Внешние вольт-амперные характеристики источников питания сварочной дуги

Внешняя характеристика источников питания (сварочного трансформатора, выпрямителя и генератора) — это зависимость напряжения на выходных зажимах от величины тока нагрузки. Зависимость между напряжением и током дуги в установившемся (статическом) режиме называется вольт-амперной характеристикой дуги. Длина дуги связана с ее напряжением: чем длиннее сварочная дуга, тем выше напряжение. Чем круче характеристика, тем меньше влияет длина сварочной дуги на сварочный ток. При изменении напряжения на величину δ при крутопадающей характеристике изменение тока равно а₁ при пологопадающей — а₂. Для обеспечения стабильного горения дуги необходимо, чтобы характеристика сварочной дуги пересекалась с характеристикой источника питания.Обычно ток короткого замыкания превышает рабочий ток, но не более чем в 1,5 раза. Время восстановления напряжения после короткого замыкания до напряжения дуги не должно превышать 0,05 с. Напряжение холостого хода (без нагрузки в сварочной цепи) при падающих внешних характеристиках всегда больше рабочего напряжения дуги, что способствует значительному облегчению первоначального и повторного зажигания дуги. Напряжение холостого хода не должно превышать 75 В при номинальном рабочем напряжении 30 В. Для постоянного тока напряжение зажигания должно быть не менее 30-35 В, а для переменного тока 50-55 В. для трансформаторов, рассчитанных на сварочный ток 2000 А, напряжение холостого хода не должно превышать 80 В. Повышение напряжения холостого хода источника переменного тока приводит к снижению косинуса «фи». Иначе говоря, увеличение напряжения холостого хода снижает коэффициент полезного действия источника питания. Источник питания для ручной дуговой сварки плавящимся электродом и автоматической сварки под флюсом должен иметь падающую внешнюю характеристику. Жесткая характеристика источников питаний необходима при выполнении сварки в защитных газах (аргоне, углекислом газе, гелии) и некоторыми видами порошковых проволок, например СП-2.

Для сварки в защитных газах применяются также источники питания с пологовозрастающими внешними характеристиками

Требования к источникам питания для дуговой сварки

Важными параметрами процесса сварки являются вольт-амперная характеристика сварочной дуги и внешняя характеристика источника питания. От их согласования во многом зависят устойчивость горения дуги и стабильность протекания процесса сварки.

Вольт-амперная характеристика дуги нелинейна, поскольку в общем случае электрический ток в газах не подчиняется закону Ома (дуга является электрическим разрядом в газе, и ее сопротивление не равняется постоянной величине).

При малых токах (примерно до 100А) с его увеличением интенсивно возрастают степень ионизации и число заряженных частиц. Сопротивление столба дуги уменьшается, и для поддержания тока необходимо меньшее напряжение.

При возрастании тока увеличение степени ионизации происходит медленнее, рост количества носителей заряда уменьшается, и напряжение дуги становится мало зависящим от тока.

При больших плотностях тока степень ионизации высокая, дуга не расширяется, так как ограничена диаметром электрода, и ее сопротивление становится постоянным. На этом участке она подчиняется закону Ома — ток и напряжение прямо пропорциональны.

Для каждого способа сварки наиболее характерен свой участок характеристики дуги. Например, при ручной сварке покрытыми электродами и неплавящимся электродом в среде аргона сила тока относительно невелика, а диаметр электрода значителен. Эти условия соответствуют подающему участку характеристики дуги. При сварке под флюсом сила тока больше, чем при ручной сварке, поэтому характеристика переходит на пологий и частично на возрастающий участок. Сварка в углегислом газе характеризуется применением проволок малого диаметра, что пропорционально квадрату диаметра увеличивает плотность тока. Характеристика дуги становится возрастающей.

Ручная дуговая сварка

Одна из основных особенностей ручной сварки — частое изменение длины дуги. Оно связано с манипуляцией сварщиком электродом, его плавлением и необходимостью подачи электрода вниз, а также выполнением швов в неудобных и труднодоступных местах. Особенно частые колебания длины дуги возникают при недостаточной квалификации сварщика. Для обеспечения стабильности процесса сварки, требуемой глубины проплавления и хорошего качества шва необходимо, чтобы сила тока при колебаниях длины дуги изменялась минимально.

Если при ручной дуговой сварке использовать источник питания с пологопадающей характеристикой, то при удлинении дуги возможен ее обрыв из-за малого тока, а при укорочении дуги возможен прожог из-за чрезмерно большой силы тока. Поэтому при ручной сварке применяются источники питания с крутопадающей характеристикой, обеспечивающей максимальную стабильность процесса сварки.

34. Газовая сварка, оборудование для газовой сварки, контроль качества соединения

Газовоя сварка происходит по средствам газа. С помощью кислорода ацицелена и стальной проволоки

Сварочные инверторы, сварочные полуавтоматы

Визуальный осмотр и просвет ренгеном все это применимо и для электро дуговой сварки

Контроль качества сварных швов. Основные методы

Для контроля качества сварного шва могут применяться различные методы, основанные на использовании разных материалов, приспособлений и устройств.  Государственными стандартами определены следующие способы, с помощью которых можно оценить, насколько качественно была проведена сварка и последующая 

зачистка сварных швов. Визуальный осмотр Самый простой и очевидный метод, призванный определить явные дефекты шва. Он может производиться без сторонних приспособлений либо с применением лупы. В рамках подготовки к осмотру производится специальная обработка сварных швов: поверхность очищают от загрязнений и шлаков, некоторые виды сталей дополнительно подвергают химической обработке. При осмотре оценивают размер сварного шва, замеряют обнаруженные дефектные участки. Если были обнаружены трещины, их границы определяют засверливанием, подрубкой, шлифовкой и завершающим травлением. Трещины обнаруживаются при нагреве металла, выявляясь зигзагообразными линиями. Если должна быть произведена термическая  обработка сварных швов, то внешний осмотр проводится и до процедуры, и после нее.

Просвечивание сварного шва В этом случае используют гамма-лучи или рентген (пленку прикладывают с обратной стороны металлической заготовки). Если оборудование для сварных швов подвело, то в местах, где имеются дефекты, на пленке будут видны пятна более темного оттенка. Именно так можно выявить шлаковые включения, непровар и поры. Метод не дает возможности выявить трещины, расположенные под углом менее пяти градусов относительно центрального луча и слипания металлов без шлаковой или газовой прослойки. Этот метод позволяет определять дефекты в металлических заготовках толщиной до 6 сантиметров. Если в швах обнаруживаются дефекты, просвечивают удвоенное число стыков. Если дефекты снова обнаружены, то проверяют швы всех заготовок, выполненные этим сварщиком, а после удаления дефектов швы проверяют вновь. Магнитографический метод В его основе лежит обнаружение поля рассеивания, которое образуется на месте наличия дефектов при намагничивании заготовки. Рассеиваемые поля фиксируются на магнитной ленте, прижатой к поверхности швов. Запись проводится на дефектоскоп, а потом считывается. Если сварка и обработка сварных швов были проведены недостаточно качественно, то этот метод выявит трещины, поры, непровары, шлаковые включения. С меньшей точностью таким образом можно обнаружить поперечные трещины, широкие непровары, округлые поры. Метод подходит для работы с металлом толщиной в 0,4–1,2 сантиметра. Проверка ультразвуком Этот способ основан на отражении направленных пучков звуковых колебаний от металлов и несплошностей в нем. Он используется для контроля качества сварного шва в цветных металлах и стали. Для того чтобы получить ультразвуковые волны, применяют пьезоэлектрические кварцевые пластины, вставленные в щуп. Отраженные колебания улавливаются  искателями, преобразуются в электрический импульс, подаются на усилитель, воспроизводятся индикатором. Чтобы обеспечить акустический контакт, поверхность изделия покрывается автолом или компрессорным маслом. Вскрытие шва

Этот способ используется при необходимости определить дефекты, которые подозреваются, но не были выявлены при использовании других методов. В этом случае применяется оборудование для сварных швов, которым вскрывается подозрительный участок соединения. В этом случае просверливается углубление диаметром несколько больше ширины шва, а потом поверхность шлифуется и протравливается раствором азотной кислоты. Границы шва при этом проявляются очень отчетливо. Химический метод

До начала испытания необходима тщательная зачистка сварных швов от шлаков и загрязнений. В этом случае наружный слой металла обрабатывается четырехпроцентным раствором фенолфталеина либо накрывается тканью, пропитанной пятипроцентным раствором азотнокислого серебра. Изделие нагнетается смешанным с аммиаком воздухом, и в местах, где имеются локальные течи, азотнокислое серебро становится серебристо-черным, а фенолфталеин – красным.

Цветная дефектоскопия (ГОСТ 3242-79)

Полость дефекта наполняется флуоресцентным раствором, которая светится под действием ультрафиолетового луча. Цветная дефектоскопия дает возможность выявлять дефекты при помощи проявляющей белой краски. В этом случае проявляется рисунок, повторяющий форму дефекта. Такими методами можно выделить поверхностный дефект сварного шва – в основном это трещины, которые образуются в сварных соединениях. Проба керосином Этот метод может использоваться при необходимости определения плотности сварного шва на металлическом соединении толщиной до одного сантиметра. Он позволяет выявить дефекты, размер которых составляет от 0,1 миллиметра. В этом случае шов покрывается суспензией из каолина либо мела и подсушивается, а другая сторона два или три раза смачивается керосином. Если шов проницаем, на поверхности, смазанной суспензией, проступят желтые жирные пятна. Срок испытания составляет порядка четырех часов.

Испытание пневматикой

В этом случае с одной стороны шва создается избыточное воздушное давление, а другая промазывается мыльной пеной, на которой под воздействием воздуха, проникающего через неплотности, будут образовываться пузыри. Вакуумный метод

Такие испытание предназначены для определения плотности днища резервуаров и прочих подобных конструкций. Они способны выявить сквозную неплотность размером от 0,1 миллиметра на металлических заготовках толщиной до 1,5 сантиметров. Пенным индикатором в этом случае выступает мыльный раствор, а для создания вакуума применяют сегментные, плоские и кольцевые камеры. Технологические пробы

Способ позволяет определить сплавление металла, характер излома (по металлу или шву), качество зачистки сварных швов, внутренние дефекты и непровары. Место соединения изучают при помощи лупы с десятикратным увеличением. В основном этот метод применяют при испытании сварочных материалов и новых технологий, а также при аттестации сварщиков.

Газовая или газоплавильная сварка, также газосварка — процесс, при котором плавление основного и присадочного материала происходит в пламени открытой горелки. Поддержание пламени горелки осуществляют подачей одного или нескольких горючих газов или жидкостей в смеси с кислородом. 3, цвет белый надпись красная , вентиль стальной под спец. Ключ , имеет войлочный фильтр, (при использовании латунного вентиля образуется ацетиленистая медь она взрывоопасна) газ ацетилен находится в баллоне в растворенном состоянии в ацетоне .Полость баллона заполнена пористой массой, древесный уголь, пористая масса используется для увеличения объема растворенного газа ацетилена , ацетиленовый баллон запрещается использовать в лежачем положении (приводит к вытеканию ацетона из баллона и уменьшение заправочного объема)

Сварочные рукава, кислородный шланг имеет двойную оплетку либо с синей полосой либо синего цвета, можно использовать на ацетилене но не на оборот .

ацетиленовый рукав с одиночной оплеткой либо с красной полосой либо красного цвета

Газовые редукторы служат для понижения до раб давл и поддержания постоянного рабочего давления в системе.

