Iк.з. происходит перегрев электрода и источника питания.
4. Время восстановления напряжения от 0 до 25 В после короткого замыкания не должно превышать 0,05 с, что необходимо для устойчивого горения дуги.
5. При изменении напряжения на дуге сила тока не должна существенно изменяться, так как значительные отклонения от параметров режима приведут к снижению качества сварного соединения.
6. Источники питания дуги должны иметь небольшие массу в размеры, быть недорогими и удобными в эксплуатации.
Основными техническими показателями источников питания дуги являются внешняя характеристика, напряжение холостого хода, относительная продолжительность работы и относительная продолжительность включения при прерывистом режиме.
Э.С. Каракозов, Р.И. Мустафаев «Справочник молодого электросварщика». -М. 1992
См. также:
Глава 7 Дуга. Источники ее питания. Сварка
Требования к источникам питания дуги
Для осуществления устойчивого дугового разряда между электродом и свариваемым изделием необходимо подвести напряжение от специального источника питания электрическим током. Такой источник должен обеспечивать легкое и надежное возбуждение дуги, устойчивое горение ее в установившемся режиме сварки, регулирование мощности (силы тока). При этом важным условием получения сварного шва высокого качества является устойчивость процесса сварки. Для этого источники питания дуги должны обеспечить возбуждение и стабильное горение дуги.
С короткого замыкания сварочной цепи (контакта между электродом и деталью) начинается возбуждение сварочной дуги. При этом происходит выделение теплоты и быстрое разогревание места контакта. Эта начальная стадия требует повышенного напряжения сварочного тока. В дальнейшем происходит некоторое уменьшение сопротивления дугового промежутка (вследствие эмиссии электронов с катода и появления объемной ионизации газов в дуге), что вызывает снижение напряжения до предела, необходимого для поддержания устойчивого горения дуги.
Очень частые короткие замыкания сварочной цепи происходят в процессе сварки при переходе капель электродного металла в сварочную ванну. Вместе с этим изменяется длина сварочной дуги. При каждом коротком замыкании напряжение падает до нулевого значения. Для последующего восстановления дуги необходимо напряжение порядка 25–30 В. Такое напряжение должно быть обеспечено за время не более 0,05 с, чтобы поддержать горение дуги в период между короткими замыканиями.
При этом следует учесть, что при коротких замыканиях сварочной цепи развиваются большие токи (токи короткого замыкания), которые могут вызвать перегрев в проводке и обмотках источника тока.
Эти условия процесса сварки определили требования, предъявляемые к источникам питания сварочной дуги. Для обеспечения устойчивого процесса сварки источники питания дуги должны удовлетворять следующим требованиям:
• напряжение холостого хода должно быть достаточным для легкого возбуждения дуги и в то же время не должно превышать норм безопасности. Максимально допустимое напряжение холостого хода установлено для источников постоянного тока 90 В; для источников переменного тока – 80 В;
• напряжение устойчивого горения дуги (рабочее напряжение) должно быстро устанавливаться и изменяться в зависимости от длины дуги. С увеличением длины дуги напряжение должно быстро возрастать, а с уменьшением – быстро падать. Время восстановления рабочего напряжения от 0 до 30 В после каждого короткого замыкания (при капельном переносе металла от электрода к свариваемой детали) должно быть менее 0,05 с;
• ток короткого замыкания не должен превышать сварочный ток более чем на 40–50 %. При этом источник тока должен выдерживать продолжительные короткие замыкания сварочной цепи. Это условие необходимо для предохранения обмоток источника тока от перегрева и повреждения;
• мощность источника тока должна быть достаточной для выполнения сварочных работ.
Типы источников питания сварочной дуги, выпускаемые промышленностью: сварочные трансформаторы, сварочные аппараты переменного тока, сварочные выпрямители.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.Читать книгу целиком
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
Требования, предъявляемые к источникам питания дуги
Сварочные генераторы постоянного тока изготовляются в соответствии с требованиями ГОСТ 304, трансформаторы для ручной дуговой сварки — ГОСТ 95 и трансформаторы для автоматической дуговой сварки под слоем флюса — ГОСТ 7012. Основными показателями источников питания сварочной дуги являются: напряжение холостого хода, номинальная сила сварочного тока, пределы регулирования силы сварочного тока, вид внешних характеристик.
Напряжение холостого хода однопостовых генераторов при номинальном токе до 350 а должно быть не более 80 в, а генераторов с номинальным током выше 350 а — не более 90 в. Вторичное напряжение холостого хода трансформаторов для ручной дуговой сварки не должно превышать при токе 100 а 75 в и при токе 350 а — 70 в. Верхний предел вторичного напряжения холостого хода однофазных сварочных трансформаторов Для автоматической сварки под слоем флюса с номинальным током 500 а составляет 80 в, а у трансформаторов, рассчитанных на номинальный ток 1000 и 2000 а — 90 в.