понижающий редуктор кислородный имеет два манометра , первый показывает давление в баллоне второй рабочее давление

Штуцер подсоединения сварочного шланга , уплотнение полусфера

Регулировочный винт

Штуцер накидную гайку с правой резьбой для крепления к вентилю газового баллона ,Уплотнение через прокладку

Газовые горелки бывают инжекторные(давление кислорода больше, ацетилена меньше) и без инжекторные(одинаковое примерно)

Вольт амперная характеристика сварочной дуги

Главная » Статьи » Вольт амперная характеристика сварочной дуги

Вольт-амперная характеристика сварочной дуги

Темы: Технология сварки.

Электрическая дуга как элемент цепи тока обладает ярко выраженной нелинейностью, т. е. между ее током I и напряжением U нет пропорциональной связи. Зависимости U = f (I) при прочих неизменных условиях для таких элементов чаще всего изображаются в виде кривых, называемых вольт-амперными характеристиками. Если величины U измерены в состояниях устойчивого равновесия разряда при разных токах, то характеристики называются статическими. Построение вольт-амперных характеристик связано с большими трудностями не только из-за сложности измерения длины дуги между плавящимися электродами, но и поддержания неизменными прочих условий.

Обычно с изменением тока меняются скорости струй паров, истекающих из активных пятен электродов, расположение пятен на поверхности последних, размеры областей столба, затененных электродами от воздействия струй защитных газов, давление газа в полости закрытых дуг и т. д. Поэтому в чистом виде зависимости Ud = f (Id) Для сварочных дуг построить практически не удается. Пока приходится довольствоваться измерениями Ud в условиях изменения всего комплекса параметров, связанных с током. Поскольку в различных сварочных дугах с током связаны различные параметры, то можно говорить о вольт-амперных характеристиках дуг с неплавящимися или плавящимися, обмазанными или голыми электродами, дуг под флюсом или в защитных газах, дуг в плазмотронах и т. д.

Рисунок 1. Прибор для возбуждения дуги с заданным расстоянием между электродами.

Наиболее простой зависимостью Ud от Id должны характеризоваться свободные дуги с неплавящимися электродами. Как показывают многочисленные измерения, эти зависимости являются падающими. Получение достоверных характеристик дуг с плавящимися электродами связано, прежде всего, с трудностями измерения длин дуг.

Однако метод регистрации параметров дуги в начальной стадии ее существования после возбуждения прибором, изображенным на рис. 4, позволяет свести их к минимуму.

Для построения характеристик достаточно иметь осциллограммы Ud и Id при Ido = δ = const и различных токах. Чтобы повысить стабильность маломощных дуг, применялись источники питания с Uxx = 100 в. Дуги большой мощности питались от многопостового генератора ПСМ-1000.

Характеристики открытых дуг в воздухе между стальными электродами различных диаметров и пластиной приведены на рис 8. Длина дуги ld = 5 мм, полярность тока прямая. При токах до 220 а все характеристики, несмотря на различие диаметров электродов, практически совпадают и являются сначала падающими, потом независимыми. При больших токах дуге с большим диаметром электрода d1 = 10 мм по-прежнему свойственна независимая или даже пологопадающая характеристика.

В дугах с катодами d2 = 4 мм и d3 = 2 мм происходит рост напряжения. Чем меньше диаметр электрода, тем при меньших токах наблюдается этот рост. К сожалению, построить характеристики Ud=f (Id) для тонких электродов во всем диапазоне применяемых токов не удается: при плотности тока j ≥ 6000 а/см2 уже во время подъема электрода 6 прибором (рис.4) он начинает заметно оплавляться, поэтому длина дуги в момент регистрации установившегося Ud не может быть установлена с необходимой точностью.

Рис. 2. Вольт-амперные характеристики открытой сварочной дуги.

Однако и полученные данные позволяют утверждать, что причиной увеличения Ud с ростом Id является малый диаметр катода. По-видимому, после перекрытия катодным пятном всего торца электрода дальнейшее расширение пятна в пространстве становится невозможным и дуга переходит в режим «сжатой дуги» у катода с возрастающей вольт-амперной характеристикой. Изменение длины дуги приводит к изменению абсолютных значений Ud, но его зависимость от тока остается прежней.воль

В исследованном диапазоне токов и диаметров электродов не обнаружено принципиальных изменений вольт-амперных характеристик дуг под флюсом за исключением абсолютных значений Uk + Ua и Е (см. табл. 1). По-видимому, образующаяся под флюсом газовая полость достаточна по размеру, чтобы не ограничивать свободное развитие дуги, а ее сжатие происходит только в связи с недостатком места для развития пятна на тонком электроде.

weldzone.info

Внешние вольт-амперные характеристики источников питания сварочной дуги

Внешняя характеристика источников питания (сварочного трансформатора, выпрямителя и генератора) — это зависимость напряжения на выходных зажимах от величины тока нагрузки. Зависимость между напряжением и током дуги в установившемся (статическом) режиме называется вольт-амперной характеристикой дуги. Длина дуги связана с ее напряжением: чем длиннее сварочная дуга, тем выше напряжение. Чем круче характеристика, тем меньше влияет длина сварочной дуги на сварочный ток. При изменении напряжения на величину δ при крутопадающей характеристике изменение тока равно а1 при пологопадающей — а2. Для обеспечения стабильного горения дуги необходимо, чтобы характеристика сварочной дуги пересекалась с характеристикой источника питания.Обычно ток короткого замыкания превышает рабочий ток, но не более чем в 1,5 раза. Время восстановления напряжения после короткого замыкания до напряжения дуги не должно превышать 0,05 с. Напряжение холостого хода (без нагрузки в сварочной цепи) при падающих внешних характеристиках всегда больше рабочего напряжения дуги, что способствует значительному облегчению первоначального и повторного зажигания дуги. Напряжение холостого хода не должно превышать 75 В при номинальном рабочем напряжении 30 В. Для постоянного тока напряжение зажигания должно быть не менее 30-35 В, а для переменного тока 50-55 В. для трансформаторов, рассчитанных на сварочный ток 2000 А, напряжение холостого хода не должно превышать 80 В. Повышение напряжения холостого хода источника переменного тока приводит к снижению косинуса «фи». Иначе говоря, увеличение напряжения холостого хода снижает коэффициент полезного действия источника питания. Источник питания для ручной дуговой сварки плавящимся электродом и автоматической сварки под флюсом должен иметь падающую внешнюю характеристику. Жесткая характеристика источников питаний необходима при выполнении сварки в защитных газах (аргоне, углекислом газе, гелии) и некоторыми видами порошковых проволок, например СП-2. Для сварки в защитных газах применяются также источники питания с пологовозрастающими внешними характеристиками

Требования к источникам питания для дуговой сварки

Важными параметрами процесса сварки являются вольт-амперная характеристика сварочной дуги и внешняя характеристика источника питания. От их согласования во многом зависят устойчивость горения дуги и стабильность протекания процесса сварки.

Вольт-амперная характеристика дуги нелинейна, поскольку в общем случае электрический ток в газах не подчиняется закону Ома (дуга является электрическим разрядом в газе, и ее сопротивление не равняется постоянной величине).

При малых токах (примерно до 100А) с его увеличением интенсивно возрастают степень ионизации и число заряженных частиц. Сопротивление столба дуги уменьшается, и для поддержания тока необходимо меньшее напряжение.

При возрастании тока увеличение степени ионизации происходит медленнее, рост количества носителей заряда уменьшается, и напряжение дуги становится мало зависящим от тока.

При больших плотностях тока степень ионизации высокая, дуга не расширяется, так как ограничена диаметром электрода, и ее сопротивление становится постоянным. На этом участке она подчиняется закону Ома — ток и напряжение прямо пропорциональны.

Для каждого способа сварки наиболее характерен свой участок характеристики дуги. Например, при ручной сварке покрытыми электродами и неплавящимся электродом в среде аргона сила тока относительно невелика, а диаметр электрода значителен. Эти условия соответствуют подающему участку характеристики дуги. При сварке под флюсом сила тока больше, чем при ручной сварке, поэтому характеристика переходит на пологий и частично на возрастающий участок. Сварка в углегислом газе характеризуется применением проволок малого диаметра, что пропорционально квадрату диаметра увеличивает плотность тока. Характеристика дуги становится возрастающей.

Ручная дуговая сварка

Одна из основных особенностей ручной сварки — частое изменение длины дуги. Оно связано с манипуляцией сварщиком электродом, его плавлением и необходимостью подачи электрода вниз, а также выполнением швов в неудобных и труднодоступных местах. Особенно частые колебания длины дуги возникают при недостаточной квалификации сварщика. Для обеспечения стабильности процесса сварки, требуемой глубины проплавления и хорошего качества шва необходимо, чтобы сила тока при колебаниях длины дуги изменялась минимально.

Если при ручной дуговой сварке использовать источник питания с пологопадающей характеристикой, то при удлинении дуги возможен ее обрыв из-за малого тока, а при укорочении дуги возможен прожог из-за чрезмерно большой силы тока. Поэтому при ручной сварке применяются источники питания с крутопадающей характеристикой, обеспечивающей максимальную стабильность процесса сварки.

1. Газовая сварка, оборудование для газовой сварки, контроль качества соединения

Газовоя сварка происходит по средствам газа. С помощью кислорода ацицелена и стальной проволоки

Сварочные инверторы, сварочные полуавтоматы

Визуальный осмотр и просвет ренгеном все это применимо и для электро дуговой сварки

Контроль качества сварных швов. Основные методы

Для контроля качества сварного шва могут применяться различные методы, основанные на использовании разных материалов, приспособлений и устройств.  Государственными стандартами определены следующие способы, с помощью которых можно оценить, насколько качественно была проведена сварка и последующая зачистка сварных швов. Визуальный осмотр Самый простой и очевидный метод, призванный определить явные дефекты шва. Он может производиться без сторонних приспособлений либо с применением лупы. В рамках подготовки к осмотру производится специальная обработка сварных швов: поверхность очищают от загрязнений и шлаков, некоторые виды сталей дополнительно подвергают химической обработке. При осмотре оценивают размер сварного шва, замеряют обнаруженные дефектные участки. Если были обнаружены трещины, их границы определяют засверливанием, подрубкой, шлифовкой и завершающим травлением. Трещины обнаруживаются при нагреве металла, выявляясь зигзагообразными линиями. Если должна быть произведена термическая  обработка сварных швов, то внешний осмотр проводится и до процедуры, и после нее. Просвечивание сварного шва В этом случае используют гамма-лучи или рентген (пленку прикладывают с обратной стороны металлической заготовки). Если оборудование для сварных швов подвело, то в местах, где имеются дефекты, на пленке будут видны пятна более темного оттенка. Именно так можно выявить шлаковые включения, непровар и поры. Метод не дает возможности выявить трещины, расположенные под углом менее пяти градусов относительно центрального луча и слипания металлов без шлаковой или газовой прослойки. Этот метод позволяет определять дефекты в металлических заготовках толщиной до 6 сантиметров. Если в швах обнаруживаются дефекты, просвечивают удвоенное число стыков. Если дефекты снова обнаружены, то проверяют швы всех заготовок, выполненные этим сварщиком, а после удаления дефектов швы проверяют вновь. Магнитографический метод В его основе лежит обнаружение поля рассеивания, которое образуется на месте наличия дефектов при намагничивании заготовки. Рассеиваемые поля фиксируются на магнитной ленте, прижатой к поверхности швов. Запись проводится на дефектоскоп, а потом считывается. Если сварка и обработка сварных швов были проведены недостаточно качественно, то этот метод выявит трещины, поры, непровары, шлаковые включения. С меньшей точностью таким образом можно обнаружить поперечные трещины, широкие непровары, округлые поры. Метод подходит для работы с металлом толщиной в 0,4–1,2 сантиметра. Проверка ультразвуком Этот способ основан на отражении направленных пучков звуковых колебаний от металлов и несплошностей в нем. Он используется для контроля качества сварного шва в цветных металлах и стали. Для того чтобы получить ультразвуковые волны, применяют пьезоэлектрические кварцевые пластины, вставленные в щуп. Отраженные колебания улавливаются  искателями, преобразуются в электрический импульс, подаются на усилитель, воспроизводятся индикатором. Чтобы обеспечить акустический контакт, поверхность изделия покрывается автолом или компрессорным маслом. Вскрытие шва

Этот способ используется при необходимости определить дефекты, которые подозреваются, но не были выявлены при использовании других методов. В этом случае применяется оборудование для сварных швов, которым вскрывается подозрительный участок соединения. В этом случае просверливается углубление диаметром несколько больше ширины шва, а потом поверхность шлифуется и протравливается раствором азотной кислоты. Границы шва при этом проявляются очень отчетливо. Химический метод

До начала испытания необходима тщательная зачистка сварных швов от шлаков и загрязнений. В этом случае наружный слой металла обрабатывается четырехпроцентным раствором фенолфталеина либо накрывается тканью, пропитанной пятипроцентным раствором азотнокислого серебра. Изделие нагнетается смешанным с аммиаком воздухом, и в местах, где имеются локальные течи, азотнокислое серебро становится серебристо-черным, а фенолфталеин – красным. Цветная дефектоскопия (ГОСТ 3242-79)

Полость дефекта наполняется флуоресцентным раствором, которая светится под действием ультрафиолетового луча. Цветная дефектоскопия дает возможность выявлять дефекты при помощи проявляющей белой краски. В этом случае проявляется рисунок, повторяющий форму дефекта. Такими методами можно выделить поверхностный дефект сварного шва – в основном это трещины, которые образуются в сварных соединениях. Проба керосином Этот метод может использоваться при необходимости определения плотности сварного шва на металлическом соединении толщиной до одного сантиметра. Он позволяет выявить дефекты, размер которых составляет от 0,1 миллиметра. В этом случае шов покрывается суспензией из каолина либо мела и подсушивается, а другая сторона два или три раза смачивается керосином. Если шов проницаем, на поверхности, смазанной суспензией, проступят желтые жирные пятна. Срок испытания составляет порядка четырех часов. Испытание пневматикой

В этом случае с одной стороны шва создается избыточное воздушное давление, а другая промазывается мыльной пеной, на которой под воздействием воздуха, проникающего через неплотности, будут образовываться пузыри. Вакуумный метод

Такие испытание предназначены для определения плотности днища резервуаров и прочих подобных конструкций. Они способны выявить сквозную неплотность размером от 0,1 миллиметра на металлических заготовках толщиной до 1,5 сантиметров. Пенным индикатором в этом случае выступает мыльный раствор, а для создания вакуума применяют сегментные, плоские и кольцевые камеры. Технологические пробы

Способ позволяет определить сплавление металла, характер излома (по металлу или шву), качество зачистки сварных швов, внутренние дефекты и непровары. 3, цвет белый надпись красная , вентиль стальной под спец. Ключ , имеет войлочный фильтр, (при использовании латунного вентиля образуется ацетиленистая медь она взрывоопасна) газ ацетилен находится в баллоне в растворенном состоянии в ацетоне .Полость баллона заполнена пористой массой, древесный уголь, пористая масса используется для увеличения объема растворенного газа ацетилена , ацетиленовый баллон запрещается использовать в лежачем положении (приводит к вытеканию ацетона из баллона и уменьшение заправочного объема)

Сварочные рукава, кислородный шланг имеет двойную оплетку либо с синей полосой либо синего цвета, можно использовать на ацетилене но не на оборот .

ацетиленовый рукав с одиночной оплеткой либо с красной полосой либо красного цвета

Газовые редукторы служат для понижения до раб давл и поддержания постоянного рабочего давления в системе.

понижающий редуктор кислородный имеет два манометра , первый показывает давление в баллоне второй рабочее давление

Штуцер подсоединения сварочного шланга , уплотнение полусфера

Регулировочный винт

Штуцер накидную гайку с правой резьбой для крепления к вентилю газового баллона ,Уплотнение через прокладку

Газовые горелки бывают инжекторные(давление кислорода больше, ацетилена меньше) и без инжекторные(одинаковое примерно)

studfiles. net

Вольтамперная характеристика сварочной дуги

Статической вольтамперной характеристикой сварочной дуги называют зависимость между напряжением дуги UД и сварочным током Iд. Обычно она выражается графически (рис. 3.6). По графику видно, что в диапазоне сварочных токов от 0 до 80 А по мере увеличения сварочного тока Iд напряжение дуги Uд резко падает. Такую статическую характеристику дуги называют падающей. С дальнейшим увеличением сварочного тока до 800 А напряжение дуги практически остается постоянным, такую характеристику называют жесткой.

Рис. 3. 6 Статическая вольт-амперная характеристика сварочной дуги Б1, Б2 и Б3 — дуги различной длины

При увеличении сварочного тока от 800 А и более напряжение дуги также увеличивается, такую характеристику называют возрастающей. Как видно из графика, сварочная дуга, имеющая падающую статическую характеристику, мало устойчива, так как незначительное изменение тока резко сказывается на напряжении дуги, что приводит к ее обрыву. Начало графика, соответствующее моменту зажигания дуги, характеризует величину напряжения, необходимого для ионизации междугового пространства и зажигания дуги и равного 50-60 В. В дальнейшем процесс ручной дуговой сварки идет на токах 100-500 А и переходит в более устойчивую область с жесткой статической характеристикой дуги.

Изменение напряжения дуги происходит только в зависимости от ее длины и не зависит от величины сварочного тока. Чем длинее дуга, тем больше ее напряжение за счет увеличения падения напряжения столба дуги. Использование жесткой характеристики, обеспечивающей наибольшую устойчивость процесса, широко практикуется для ручной, механизированной, автоматизированной и автоматической сварки. Для облегчения возбуждения дуги с падающей характеристикой и стабилизации ее горения на переменном токе применяют включение в сварочную цепь дополнительного стабилизатора (осциллятора).

www.metalcutting.ru

Основные требования к сварочным инверторам

Для того чтобы разобраться в работе сварочного инвертора затронем немного тему возникновения сварочной дуги. Рассмотрим вольт – амперную характеристику электрической дуги, возникающей при сварке (далее ВАХ).

Ниже показана вольт – амперная характеристика дуги в общем виде:

Как мы можем наблюдать из графика при малых токах, до 80 А, характеристика имеет падающий характер. Этим свойством необходимо пользоваться, потому что, если посмотреть на график, чем выше напряжение, прикладываемое к искровому промежутку, тем легче будет возникать электрическая дуга. Это значит, что дуга загорится от меньшего значения тока, чем на прямолинейном участке ВАХ. Как раз с целью облегчения зажигания дуги в сварочных инверторах применяют осцилляторы и прочие устройства, повышающие напряжения сварочных аппаратов. Для сварочных аппаратов инверторного типа стандартное напряжение колеблется, как правило, в промежутке от 70 В до 95 В и зависят от вольтдобавочной конструкции.

Приблизительный график ВАХ инвертора должен выглядеть примерно так:

Стабильный поджиг, а также поддерживание стабильного горение электрической дуги обеспечивает высокое напряжение холостого хода (ХХ). При обеспечении такой ВАХ легко поджигаются и хорошо горят электроды всех марок, также электроды для сварки цветных металлов, нержавейки и чугуна. Конечно выше показанная идеализированная ВАХ, но нужно стремится к получению именно такой характеристики. Мы рассмотрели участок только до 100 А, но главное на этом участке добиться значения ВАХ похожей на характеристику сварочной дуги, так как от этого зависит устойчивость дуги и качество сварочного шва. В итоге можно сформулировать первое требование к работе сварочного инвертора – это крутопадающая ВАХ. Если это условие не выполнено, то сварочный аппарат с достойными параметрами не получится.

Теперь рассмотрим участок от 80 А до 800 А. На этом участке дуга будет являться стабилизатором напряжения. Этот участок является наиболее подходящем для переноса расплавленного металла к свариваемому изделию. На данном участке напряжение дуги не зависит от тока, а зависит от ее длины.

Величину данного напряжения можно вычислить по формуле:

Где: UД – напряжение, В;

а – коэффициент, он постоянен и выражает сумму падений напряжений на катоде и аноде и не зависим от длины дуги, В;

b –напряжение среднее на единицу длины, В/мм;

L – длина дуги, мм;

Для стальных электродов коэффициенты а и b можно принять а=10 В, b=2 В/мм, соответственно напряжение для дуги длиной L=4 мм будет равно:

U=10+2*4=18 В

При атмосферном давлении и при сварке металлическим электродом будет гореть устойчиво при напряжении 18 – 28 В. Это и будет вторым требованием к нормальной работе сварочного инвертора. Итак, во всем рабочем диапазоне от 80 А до максимального значения тока, рабочее напряжение не должно уменьшатся менее 18 В, а чтоб поддержать гарантированно стабильную работу не ниже чем 22 – 24 В.

Рассмотрим третий участок кривой работы сварочного инвертора. Этот отрезок очень важен для обеспечения бесперебойной работы инвертора, ограничения тока КЗ, безопасной работы силовых ключей и так далее. В разных конструкциях преобразовательных устройств он может формироваться по разному. В инверторах с ШИМ модуляцией, ограничения тока силовой цепи реализовывают через обратную связь (ОС). В качестве датчика ОС применяют трансформатор тока. При достижении максимального тока импульс с трансформатора тока поступает на вход блока ограничения тока (БОТ), который выдает команду на прерывание импульсов силовых ключей.

На осциллограмме это будет выглядеть как уменьшение скважности импульсов (длительность импульса в открытом состоянии уменьшится), что приведет к уменьшению напряжения, но ток будет расти. Крутизна такого участка будет зависеть от быстроты реакции контроллера на изменения в нагрузке. Для резонансных инверторов этот участок ВАХ имеет более пологий наклон. Это зависит от добротности L – C цепочки – чем она выше, тем более крутой угол наклона кривой. Поэтому при правильной настройке сварочного аппарата можно обойтись без токовой ОС. Как видим резонансные преобразователи не боятся режима КЗ. И это будет третье требование к сварочным инверторам.

Также нужно обратить внимание на такие виды защит как:

• Безопасность сварщика. Он не должен попасть под опасное для жизни напряжение;
• Защита от длительного КЗ и перегрева силовых частей инвертора;
• Защиту от попадания влаги и пыли в устройство;
• Система стабилизации горения дуги и поджига;

elenergi.ru

---

Смотрите также

• Самодельный сварочный инвертор из доступных деталей своими руками
• Деформации при сварке
• Замена радиаторов отопления на сварке
• Сварка днища ваз 2110
• Лазерная сварка это
• Дуговая сварка в среде защитных газов
• Марка электродов для сварки нержавеющей стали
• Плазменная резка и сварка
• Схема инверторного сварочного аппарата ресанта 220
• Сварочный аппарат неон
• Газовая сварка это

Внешние вольт-амперные характеристики источников питания — Мегаобучалка

Введение

 

Явление прохождения электрического тока через газы получило название газовых разрядов. В физике известны многие виды таких разрядов, которые отличаются друг от друга, главным образом, величиной разрядного тока, напряжением, температурой и давлением газа (плазмы) между электродами. В технике различают и используют тёмный, тлеющий, искровой, коронный разряды. Строгих количественных границ провести между ними не удается, так как один вид разряда, часто переходит в другой без заметного внешнего воздействия. Однако,дуговой разряд существенно отличается от других сравнительно большим током не ниже нескольких ампер, низким напряжением порядка десятка вольт и высокой температурой газа в разрядной области.