Под номинальной силой сварочного тока понимают допустимую из условий нагрева источника питания дуги силу тока при номинальном напряжении на дуге. Поскольку падение напряжения в проводах сварочной цепи обычно очень мало, номинальное напряжение на дуге практически равно номинальному напряжению на зажимах источника питания дуги (с учетом включенного в сварочную цепь регулирующего ток устройства).
Таблица 2. Номинальные напряжения на зажимах однопостовых генераторов постоянного тока по ГОСТ 304
Номинальный сварочный ток в а | Номинальное напряжение на дуге в в |
До 120 | 25 |
121—380 | 30 |
381—550 | 35 |
551—750 | 40 |
751—1000 | 45 |
Таблица 3. Вторичное напряжение на зажимах трансформаторов для автоматической сварки под флюсом при номинальной нагрузке (включая регулирующее устройство) по ГОСТ 7012
Номинальный | Вторичное |
сварочный ток в а | напряжение в в |
500 | 23+0,045 1св |
1000 | 22+0,02 1св |
2000 | 23+0,015 Iсв |
1св —сварочный ток | |
Номинальные напряжения однопостовых генераторов постоянного тока приведены в табл. 2.
За номинальное напряжение на зажимах многопостовых генераторов при номинальном сварочном токе принимается 50 или 60 в. За номинальное сварочное напряжение при нагрузке на зажимах однопостового трансформатора (включая регулятор) принято 30 е. Номинальное вторичное напряжение трансформатора для автоматической сварки под слоем флюса определяется по данным, приведенным в табл. 3.
Электрические свойства сварочной дуги и требования к источникам питания
Электрические свойства сварочной дуги и требования к источникам питания
Сварочная дуга — мощный электрический разряд в среде ионизированных газов и паров между электродами, находящимися под напряжением. На рис. 1 схематически изображена дуга, питаемая постоянным током, между катодом (электродом) 1 и анодом 5. Она имеет катодную 2 и анодную 4 области, столб 3. Протяженность катодной и анодной областей очень мала, большую часть дуга составляет столб.
Рис. 1. Сварочная дуга постоянного тока: 1 — катод; 3 — катодная область; 3 — столб дуги; 4- анодная область; 5 — анод
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 Uд зависит от ее длины lд:
Uд=a+blд,
где a — сумма падения напряжения в катодной и анодной областях дуги; b — напряженность столба дуги.
При выборе источника питания решающее значение имеет характер зависимости между напряжением и силой тока дуги. Графическое изображение зависимости напряжения от силы тока дуги называют статической вольт-амперной характеристикой, или статической характеристикой дуги. Как видно из рис. 2, статическая характеристика сварочной дуги при постоянных диаметре электрода и длине дуги состоит из трех участков: падающего I, жесткого II . возрастающего III. В зависимости от способа сварки сварочной дуге соответствует тот или иной участок статической характеристики:
при ручной сварке статическая характеристика дуги падающая с переходом к жесткой,
при механизированной сварке под флюсом и в углекислом газе — жесткая с переходом к возрастающей.
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.
Электрические свойства источника питания при работе в статическом режиме выражаются его внешней характеристикой — зависимостью между напряжением на его зажимах (клеммах) и силой тока, протекающего через сварочную цепь при нагрузке. Внешняя вольт-амперная характеристика может быть крутопадающей (а), пологопадающей (б), жесткой (в) и возрастающей (г) (рис. 3). Важными параметрами источника питания являются его напряжение холостого хода U0, ток короткого замыкания Iк, номинальные напряжение Uн и ток Iн (рис. 4).
Рис. 3. Внешняя характеристика источника питания: а — крутопадающая; б — пологопадающая; в — жесткая; г — возрастающая
Рис. 4. Внешняя характеристика источника питания (1) и статическая характеристика дуги (2)
При касании электродом изделия происходит короткое замыкание сварочной цепи, ток которого расплавляет и испаряет металл контактных поверхностей. При последующем отрыве электрода от изделия в пространстве, заполненном ионизированными парами и газами, под действием напряжения источника возникает сварочная дуга. Возбуждение дуги происходит тем легче, чем выше напряжение холостого хода источника. Для обеспечения надежного возбуждения напряжение холостого хода должно быть не ниже 40В. По условиям безопасности напряжение холостого хода источников переменного тока не превышает 80В, постоянного топа — 90В (за исключением специализированных источников). При сварке неплавяшимся электродом для возбуждения дуги без касания на промежуток электрод-изделие подают высоковольтный разряд от специального генератора высокочастотного напряжения — осциллятора.