Впервые дуговой разряд наблюдался и был описан академиком Петровым в 1802 году. Дуговой разряд широко используется в технике. Обширное применение в технике электрическая дуга получила в металлургии и применяется для нагрева и плавления металлов.

 

Электрическаясварочная дуга.

I. Виды сварочных дуг.

По наиболее важным техническим признакам различают следующие основные группы сварочных дуг:

 

Дуги прямого действия	Дуги с плавящимся электродом	Дуги в парах металла	Свободные дуги	Установившиеся дуги	Открытые дуги	Дуги постоянного тока
Дуги косвенного действия	Дуги с неплавящимся электродом	Дуги в газах	Сжатые дуги	Неустановившиеся дуги	Закрытые дуги	Дуги переменного тока

 

 

1. В дугах прямого действия металлы, подлежащие нагреву или плавлению являются электродами разряда, и передается кинетическая и потенциальная энергия заряженных частиц. Поэтому оба электрода интенсивно нагреваются и плавятся.

Дуги косвенного действия располагаются у поверхностей подлежащих нагреву или плавлению изделий. Электродами таких дуг служат стрежни из графита или вольфрама, не соединенные электрически с изделиями. Нагрев и плавление изделий происходит лишь за счет кинетической энергии сталкивающихся с ними частиц газа. Обычно такой нагрев мало эффективен, поэтому дуги косвенного действия применяются в тех случаях, когда требуется сравнительно небольшая теплопередача от дуги к изделиям.

 

2. В дугах с плавящимся электродом оба электрода в процессе осуществления сварочного процессарасплавляются, поставляя металл в общую сварочную ванну. Если одни электроды являются тугоплавкими (например, вольфрамовый) и не поставляет металл в общую сварочную ванну, такая дуга будет называться дугой с неплавящимся электродом. При увеличении тока дуги тугоплавкий электрод также может расплавиться, поэтому разновидности дуг этой группы определяются не только материалом электродов, но и режимом их горения.

 

3. Большинство плавящихся электродов сильно испаряется. Пары, двигаясь от электродов в виде струи, почти полностью оттесняют из области разряда другие газы. Поэтому пары электродов определяют основные свойства таких дуг. Когда же используются слабо испаряющиеся вольфрамовые, графитовые или искусственно охлаждаемые водой медные электроды, состав газа разрядной области с достаточной точностью определяется её атмосферой. Последнюю образуют либо защитные газы – аргон, гелий, углекислый газ, водород и др., подаваемые в зону дуги для ограждения металла от воздействия воздуха, либо воздух при отсутствии такой защиты. Однако по мере увеличения тока, слабо испаряющиеся электроды могут испаряться интенсивно, а «дуга в газах» может стать «дугой в парах», поэтому и в этой группе разновидности дуг также определяются их режимом.

 

4. Дуга считается свободной, если её развитие в пространстве неограниченно до пределов определяемых естественными свойствами дуги. При наличии таких ограничений дуга считается сжатой. Дуги сжимают, помещая их в узкие каналы, ограничивая размеры электродов, обдувая дуги струями газов или жидкостей.

 

5. Дуга считается установившейся, если длительность её существования при заданных условиях заметно превышает время протекания в ней переходных процессов и параметры дуги уже не меняются во времени. Изменение силы тока, состава атмосферы, расстояния между электродами, положения в пространстве и т.д. характеризуют неустановившиеся дуги. Однако при сравнительно медленном изменении перечисленных факторов, когда каждому их мгновенному значению соответствуют параметры дуги, близкие к установившимся при этих мгновенных значениях, такими изменениями можно пренебречь и дуги считать установившимися. Таким образом, разделение дуг анализируемой группы на два вида требует их тщательного изучения.

 

6. Дуга считается открытой, если вокруг неё отсутствуют преграды, кроме самих электродов, исключающие или затрудняющие циркуляцию газа в околодуговом пространстве, или задерживающие излучение дуги. В случае полного ограждения дуги от окружающего пространства она становится закрытой. Примером такой дуги является дуга под флюсом. Её атмосфера состоит только из паров электродов и ограждения – флюса. Циркуляция газовых потоков в такой дуге ограничена, излучение дуги в пространство не проникает. Возможны полузакрытые дуги т.д.

 

7. Для дуг постоянного тока характерна неизменность направления тока и, как правило, небольшие колебания его силы, обуславливаемые процессами в дуге. В дугах переменного тока происходят непрерывные изменения направления тока и, как правило, частое изменение его величины за счёт постоянной смены анодных и катодных пятен.

II. Строение дуги. Составные части дугового разряда. Распределение потенциала в дуге.

Сварочная дуга представляет собой мощный электрический разряд в ионизированной смеси газов, паров металлов и веществ, входящих в состав электродных покрытий, флюсов и других защитных средств.

 

Дуговой промежуток разделяют на три области:

 

— анодную

— катодную

— столб дуги

 

Указанные области (слои) обнаружены экспериментально, и они называютсяприэлектродными областями дуги.

 

В данном случае на электроде отмечена катодная область, а на изделии анодная и между ними столб дуги.

Длина катодной, как и анодной области составляет . Длина столба дуги десятые доли сантиметра, поэтому принято за длину дуги принимать длину столба, при этом нельзя забывать о существовании приэлектродных областей.

 

Рисунок 1. Модель сварочной дуги и распределение потенциала по ее длине.

 

На рисунке 2 показан график нарастания напряжения по длине дуги разрядного промежутка. Как видно из графика в приэлектродных областях, несмотря на малую протяженность напряжения и значительны.

 

Рисунок 2. График нарастания напряжения по длине дуги разрядного промежутка.

Общее напряжение дуги определяется как сумма

 

III. Ионизация дугового промежутка. Потенциал ионизации.

Электрическая дуга – один из видов электрического разряда между двумя электродами в газообразной среде. Это мощный концентрированный источник света и тепла, используемый для расплавления металла. В обычных условиях газы не проводят электрический ток. Для дугового разряда необходимо, чтобы в промежутке между электродами образовывались электрические заряженные частицы, перемещение которых и будет создавать электрический ток. Процесс образования таких частиц называется процессом ионизации газов. Это процесс происходит под действием электрического тока, проходящего через газ.

 

Рисунок 3.

 

Основной причиной ионизации является высокая температура газа, при которой электроны приобретают энергию, преодолевающую силу притяжения положительных ионов и способствующую их удалению с поверхности электрода. Встречая на своем пути молекулы и атомы газа электроны ионизируют их, обуславливая электропроводность газа.

Электроны и отрицательные ионы под действием электрического тока направляются к положительному электроду, а положительные ионы – к отрицательному и ударяются о них. Кинетическая энергия от удара переходит в тепловую, создавая в зоне анода и катода высокую температуру.

При зажигании дуги, когда электроды и газовый промежуток недостаточно нагреты, необходимо повышать напряжение источника тока, чтобы придать электронам большую кинетическую энергию и интенсифицировать ионизацию газа между электродами.

Для отрыва электрона от атома с превращением последнего в положительный ион нужно затратить определенную энергию, характеризуемую потенциалом ионизации. Количество энергии, необходимой для возбуждения атома или молекулы, называется потенциалом возбуждения. Чем ниже потенциал ионизации металла и газа, тем слабее связь электрона с атомом ядра. В этом случае на возбуждение и работу ионизации требуется меньше энергии, в результате чего дуга возбуждается быстрее и горит устойчивее.

Вещества с наименьшим потенциалом ионизации называются стабилизаторами дуги. На стабильность горения дуги можно влиять введением в металл элементов с низким потенциалом выхода. Одним из методов оценки стабильности горения дуги является определение её длины, при которой происходит естественный обрыв.

Отмечаются лучшие стабилизирующие вещества, например щелочноземельные и щелочные металлы: калий, натрий, барий, кальций (мел, поташ, сода).Наибольшими потенциалами ионизации обладают инертные газы (аргон, гелий, неон), а также азот и кислород.

В столбе дуги в зависимости от режима температура газа может достигать .

 

IV. Вольтамперная характеристика сварочной дуги.

Электрическая дуга как элемент сварочной цепи обладает ярко выраженной нелинейностью. Это означает, что между ее током и напряжением нет прямой зависимости. Зависимость напряжения как функция от тока

при прочих неизменных условиях для таких элементов изображается в виде кривых, называемых вольтамперными характеристиками. Если величины напряжения измерены в состоянии устойчивого равновесия при разных токах, такие характеристики будут называться статическими. Построение вольт-амперных характеристик связано с большими трудностями не только из-за сложности измерения длины дуги между плавящимися электродами, но и поддержания неизменных прочих условий.

 

 

Рисунок 4. Вольт-амперные характеристики дуги:

а – падающие; б – жесткие; в – возрастающие; 1 — ; 2 — ; для 1 и 2 и

 

Падающая — с ростом сварочного тока уменьшается.

Жесткая – с ростом остается практически неизменным.

Возрастающая – рост вызывает увеличение .

 

Падающие вольт – амперные характеристики имеют свободные малоамперные дуги, горящие в атмосфере воздуха и в среде аргона при токах от нескольких ампер до 70-80А. Причиной снижения напряжения на дуге является уменьшение напряжения столба дуги. С ростом тока более интенсивно протекает ионизация газа столба дуги, проводимость столба дуги увеличивается, площадь поперечного сечения столба возрастает. Разности потенциалов в анодной и катодной областях практически не зависят от величины тока, а только от физических условий, в которых существует дуга. При неизменной длине дуги с ростом тока уменьшается напряжение столба дуги и напряжение на дуге; при этом дифференциальное сопротивление <0, так как угол тупой (рис.4,а).

 

Жесткую ВАХ имеют сварочные дуги с токами от 80А и выше при ручной дуговой и механизированной сварке под флюсом (рис.4,б). С ростом сварочного тока увеличивается площадь столба дуги, в результате чего проводимость разрядного промежутка практически не изменяется. Увеличение тока с одновременным увеличение площади столба дуги приводит к тому, что плотность тока в столбе дуги и напряженность электрического поля остаются постоянными. Этим объясняется то, что при постоянстве и напряжение практически не зависит от величины тока. При постоянной длине дуги напряжение с ростом тока не изменяется, при этом .

При механизированной сварке под флюсом, когда диаметр электродной проволоки невелик, плотность тока в электроде несколько больше таковой при свободной малоамперной дуге, горящей в воздухе или в аргоне. Начиная примерно с 300-400А и выше ВАХ дуги, горящей под флюсом, становится пологовозрастающей.

При сварке плавящимся электродом в среде углекислого газа и сжатой дугой в среде аргона неплавящимся электродом ВАХ сварочной дуги крутовозрастающая. С ростом сварочного тока напряжение на дуге возрастает.

 

V. Статическая вольтамперная характеристика сварочной дуги.

Вольтамперная характеристика нелинейного участка сварочного контура, которая строится по данным эксперимента, представляет собой зависимость напряжения на дуге от тока при данных длине дуги, проводимости разрядного промежутка G и постоянстве остальных физических факторов, влияющих на горение дуги. .При проведение эксперимента питание дуги осуществляется от отдельного источника. Получение опытных данных для построения вольт-амперных характеристик сварочной дуги с неплавящимся электродом хотя и представляет определенные трудности, но возможно. Длину дуги в этом случае можно установить и поддерживать во время опыта постоянной при практической неизменности амперной характеристики для дуги с плавящимся электродом, строго говоря, является несостоятельным, так как реальных условиях при горении дуги происходит непрерывное изменение в связи с переносом через разрядный промежуток капель жидкого металла в ванну на изделии.

В зависимости от условий существования сварочной дуги ей соответствует тот или иной участок статической характеристики. При ручной дуговой сварке характеристика дуги будет падающей с переходом в жесткую. При сварке под флюсом или в среде характеристика дуги будет жесткой с переходом в возрастающую.

Графическое изображение зависимости напряжения дуги от тока называют статической вольт-амперной характеристикой, или статической характеристикой дуги. Как видно из рисунка 5 статическая характеристика сварочной дуги при постоянных диаметре электрода и длине дуги состоит из трех участков.

Рисунок 5. Статическая характеристика сварочной дуги.

Внешние вольт-амперные характеристики источников питания.

 

I. Понятие внешней характеристики. Формы внешних характеристик.

Внешние вольтамперные характеристики (ВАХ) бывают:

Рисунок 6. Внешние вольтамперные характеристики.

 

а — крутопадающая

б- пологопадающая

в — жесткая

г- возрастающая

 

Электрические свойства источника при работе в статическом режиме выражаются его внешней характеристикой. Внешняя характеристика источника – это зависимость между напряжением на его зажимах и током, протекающим через сварочную цепь при нагрузках.

 

Первоначальное возбуждение дуги чаще всего происходит при касании электродом изделия. Это процесс называют коротким замыканием. При последующем отрыве электрода в пространстве, заполненном ионизированным газом, возникает горение сварочной дуги. Возбуждение дуги происходит тем легче, чем выше напряжение холостого хода. Для обеспечения надежного возбуждения, напряжение холостого хода должно быть не ниже 40В. Верхняя грань напряжения холостого хода ограничивается требованиями пожарной безопасности. Переменный ток – 80В, постоянный – 90В.

При сварке неплавящимся электродом зажигание зачастую производится с помощью специального устройства – осциллятора. В данном случае зажигание осуществляется без касания.

Источник питания должен удовлетворять следующим требованиям:

— обеспечивать надежное зажигание

— поддерживать стабильное горение

— способствовать благоприятному переносу металла

— обеспечивать регулирование режима в заданном диапазоне.

 

II. Выбор внешней характеристики источников питания на примере ручной дуговой сварки.

 

Рисунок 7. Внешняя характеристика источника питания для РДС.

 

 

А – равенство подаваемой и потребляемой энергии.

1 – статическая вольтамперная характеристика дуги.

2 – внешняя вольтамперная характеристика источника питания.

 

В ручной дуговой сварке изменение длины дуги приводит к изменению напряжения дуги, что в свою очередь изменяет режим по току.

При использовании источника с крутопадающей характеристикой, изменения по току, вызванные изменением напряжения малозначительны. В случае применения более пологопадающего источника изменение тока возрастает. Поэтому для РДС необходимо применять источники с крутопадающей характеристикой.

III. Условие статической устойчивости энергетической системы «источник питания – сварочная дуга». Коэффициент устойчивости системы.

 

Дуговой разряд называется устойчивым, если существует непрерывно, в течение длительного времени, без обрывов и коротких замыканий, поэтому в качестве непосредственного критерия для оценки устойчивости можно принять отрыв дуги или количество обрывов при полном расплавлении электрода. Устойчивость зависит от технологических и от электрических характеристик процесса.

Понятие принципиальной устойчивости.

Рисунок 8. Малое возмущение по длине дуги.

Рассмотрим малое возмущение по длине дуги .

 

Рисунок 9. К оценке устойчивости при малом возмущении по длине дуги:

В точках А и В наблюдается равенство токов и напряжений дуги и источника, а,следовательно, равенство энергии, выделяемой источником и потребляемой дугой.

Выясним, устойчиво ли равновесие в точке В.

При резком, но малом удлинении дуги также резко, скачком, увеличивается напряжение дуги. Поэтому в данный момент времени характеристика дуги сместится вверх, а состояние дуги будет отражаться точкой .

Однако состояние источника по-прежнему отражается точкой В. Значит, равновесие нарушилось. Увеличение напряжения дуги вызвано увеличением её сопротивления . Увеличение должно привести к снижению сварочного тока. Поэтому точка соответствующая параметрам дуги ( ) будет перемещаться в точку .

Точка, соответствующая параметрам источника , будет перемещаться в точку . В результате система в целом переходит в новое равновесное состояние в точке .

Малое удлинение дуги было успешно отработано системой и привело лишь к малым отклонениям напряжения и тока. Значит, система в точке устойчива.

Рассмотрим точку . После увеличения длины дуги состояние дуги будет отражаться точкой , состояние источника точкой .

Как и в случае с точкой , увеличение длины дуги привело к увеличению , поэтому уменьшается. В результате мы двигаемся по характеристике дуги влево, но в данном случае источник питания не может обеспечить требуемое значение тока и напряжения. Характеристики дуги и источника не пересекутся, следовательно, точка является неустойчивой.

 

Коэффициент устойчивости системы.

Система «источник-дуга» принципиально устойчива, если в результате отработки малых возмущений она приходит в установившееся состояние, характеризующееся равенством подаваемой и потребляемой энергии и малыми отклонениями тока и напряжения от исходного состояния.

 

Рисунок 10. Определение коэффициента устойчивости системы «источник – дуга».

Выясним причину наличия устойчивости в точке и её отсутствие в точке . Очевидно, что движение системы при отработке возмущений вблизи точки всегда приводит её в новое равновесное состояние и не приводит вблизи точки .

Заметим, что в отличие от точки наклон характеристики источника в точке круче, чем дуги.

Наклон характеристик источника и дуги принято выражать или оценивать величиной дифференциальных сопротивлений.

 

 

Приведем примеры типичных численных соотношений и в точках и . Рассмотрим точку

 

.

Дуга горит.

Рассмотрим точку .

.

Дуга не горит.

В любых сочетаниях характеристик источника и дуги, устойчивость обеспечивается только при выполнении неравенства . Поэтому в качестве критерия принципиальной устойчивости системы принята разность дифференциальных сопротивлений, которая выражается в виде коэффициента устойчивости.

Для устойчивого горения дуги необходимо чтобы ВАХ источника падала круче, чем ВАХ дуги.

Пример оценки принципиальной устойчивости.

Рисунок 11.

 

 

IV. Экспериментальное определение внешней характеристики источника питания.

Рисунок 12.

 

ü Определить напряжение холостого хода

ü Установить максимального сопротивления на балластном реостате.

ü Снизить сопротивление балластного реостата.

ü Повторить предыдущий пункт

ü Произвести короткое замыкание, если видим, что характеристика источника падающая.

ü Соединить точки и получить характеристику.

 

5.2 Источники питания постоянного тока

Источники питания для дуговой сварки предназначены для получения на выходе почти постоянного тока или почти постоянного напряжения. Дополнительную информацию об источниках постоянного напряжения см. в главе 7. На рис. 5-2 показана типичная вольт-амперная кривая для источника питания постоянного тока. Обратите внимание на относительно крутой наклон или «провисание» этой кривой. Сварочные аппараты с крутой кривой вольт-ампер известны как аппараты с кривой спада или спада.

Напряжение дуги зависит от размера или длины дугового промежутка. Изучая Рисунок 5-2, вы видите круто наклонную кривую вольт-ампер A на виде слева. Напряжение холостого хода или напряжение без сварки установлено на 80 В.
​
Когда сварщик зажигает дугу и удерживает ее на определенной длине дуги, сварочное напряжение или напряжение замкнутой цепи отображается как 20 В. Эта длина дуги дает 135А. См. кривую A на Рисунке 5-2. Если сварщик отодвигает электрод от основного металла, длина дуги увеличивается, а напряжение возрастает с 20 до 25 В. Это увеличение напряжения на 25%. Это изменение напряжения вызывает уменьшение сварочного тока. Сварочный ток снижается со 135А до 126А. Это снижение всего на 6,7%. При большом изменении напряжения происходит лишь небольшое изменение тока, и качество сварки сохраняется. Ток в этой машине, хотя и несколько меняется, считается постоянным.

При ручной дуговой сварке необходим источник постоянного тока. Двумя процессами ручной дуговой сварки являются дуговая сварка защитным металлом (SMAW) и дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа (GTAW). Информация о GTAW будет рассмотрена в Главе 7.
Другой источник питания имеет напряжение холостого хода 50 В. Вольт-амперная кривая для этой машины показана как кривая B на рисунке 5-2 справа. Такое же изменение сварочного напряжения на 20–25 В приведет к падению тока со 143 А до 124 А или на 13,3 %. Эта более медленная кривая вольт-ампер на выходе вызывает большее изменение силы тока при таком же небольшом изменении напряжения. Сварщик может захотеть иметь эту более медленную (более пологую) выходную вольт-амперную кривую.

При более плоском наклоне выходного сигнала сварщик может контролировать расплавленную сварочную ванну и скорость плавления электрода, внося небольшие изменения в длину дуги. Контроль расплавленной сварочной ванны и скорости плавления электрода наиболее важен при сварке в горизонтальном, вертикальном и потолочном положениях.

Когда сварщик меняет диапазон тока для аппарата, меняется и вольт-амперная кривая. Напряжение холостого хода не меняется, но изменяется максимальный ток. По мере уменьшения максимального тока, как показано на кривых C и D, регулирование сварочного тока еще меньше зависит от изменения длины дуги.

5.2.1 Источники питания переменного тока

Источники питания переменного тока (переменного тока) бывают трансформаторного или генераторного типа.

Источники питания трансформаторного типаЦелью трансформатора, используемого в сварочном аппарате, является преобразование высоковольтного слаботочного электричества, подаваемого на выходе, в более низкое напряжение и более высокий ток, необходимые для сварки. Трансформаторы состоят из трех основных электрических компонентов. Это первичная обмотка, вторичная обмотка и железный сердечник. См. Рисунок 5-3.

Когда по проводу течет ток, вокруг провода создается магнитное поле. Когда ток в проводе перестает течь, магнитное поле разрушается. В сварочном трансформаторе этот проводник с током намотан на многовитковую катушку. Чем больше витков, тем сильнее магнитное поле. Эта катушка провода называется первичной обмоткой или первичной обмоткой . Вторая катушка из более крупного провода с меньшим количеством витков размещается рядом с первичной катушкой. Это называется 9Вторичная обмотка 0024 или вторичная обмотка . Первичная обмотка и вторичная обмотка никак не связаны. Они представляют собой независимые витки проволоки, но расположены близко друг к другу.

В первичной обмотке используется более тонкий провод, чем во вторичной обмотке, поскольку первичная обмотка пропускает меньший ток. В первичной обмотке витков намного больше, чем во вторичной. Когда трансформатор имеет больше витков в первичной обмотке, чем во вторичной, он снижает напряжение и увеличивает силу тока от первичной к вторичной цепи. Этот тип трансформатора называется понижающий трансформатор . Понижающий трансформатор снижает (понижает) напряжение, а увеличивает ток.