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.
Основные требования к источникам питания сварочной дуги
ПЛАН УРОКА.
Тема урока: Основные требования, предъявляемые к источникам питания сварочной дуги.
Цели урока:
образовательная: изучение требований, предъявляемых к источникам питания сварочной дуги.
развивающая: развитие способности самостоятельного поиска решения на поставленный вопрос, работа в коллективе и рационального использования полученной информации;
воспитательная: воспитать интерес к изучаемой профессии, трудолюбие и стремление к получению новых знаний.
Оснащение урока:
Тип урока: комбинированный.
ХОД УРОКА
Проверка присутствующих на уроке и их готовность к уроку…………..1мин.
Объяснение и запись темы и целей урока…………………………………..2мин.
Актуализация опорных знаний……………………………………………….5мин.
Проверка домашнего задания и краткий опрос по предыдущим темам.
1. Классификация видов сварки по термическим признакам.
2. Термические виды сварки.
3. Дайте определение сварочной дуги.
4. Виды сварочных постов.
5. Оборудование сварочного поста.
Мотивация учебной деятельности……………………………………………3мин.
Разнообразие видов сварки обуславливает и разнообразие сварочного оборудования.
Однако, не смотря на это, существует ряд требований, одинаковых для любого вида дуговой сварки. Знание этих требований позволяет выбрать источник питания, наиболее полно отвечающий как технологическим, так и экономическим особенностям используемым видам сварки при изготовлении конкретной конструкции.
Изучение нового материала……………………………………………………26мин.
Конспектирование и объяснение нового материала.
Закрепление полученных знаний………………………………………………5мин.
Краткий опрос по пройденной теме.
1. В чем состоит главное отличие сварочной дуги от других потребителей энергии?
2. Напряжение холостого хода источника питания составляет…….
3. Пределы регулирования сварочного тока ИП.
4. Напряжение на дуге составляет…..
5. Ток короткого замыкания………..
Подведение итогов урока………………………………………………………..2мин.
Оценивание наиболее активных студентов.
Домашнее задание…………………………………………………………………1мин.
Проработка конспекта с помощью рекомендуемой литературы.
Основные требования, предъявляемые к источникам питания сварочной дуги.
Электрическая сварочная дуга представляет собой такой вид нагрузки, который отличается от других потребителей электроэнергии тем, что для зажигания дуги требуется напряжение значительно выше, чем для поддержания ее горения; дуга горит с перерывами, во время которых электрическая цепь либо разрывается, либо происходит короткое замыкание. Во время горения дуги напряжение ее меняется с изменением длины дуги, следовательно, меняется и сила сварочного тока. При коротком замыкании (в моменты зажигания дуги и перехода капли расплавленного металла на изделие) напряжение между электродом и изделием падает до нуля.
Эти особенности дуги обусловливают следующие требования, предъявляемые к источникам питания (для ручной дуговой сварки):
1. Обеспечивать легкое зажигание и стабильное горение сварочной дуги в период сварки.
2. Обеспечивать необходимые для выполняемого технологического процесса сварки силу сварочного тока и напряжение на дуге. Обычно напряжение на дуге равно 18-35 В.
3. Напряжение холостого хода должно быть в 2 — 3 раза выше напряжения дуги. Это необходимо для легкого зажигания дуги; в то же время оно должно быть безопасным для сварщика при условии выполнения им необходимых правил. Напряжение холостого хода обычно равно 50 — 70 В. ГОСТ устанавливает максимальное напряжение холостого хода не более 80 В для источников питания переменного тока и 90 В — постоянного тока.
4. Сила тока при коротком замыкании должна быть ограничена. Нормальный процесс дуговой сварки обеспечивается, если
где Iк.з — сила тока короткого замыкания;
Iсв — сила сварочного тока.
В некоторых случаях это отношение может достигать 2.
4. Изменения напряжения дуги, происходящие вследствие изменения ее длины, не должны вызывать существенного изменения силы сварочного тока, а следовательно, изменения теплового режима сварки.
5. Динамические свойства источника питания, т. е. время восстановления напряжения от 0 до 25 В после короткого замыкания не должно превышать 0,05 с, что обеспечивает устойчивость дуги.
6. Источник питания должен иметь устройство для регулирования силы сварочного тока. Пределы регулирования тока должны быть (приблизительно) от 30 до 130% к номинальному сварочному току. Это необходимо для того, чтобы от одного источника питания производить сварку электродами разных диаметров. Наличие регулирующего устройства не всегда позволяет плавно регулировать силу сварочного тока. Поэтому в ряде случаев последовательно в сварочную цепь включают балластные реостаты. Балластные реостаты дают возможность плавно регулировать силу сварочного тока и улучшают вольтамперную характеристику источника питания для ручной дуговой сварки.