Чтобы вызвать протекание тока во вторичной обмотке, в первичной обмотке пропускается переменный ток. По мере прохождения тока создается магнитное поле. Ток мгновенно прекращается, когда переменный ток меняет направление в первичной цепи. Когда ток прекращается, магнитное поле схлопывается и проходит через вторичную обмотку. Этот обвал поля индуцирует (создает) ток во вторичной обмотке в одном направлении. Ток в первичной обмотке начинает течь в обратном направлении. Он создает магнитное поле и разрушается, когда ток снова перестает менять направление. Разрушающееся магнитное поле первичной обмотки снова проходит через вторичную обмотку. Индуцируется ток в обратном направлении. Процесс наведения тока во вторичной обмотке происходит со скоростью 120 раз в секунду, создавая переменный ток.

Многослойный железный сердечник используется в качестве центра как для первичной, так и для вторичной обмоток. Его цель состоит в том, чтобы удерживать магнитное поле от блуждания слишком далеко от обмоток. Если первичная и вторичная обмотки отодвинуты друг от друга, величина тока, наведенного во вторичную обмотку, уменьшится, поскольку вторичную обмотку пересекает меньшая часть магнитного поля.

Анализ электрических характеристик межпроводной дуги в дуге с перекрестной связью | Китайский журнал машиностроения

• Оригинальный артикул
• Открытый доступ
• Опубликовано: 13 марта 2019 г.

• Zhenyang Lu ¹ ,
• Shanwen Dong ¹ ,
• Fan Jiang ¹ &
• …
• Cheng Li ¹  

Китайский журнал машиностроения том 32 , Номер статьи: 22 (2019) Процитировать эту статью

• 1258 доступов

• 4 Цитаты

• Сведения о показателях

Abstract

В качестве нового композитного источника сварочного тепла, представленного в последние годы, дуга с перекрестной связью использует дугу с неплавящимся электродом (плазменную дугу) и дугу с плавящимся электродом (дугу между проволоками) в перекрестной связи, в которой плазменная дуга является основной дугой, а межпроволочная дуга — дугой тисков, чтобы реализовать отдельное управление подводом тепла к заготовке, силой дуги и переносом капель. Для выявления электрических характеристик межпроводной дуги под действием плазменной дуги в данном исследовании используются вращающиеся зонды для сканирования поперек плазменной дуги. При вращении зондов в плазменную дугу образуется цепь, по которой косвенно анализируются электрические характеристики межпроводной дуги: в качестве физических величин используются ток центрирования зонда и входное напряжение. Результаты показывают, что при определенной скорости подачи проволоки ток дуги между проволоками увеличивается с увеличением входного напряжения. Когда входное напряжение низкое, скорость подачи проволоки не оказывает заметного влияния на ток дуги между проволоками. При более высоком входном напряжении, когда скорость подачи проволоки высока, ток дуги между проволоками уменьшается. С увеличением тока плазменной дуги ток межпроводной дуги сначала увеличивается быстро, а затем медленно, и одновременно увеличивается время зажигания дуги. С увеличением расстояния между соплом и заготовкой ток межпроволочной дуги увеличивается, но при увеличении длины дуги до определенного предела крутизна сварочного тока явно снижается.

Введение

В качестве важного средства обработки металлических материалов дуговая сварка имеет много преимуществ, таких как низкая стоимость, простота в эксплуатации и высокий уровень автоматизации [1,2,3,4,5]. Однако традиционная технология дуговой сварки не может удовлетворить потребности быстрого развития промышленной сварки. Отечественными и зарубежными учеными предложен новый вид технологии дуговой многоэлектродной сварки. Чжан и др. [6,7,8,9] в Университете Кентукки предложили двухэлектродную газовую дуговую сварку металлическим электродом (DE-GMAW), при которой обходной электрод используется для уменьшения подвода тепла к заготовке и для обеспечения скорости наплавки. В 2012 году Чжан и соавт. В работах [10,11,12,13,14] предложена обходная дуговая дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа (дуговая дуговая дуговая сварка), в которой используется дуга неплавящегося электрода магистральной дороги и плавящийся электрод дуги байпаса в сопряжении. Чтобы реализовать раздельное управление глубиной сварки и наплавкой, основная дуга контролирует провар, а обходная дуга контролирует наплавку проволоки. Чен и др. [15, 16] в Пекинском технологическом университете предложили дуговую сварку с перекрестными соединениями на основе DE-GMAW и дуговой проволокой GTAW. На рисунке 1 дуга с перекрестной связью объединяет дугу с неплавящимся электродом и дугу с плавящимся электродом. Дуга неплавящегося электрода, как и основная дуга, образуется между заготовкой и электродом и в основном контролирует подвод тепла и силы к заготовке. Дуга плавящегося электрода, как и дуга между проволоками, горит между двумя проволоками и в основном контролирует наплавку проволоки и подвод тепла к заготовке. Ванна расплава используется только в качестве электрода перекрестной дуги. Он значительно снижает тепловое воздействие и не имеет электрического соединения с цепью дуговой сварки между проводами. Дуга с перекрестной связью реализует раздельное управление теплопередачей, передачей усилия и массопереносом в процессе сварки. Технология дуговой сварки с перекрестной связью ломает традиционную концепцию «сварочная дуга — это явление сильного и продолжительного разряда между двумя электродами». Несколько электродов одновременно разряжаются в пространстве дуги, а сварочная ванна является только функциональным объектом многоэлектродных дуг. Носителем многодуговой связи является сама дуга [17,18,19].,20]. Дуговой режим с перекрестной связью принципиально устраняет присущие традиционной дуге ограничения в области теплопередачи, передачи усилия и массообмена и обеспечивает новый технический метод для достижения высокой эффективности, скорости и качества дуговой сварки. Исследования дуговой сварки с перекрестными соединениями в основном сосредоточены на процессе сварки и управлении координацией сварочного оборудования. Однако исследования электрических характеристик перекрестной дуги недостаточны, и эти характеристики определяют стабильность системы источника питания дуги и влияют на конечное качество сварки. Следовательно, дальнейший анализ электрических характеристик дуги с перекрестной связью может оптимизировать и улучшить технологию дуговой сварки с перекрестной связью.

Рисунок 1

Принципиальная схема дуговой сварки с перекрестными соединениями

Изображение в полный размер

Для изучения электрических характеристик дуги был использован ряд методов [21,22,23,24]. Ли и др. [25,26,27] в Университете Сиань Шию использовали дифференциальный анализ электростатического зонда с низкими помехами для диагностики токопроводящей области вольфрамовой дуги в среде инертного газа (TIG) и измерили ионный ток насыщения для решения различных сварочных токов. Чен и др. [28, 29] в Пекинском технологическом университете изобрел устройство и метод определения характеристик дуги. Кривая характеристики дуги была получена путем сбора и обработки сигналов напряжения между двумя датчиками. Лу и др. [30, 31] в Шэньянском технологическом университете с помощью зондов проверялось радиальное распределение плотности тока дуги под действием высокочастотных магнитных импульсов. Лв и др. [32, 33] в Тяньцзиньском университете описали электрические характеристики дуги путем моделирования дуги ВИГ с использованием программного обеспечения MATLAB. Наиболее важной особенностью дуги с перекрестной связью является то, что сварочная дуга находится в состоянии связи, что отличается от традиционной составной дуги. Традиционная составная дуга состоит из нескольких дуг, расположенных рядом друг с другом под определенным углом, как в случае двухпроволочной сварочной дуги TANDEM и трехпроволочной сварочной дуги. Составные электрические свойства в основном поддерживают электрические характеристики каждой дуги, но дуга с перекрестной связью включает несколько дуг в перекрестной связи, объединяя поперечную электрическую характеристику и продольную электрическую характеристику каждой дуги. Это неизбежно изменяет электрические характеристики дуги связи. Вышеупомянутые методы могут измерять только электрические сигналы перекрестной дуги; они не могут прямо и эффективно объяснить влияние плазменной дуги на электрические характеристики межпроводной дуги или влияние межпроводной дуги на электрические характеристики плазменной дуги внутри дуги с перекрестной связью.

В этом исследовании объектом исследования была межпроводная дуга перекрестной связи, и была построена система для испытания дуги на основе вращающихся зондов. Вместо межпроволочной дуги использовалась модель малого сигнала. В данной статье сообщается о вольт-амперной характеристике межпроводной дуги внутри плазменной дуги, а также о влиянии плазменной дуги и пространственного положения межпроводной дуги на вольт-амперные характеристики. Это закладывает основу для дальнейшего изучения характеристик дуги и механизма дугообразования перекрестных дуг.

Экспериментальные процедуры

Экспериментальное оборудование и принципы

Поскольку дуга между проволоками представляет собой дугу с двойным плавящимся электродом, существует изменение длины дуги в реальном времени. При изучении действия плазменной дуги на межпроволочную дугу и зависимости параметров сварки межпроволочной дуги под плазменной дугой будет добавлен интерференционный фактор изменения длины дуги. Это затрудняет анализ результатов испытаний. Поэтому была рассмотрена дуга неплавящегося электрода. Кроме того, чтобы избежать изменения тестового фона плазменной дуги параметрами межпроводной дуги, можно было уменьшить влияние фона плазменной дуги с помощью моделей малых сигналов. Интегрируя эти два фактора, схема межпроволочной дуговой сварки была заменена схемой зондовой. Движением зонда и сварочной проволоки в плазменной дуге пренебрегали. Скорость вращения зонда заменила скорость подачи проволоки в межпроводной дуге, а центральный ток зонда заменил ток дуги между проводами. В эксперименте в качестве дуги с неплавящимся электродом использовалась плазменная дуга, которая не приводила к переходу капель и мало влияла на измерения зонда.

Соединение между цепью датчика и цепью межпроводной дуги было установлено путем вращения датчиков через плазменную дугу. Мы использовали режим вращения зондов, чтобы избежать их выгорания из-за высокой температуры в центре плазменной дуги. Поскольку межпроволочная дуга представляла собой дугу с плавящимся электродом, в процессе сварки существовал перенос капель, а проволока стабильно обеспечивала перенос капель в относительно фиксированном положении плазменной дуги. Установив положение конца зонда и положения конца проволоки, чтобы они совпадали, скорость подачи проволоки была заменена скоростью вращения зонда.

В эксперименте в качестве электродов использовались два зонда диаметром 1,0 мм каждый. Зонды закреплялись на оси шагового двигателя и проносились по плазменной дуге за счет вращения двигателя. На рис. 2 показано, что датчики вращались по дуге. Поверхность зондов была покрыта высокотемпературным изолирующим покрытием (кроме торца). С одной стороны, из-за высокой температуры столба плазменной дуги зонды были относительно тонкими и легко воспламенялись; с другой стороны, ток гарантированно проходил только через участок конца зонда.

Рисунок 2

Схема вращения зондов в плазменной дуге

Изображение в полный размер

Как показано на рисунке 3, на выходе источника питания для плазменной дуговой сварки ВППА-400А сформировалась стабильная плазменная дуга между сварочной горелкой и медный блок с водяным охлаждением, а плазменная дуга управлялась внешней характеристикой постоянного тока. Цепь обнаружения зонда состояла из регулируемого источника напряжения, сопротивления и двух зондов. С одной стороны, сопротивление играло роль в ограничении тока, предотвращая слишком высокий ток в пробниках и сжигание источника напряжения. С другой стороны, он действовал как контраст дисплея, благодаря чему эквивалентное напряжение между щупами и ток в цепи можно было рассчитать по сопротивлению.

Рисунок 3

Принципиальная схема эксперимента

Изображение в полный размер

Вращающиеся зонды в основном проникали за пределы плазменной дуги; таким образом, кончики зондов подвергались воздействию столба дуги. Под действием электрического поля на концах зондов электроны вылетали из концов зондов и попадали в них, образуя ток в цепи. Когда зонды вращались в столбе дуги, между зондами образовывался ток в цепи, а форма волны напряжения между зондами показана на рис. 4.

Рисунок 4

Диаграмма осциллограмм напряжения на зонде и напряжения сопротивления

Изображение в полный размер

На рисунке 5 показана диаграмма изменения напряжения на зонде и напряжения сопротивления во времени в периоде вращения. Две кривые меняются с одной и той же тенденцией; то есть, когда зонды вращаются в плазменной дуге, напряжение зонда и напряжение сопротивления следуют закону напряжения Кирхгофа в любой момент времени. Когда напряжение сопротивления равно нулю, цепь зонда разомкнута, и зонды не входят в плазменную дугу. Когда напряжение на сопротивлении начинает увеличиваться от нуля до крайней точки, а затем уменьшается до нуля, цепь зонда замыкается с прохождением тока через зонды, и между зондами возникает напряжение. Тенденция изменения напряжения зонда аналогична синусоидальной функции. Когда достигается минимальное напряжение датчика, торец датчика параллелен торцу другого датчика, а интервал между двумя датчиками минимален.

Рисунок 5

Увеличенный график напряжения зонда и осциллограмм напряжения сопротивления

Изображение в полный размер

При вращении зондов в плазменной дуге между ними образуется цепь. Напряжение сопротивления и ток цепи рассчитывали по закону Кирхгофа. Напряжение сопротивления рассчитывали по уравнению (1), а ток в цепи рассчитывался по уравнению. (2). Таким образом, были изучены электрические характеристики межпроводной дуги в пределах дуги перекрестной связи.

$$U_{\text{R}} = U_{\text{i}} — U_{1} ,$$

(1)

$$I_{1} = \frac{{U_{\ text{R}} }}{R},$$

(2)

где U _i — входное напряжение, U _R — напряжение сопротивления, R — сопротивление ценность.

Как показано на рисунке 6, процессы, происходящие при вращении зондов в плазменную дугу, были захвачены и записаны в режиме реального времени с помощью высокоскоростной камеры. До поворота зондов в дугу плазменная дуга была в виде пучка, а при повороте зондов в дугу внешний контур плазменной дуги практически не менялся. В процессе дуговой сварки с перекрестной связью межпроволочная дуга горела в плазменной дуге. Межпроводная дуга не влияла на состояние высокого связывания плазменной дуги, и сила плазменной дуги все еще была очевидной.

Рисунок 6

Состояние зондов до их вращения в плазменной дуге и состояние зондов внутри плазменной дуги

Изображение в полный размер

Схемы экспериментов

изучить влияние скорости подачи проволоки на электрические характеристики межпроволочной дуги и саморегуляцию межпроволочной дуги в плазменной дуге. Изменяя скорость зонда и входное напряжение цепи зонда при вращении зондов в плазменную дугу, измеряли напряжение зонда и рассчитывали центрирующий ток зонда. Затем определялась зависимость между током центрирования зонда и входным напряжением цепи зонда при различных скоростях зонда. Эксперимент №2 был разработан для анализа влияния плазменной дуги на межпроводную дугу. Подробно рассмотрено влияние тока плазменной дуги на ток между проволоками и время зажигания дуги. При определенной скорости зонда при изменении тока плазменной дуги изучались тенденции изменения тока центрирования зонда и времени центрирования. Наконец, эксперимент № 3 был разработан для изучения влияния положения межпроводной дуги на ток межпроводной дуги, и правило изменения тока центрирования зонда было получено путем изменения интервала между соплом горелки и заготовкой.

Таблица 1 Параметры эксперимента

Полноразмерный стол

В экспериментах скорость потока плазмообразующего газа составляла 2 л/мин. Расход защитного газа составлял 15 л/мин. Сопротивление R составляло 100 Ом. Расстояние от зонда до водоохлаждаемого медного блока составляло 4 мм, а расстояние между зондами составляло 4 мм. Система сбора данных регистрировала сварочный ток, напряжение зонда и напряжение сопротивления в режиме реального времени. Его частота дискретизации достигала 10 к/с. Высокоскоростная камера зафиксировала форму дуги с частотой кадров 3000 кадров в секунду.

Результаты и обсуждение

Электрические характеристики межпроводной дуги при плазменной дуге

На рисунке 7 показана диаграмма тренда центрирующего тока датчика в зависимости от входного напряжения цепи датчика при различных скоростях датчика. Кривая на рисунке была получена в эксперименте № 1. Как показано на диаграмме, при одной и той же скорости зонда с увеличением входного напряжения цепи зонда ток цепи увеличивается, но при входном напряжении примерно 24 В ток явно изменяется от медленного нарастания до быстрого подниматься. При одном и том же входном напряжении цепи пробника тенденция изменения тока центрирования пробника меняется, поскольку изменяется скорость пробника. При входном напряжении U _i  < 20 В, более высокая скорость зонда приводит к большему центрирующему току, но центрирующий ток остается практически неизменным из-за низкого входного напряжения. При входном напряжении U _i   > 20 В изменение тока центрирования зонда становится отчетливым. Более низкая скорость зонда приводит к большему центрирующему току зонда.

Рисунок 7

Зависимость между током центрирования пробника и входным напряжением при различных скоростях пробника

Изображение полного размера

Когда на схему зонда подается входное напряжение и зонды начинают вращаться в дугу, электроны, предварительно запасенные в наконечниках зондов, нагреваются до возбужденного состояния. Под действием электрического поля электроны покидают поверхность зонда и движутся направленно, образуя ток в цепи. Источник электронов состоит из двух частей: потока электронов в плазменной дуге и электронов, обеспечиваемых цепью зонда. В плазменной дуге направление движения электронов — от вольфрамового электрода к водоохлаждаемому медному блоку. В схеме зонда направление движения электронов — от катода источника питания к аноду. Действие электрического поля между плазменной дугой и контуром зонда приводит к отклонению движения электронов в противоположную сторону, увеличивая сопротивление движению электронов. Как показано на рис. 7, входное напряжение цепи пробника выше. С одной стороны, согласно формуле конденсатора \(C = {Q \mathord{\left/ {\vphantom {Q U}} \right. \kern-0pt} U}\), большее количество электронов запасается на конце зонда дает большее количество электронов, возбужденных теплом дуги. С другой стороны, электрическое поле между зондами становится сильнее, и время выхода электронов из кончиков зондов и их входа в них сокращается. То есть число электронов, вылетающих с поверхности зонда и попадающих на его конец в единицу времени, увеличивается вместе с током в цепи.

Дальнейший анализ входного напряжения выше 20 В был проведен, поскольку напряжение дуги не может быть слишком низким в процессе дуговой сварки с перекрестной связью из-за наличия полярного напряжения. При определенной скорости подачи проволоки более высокое входное напряжение межпроволочной дуги приводит к большему увеличению тока сварочного контура. Кроме того, нарастающая характеристика межпроводной дуги аналогична нарастающей части статической характеристики традиционной дуги ВИГ, как показано на рисунке 8. Когда входное напряжение межпроводной дуги увеличивается, электрическое поле между межпроволочная дуга становится сильнее; таким образом, увеличивается число электронов, поступающих на конец проволоки в единицу времени, увеличивается ток сварочной цепи и уменьшается боковое сопротивление столба плазменной дуги. Когда межпроволочная дуговая цепь управляется источником постоянного напряжения, более высокая скорость подачи проволоки дает меньше времени для предварительного нагрева конца проволоки. Кроме того, с увеличением скорости подачи проволоки уменьшается количество электронов, вылетающих из прикатодной области, а также ток межпроволочной дуги.

Рисунок 8

Статическая характеристика традиционной дуги ВИГ

Изображение в натуральную величину

Согласно результатам Эксперимента №1, как показано на Рис. на фоне плазменной дуги и при увеличении скорости вращения зонда. При том же входном напряжении более высокая скорость пробника дает меньший ток пробника. В процессе кросс-дуговой сварки межпроволочная дуга выступает в роли дуги плавящегося электрода, а капли вынуждены переходить в ванну расплава под тепловым действием плазменной дуги. Таким образом, перенос капель в плазменной дуге завершается. Когда параметры плазменной дуги фиксированы, ток межпроводной дуги увеличивается с входным напряжением дуги. Из-за увеличения входного напряжения и тока увеличивается тепловыделение в катодной и анодной областях межпроволочной дуги, а стабильная точка перехода капли в конце проволоки межпроволочной дуги отклоняется от центральной линии плазменная дуга. То есть расстояние между двумя сварочными проволоками увеличивается; соответственно тепло межпроволочной дуги уменьшается за счет плазменной дуги. Более высокая скорость подачи проволоки обеспечивает меньший ток дуги между проволоками и меньшую мощность нагрева дуги при том же входном напряжении. Чтобы получить больше тепла, стабильная точка перехода капли должна быть ближе к центральной линии плазменной дуги; то есть расстояние между двумя проводами должно быть уменьшено.

Влияние плазменной дуги на ток межпроводной дуги и время возникновения дуги межпроводной дуги

На рисунке 9 показана диаграмма тренда тока в цепи с увеличением тока плазменной дуги. Кривая на рисунке была получена из эксперимента № 2. С увеличением тока плазменной дуги увеличивается ток центрирования зонда. Разница в наклоне кривой сварочного тока до и после 140 А очевидна, но кривая остается линейной. Когда сварочный ток < 140 А, центрирующий ток увеличивается быстрее с увеличением сварочного тока, а когда сварочный ток > 140 А, центрирующий ток зонда увеличивается плавно.

Рисунок 9

Тенденция изменения тока цепи по отношению к току плазменной дуги зонды, и им становится легче покинуть поверхность зонда. В то же время увеличивается количество электронов в плазменной дуге. Наконец, под действием электрического поля увеличивается число электронов, попадающих на конец зондов в единицу времени, и соответственно увеличивается ток цепи зонда. Когда сварочный ток > 140 А, с увеличением сварочного тока увеличивается энергия поглощения электронов и количество электронов в объеме плазменной дуги. Однако из-за ограничения площади наконечника зонда и сопротивления цепи количество электронов, попадающих на наконечники зонда, имеет тенденцию к насыщению в единицу времени, и ток цепи увеличивается медленно. В процессе дуговой сварки с перекрестной связью дуга между проволоками управляется характеристикой постоянного напряжения. При определенной скорости подачи проволоки ток между проволоками увеличивается вместе с током плазменной дуги; кроме того, тепловая мощность столба дуги увеличивается с увеличением тока плазменной дуги. При этом конец проволоки полностью прогревается, а степень ионизации в объеме между плазменной дугой и межпроволочной дугой увеличивается. Таким образом, увеличивается количество заряженных частиц, увеличивается число электронов, попадающих на конец проволоки в единицу времени, увеличивается ток, образующийся в межпроводной дуге.

На рисунке 10 показана диаграмма тренда изменения времени центрирования зонда в зависимости от тока плазменной дуги. Кривая была построена из эксперимента № 2. Используя ту же скорость зонда, было проанализировано влияние изменения тока плазменной дуги на время центрирования зонда, а сварочный ток варьировался от 100 до 260 А. При дальнейшем увеличении сварочного тока температура столба плазменной дуги увеличивается. , а изолирующий слой на поверхности зонда выгорает, что влияет на результаты экспериментального измерения. Как показано на диаграмме, по мере увеличения сварочного тока время центрирования датчика увеличивается.