7. Иметь необходимый вид внешней вольтамперной характеристики.
Требования к источникам, предназначенным для питания других процессов сварки, отличаются от приведенных выше. Например, в источниках питания для полуавтоматической сварки в защитных газах напряжение холостого хода должно практически равняться напряжению дуги.
Основные требования, предъявляемые к источникам питания
Важным условием получения сварного шва высокого качества является устойчивость процесса сварки. Для этого источники питания дуги должны обеспечить хорошее возбуждение и стабильное горение дуги.
Возбуждение сварочной дуги начинается с короткого замыкания сварочной цепи – контакта между электродом и деталью. При этом происходит выделение теплоты и быстрое разогревание места контакта. Эта начальная стадия требует повышенного напряжения сварочного тока.
В дальнейшем происходит некоторое уменьшение сопротивления дугового промежутка (вследствие эмиссии электронов с катода и появления объемной ионизации газов в дуге), что вызывает снижение напряжения до предела, необходимого для поддержания устойчивого горения дуги. В процессе сварки при переходе капель электродного металла в сварочную ванну происходят очень частые короткие замыкания сварочной цепи. Вместе с этим изменяется длина сварочной дуги. При каждом коротком замыкании напряжение падает до нулевого значения. Для последующего восстановления дуги необходимо напряжение порядка 25…30 В.
Такое напряжение должно быть обеспечено за время не более 0,05 с, чтобы поддержать горение дуги в период между короткими замыканиями. Следует учесть, что при коротких замыканиях сварочной цепи развиваются большие токи (токи короткого замыкания), которые могут вызвать перегрев в проводке и обмотках источника тока.
Эти условия процесса сварки в основном и определили требования, предъявляемые к источникам питания сварочной дуги. Для обеспечения устойчивого процесса сварки источники питания дуги должны удовлетворять следующим требованиям:
1) напряжение холостого хода должно быть достаточным для легкого возбуждения дуги и в то же время не должно превышать норм безопасности. Максимально допустимое напряжение холостого хода установлено для источников постоянного тока – 90 В, для источников переменного тока – 80 В;
2) напряжение устойчивого горения дуги (рабочее напряжение) должно быстро устанавливаться и изменяться в зависимости от длины дуги. С увеличением длины дуги напряжение должно быстро возрастать, а с уменьшением – быстро падать. Время восстановления рабочего напряжения от 0 до 30 В после каждого короткого замыкания (при капельном переносе металла от электрода к свариваемой детали) должно быть менее 0,05 с;
3) ток короткого замыкания не должен превышать сварочный ток более чем на 40…50 %. При этом источник тока должен выдерживать продолжительные короткие замыкания сварочной цепи. Это условие необходимо для предохранения обмоток источника тока от перегрева и повреждения;
4) мощность источника тока должна быть достаточной для выполнения сварочных работ;
5) иметь устройства для плавного регулирования силы сварочного тока;
6) обладать заданной внешней характеристикой.
Таким образом, можно сказать, что источник питания должен при определенных режимах работы удовлетворять двум группам требований: технологическим и технико-экономическим.
Технологические требования. Эти требования определяются техническими возможностями достижения технологических свойств, которые определяются, в свою очередь, статическими и динамическими свойствами источника питания и свойствами нелинейных участков — разрядного промежутка и ванны.
Статические свойства источника отражены в его внешней статической характеристике и ее соответствии вольт-амперной характеристике дуги, так как способность энергетической системы источник — ду — ванна поддерживать устойчивое горение дуги и заданный режим зависит от видов и взаимного расположения этих характеристик.
О динамических свойствах источника можно судить по характеру и скорости протекания переходных процессов в системе источник — дуга — ванна, сопровождающихся резкими изменениями сварочного тока при ступенчатых изменениях проводимости разрядного промежутка, которые вызываются резкими переходами из одного установившегося режима в другой (например, при переходе от холостого хода к короткому замыканию при первоначальном возбуждении дуги). Кроме того, при сварке могут наблюдаться относительно небольшие колебания напряжения на дуге и тока дуги, вызываемые процессами в разрядном промежутке (изменением длины дуги, переносом капель расплавленного металла, перемещением активных пятен на поверхностях электрода и изделия, возникновением в столбе дуги потоков нонизнроваййого газа, колебаниями напряжения сети, неравномерностью .скорости подачи сварочной проволоки и т. д.).
Технико-экономические показатели. К этим показателям относятся коэффициент полезного действия (к.п.д.), коэффициент мощности (cos φ), габаритные размеры, массы, показатели надежности, эргономические и технологические показатели конструкции источников, соответствие правилам безопасности и т. п.