Рисунок 10

Тенденция изменения времени центрирования зонда по отношению к току плазменной дуги

Изображение в полный размер

Столб плазменной дуги является основным каналом прохождения заряженных частиц. С увеличением сварочного тока, с одной стороны, увеличивается количество заряженных частиц, и канал становится шире. С другой стороны, высокоскоростное движение заряженных частиц создает поперечную составляющую столкновения, которая также расширяет канал. Столб плазменной дуги проходит вдоль центра дуги; таким образом, датчики заранее касаются края дуги, и время центрирования датчика соответственно увеличивается. При дуговой сварке с перекрестной связью увеличение тока плазменной дуги в основном приводит к увеличению ширины основного столба дуги и заставляет две проволоки заранее входить в плазменную дугу. При условии, что температура горения проволоки остается постоянной, время пребывания проволоки в плазменной дуге увеличивается, что способствует полному предварительному нагреву проволоки плазменной дугой.

Согласно результатам эксперимента № 2, как показано на рисунках 9 и 10, ток и время центрирования зонда приблизительно пропорциональны току плазменной дуговой сварки, когда параметры цепи зонда постоянны, а ток плазменной сварки увеличен. Основное отличие межпроводной дуги между дугой с поперечным соединением и двухпроводной непрямой дугой заключается в том, что для дуги с поперечным соединением межпроводная дуга формируется в плазменной дуге, а влияние плазменной дуги должны быть рассмотрены. Если межпроволочная дуга питается от источника постоянного напряжения и постоянной скорости подачи проволоки, то при постоянных параметрах межпроволочной дуговой сварки и увеличении тока плазменной дуги тепловыделение внутри плазменной дуги увеличивается, а сопротивление межпроволочной дуги уменьшается. В это время напряжение межпроводной дуги остается неизменным, а ток дуги увеличивается. С увеличением мощности плазменной дуги и мощности межпроволочной дуги увеличивается тепловыделение в катодной и анодной областях межпроволочной дуги, увеличивается скорость плавления сварочной проволоки и стабильная точка перехода капель при конец проволоки отклоняется от центральной линии плазменной дуги для сохранения стабильности межпроволочной дуги. Стабильная точка перехода капли межпроволочной дуговой проволоки в плазменную дугу относительно фиксирована и в основном зависит от изменения параметров сварки межпроволочной дуги и пространственного положения проволоки в плазменной дуге. Время дуги устанавливается как время от начального контакта на краю плазменной дуги до стабильной точки перехода капли. С увеличением тока плазменной дуги увеличивается площадь поперечного сечения дуги, а значит, проволока раньше контактирует с кромкой плазменной дуги. Стабильная точка перехода капли проволоки в основном остается неизменной, что приводит к более длительному времени горения дуги.

В соответствии с экспериментальными результатами на рисунках 7, 9 и 10, когда фон плазменной дуги постоянен, межпроволочная дуга изменяет сварочный ток, регулируя скорость подачи проволоки или входное напряжение, в результате чего мощность тепловыделения конец провода для увеличения или уменьшения. Стабильная точка перехода капли проволоки отклоняется от центральной линии плазменной дуги или приближается к ней, уравновешивая тепловыделение между катодом и анодом межпроводной дуги с теплом, подаваемым в проволоку плазменной дугой. При неизменности параметров межпроволочной дуговой сварки влияние плазменной дуги на межпроволочную дугу проявляется в двух аспектах. С одной стороны, увеличение тока плазменной сварки увеличивает ток между проволоками и приводит к тому, что стабильная точка перехода капель межпроводной дуги отклоняется от центральной линии плазменной дуги. То есть увеличивается интервал между проводами. Когда межпроводная дуга используется с переменным током, ток плазменной дуги увеличивается, чтобы увеличить время повторного возникновения дуги между проводами.

Влияние пространственного положения межпроволочной дуги на межпроволочную дугу

На рисунке 11 показана тенденция изменения тока центрирования зонда в зависимости от расстояния между соплом и заготовкой. Кривая взята из эксперимента №3, и учитывается только влияние расстояния на центрирующий ток в зонде. Как показано на рисунке 11, интервал значительно влияет на результаты измерения. С увеличением интервала увеличивается ток центрирования зонда.

Рисунок 11

Тенденция изменения тока центрирования датчика в зависимости от интервала между соплом и заготовкой

Изображение в натуральную величину

Чем больше интервал между соплом и заготовкой, тем длиннее плазменная дуга и выше напряжение дуги . Большее количество тепла, выделяемое столбом дуги и поглощаемое электронами на кончике зонда, облегчает выход электронов с поверхности зонда. При этом увеличивается степень ионизации газа и соответственно увеличивается количество заряженных частиц. Большее количество электронов, поступающих на наконечник зонда в единицу времени, приводит к большему центрирующему току зонда. Для разных интервалов изменение тока центрирования зонда различно. При интервале более 8 мм ток существенно не изменяется с увеличением интервала, как и в случае предыдущего интервала 5–7 мм; изменение становится очень нежным. Когда интервал увеличивается, площадь рассеивания тепла столба плазменной дуги расширяется, а мощность рассеивания тепла столба дуги увеличивается. Кроме того, амплитуда энергии ионизации газа и теплота поглощения наконечника зонда становятся ограниченными, а ток центрирования зонда несколько увеличивается. Когда используется метод дуговой сварки с перекрестной связью, межпроволочная дуга управляется характеристикой постоянного напряжения, а плазменная дуга управляется характеристикой постоянного тока. При определенной скорости подачи проволоки при увеличении длины плазменной дуги увеличивается тепловая мощность столба дуги. Кроме того, увеличивается количество заряженных частиц в объеме дуги связи и увеличивается ток дуги между проволоками. Увеличение длины плазменной дуги сопровождается расширением площади рассеивания столба дуги; таким образом, увеличение межпроводного тока становится постепенным.

Выводы

В этой статье описывается метод, использующий зонды, вращающиеся поперек плазменной дуги, для косвенного исследования межпроводной дуги в дуге с перекрестной связью с использованием схемы зонда. Приняв в качестве физических величин ток центрирования зонда и входное напряжение, были проанализированы электрические характеристики межпроводной дуги.

В эксперименте ток центрирования зонда увеличивался с увеличением входного напряжения при фиксированном фоне плазменной дуги и фиксированной скорости зонда. При том же входном напряжении более высокая скорость пробника приводила к меньшему току пробника. При неизменных параметрах контура зонда центрирующий ток и время зонда были примерно пропорциональны току плазменной дуги. При увеличении расстояния между соплом и заготовкой ток центрирования зонда увеличивался, но увеличивалась и длина дуги. Очевидно, крутизна подъема тока уменьшилась.

В процессе дуговой сварки с перекрестной связью, если в межпроволочной дуге используется источник постоянного напряжения и подача проволоки с постоянной скоростью, ток межпроволочной дуги можно изменить, изменив параметры сварки межпроволочной дуги или ток плазменной дуги. Это позволяет регулировать тепловую мощность катода и анода межпроволочной дуги и заставляет точку перехода стабильной капли отклоняться или приближаться к центральной линии плазменной дуги. Таким образом, может быть достигнут баланс между теплом, выделяемым межпроволочной дугой, и теплом, выделяемым плазменной дугой.

Ссылки

1. Дж. Огбемхе, К. Мпофу. На пути к полностью интеллектуальной роботизированной дуговой сварке: обзор. Промышленный робот Международный журнал , 2015, 42(5): 475–484.

   Артикул Google ученый

2. Б. К. Конг, Ю. Су, Б. Дж. Ци и др. Разработка технологии импульсно-дуговой сварки алюминиевых сплавов. Технология авиационного производства , 2016, 59(11): 41–46. (на китайском)

   Google ученый

3. Д. В. Дэн, Р. Чен, Х. С. Чжан. Современное состояние и тенденции развития технологии плазменной наплавки. Журнал машиностроения , 2013, 49(7): 106–112. (на китайском языке)

   Артикул Google ученый

4. JC Yan, CL Yang, HJ Liu, et al. Состояние исследований и научные проблемы ультразвуковой сварки композитов. Журнал машиностроения , 2015, 51(24): 41–49. (на китайском языке)

   Артикул Google ученый

5. Х М ​​Цуй, Л Х Ли, Ю Х Чжан. Исследовательский статус технологии высокоэффективной сварки. Новая технология и новый процесс , 2004(7): 32–34.

   Google ученый

6. К. Ли, Ю. М. Чжан. Расходуемый двухэлектродный GMAW. Часть II: мониторинг, моделирование и контроль. Сварочный журнал , 2008, 87(2): 44–50.

   Google ученый

7. К Ли, Ю М Чжан. Расходуемый двухэлектродный GMAW. Часть I: процесс. Сварочный журнал , 2008, 87(1): 11-17.

   MathSciNet Google ученый

8. Г. Х. Ма, Ю. М. Чжан. Способ сварки листового металла двухэлектродной GMAW. Advanced Materials Research , 2013, 651: 333–337.

   Артикул Google ученый

9. M A Chen, C S Wu, YM Zhang, et al. Анализ активного управления переносом металла в модифицированном импульсном GMAW. Наука и технология сварки и соединения , 2013, 12(1): 10–14.

   Артикул Google ученый

10. JS Chen, Y Lu, XR Li, et al. Сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа с использованием дуговой проволоки. Сварочный журнал , 2012, 91(10): 261–269.

    Google ученый

11. Р.Ю. Чжан, Ф. Цзян, С.Дж. Чен и др. Влияние режима байпасной мощности на электрические свойства и капельный переход дугогасительной проволочной ПАВ. Сделки Китайского института сварки , 2017, 38(2): 41–46. (на китайском)

    Google ученый

12. С. Дж. Чен, С. Л. Чжан, Н. Хуанг и др. Капельный перенос импульса дуговой проволоки GTAW. Сделки Китайского института сварки , 2017, 38(1): 17–21. (на китайском)

    Google ученый

13. С. Дж. Чен, С. Л. Чжан, Н. Хуанг и др. Перенос капель в дугогасительной проволоке GTAW. Журнал производственных процессов , 2016, 23:149–156.

    Артикул Google ученый

14. S J Chen, G Q Men, Y X Song и др. Байпасная дуговая дуга (Arcing-wire PAW) процесс высокоскоростной сварки. Сделки Китайского института сварки , 2017, 38(6): 1–5. (на китайском)

    Google ученый

15. С. Дж. Чен, Л. Чжан, С. П. Ван и др. Стабильность поперечно-дугового процесса — предварительное исследование. Журнал сварки , 2015, 94(5): 158–168.

    Google ученый

16. С. Дж. Чен, Л. Чжан, С. П. Ван и др. ТЭО процесса поперечной дуговой сварки. Профессиональная программа AWS и постерная сессия , Чикаго, 2013 г.

    Google ученый

17. С. Дж. Чен, Л. Чжан, Н. Хуанг и др. Сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа с перекрестной дугой на переменном токе двойной проволокой. Заявка на патент США №. US 9457420 B2, 2016.

18. R Y Zhang, F Jiang, S J Chen. Сравнение энергии, воздействующей на заготовку при двухкорпусной плазменной дуговой сварке, плазменной дуговой сварке без переноса и плазменной дуговой сварке. Журнал производственного процесса , 2016, 24: 152–160.

    Артикул Google ученый

19. С. Дж. Чен, Ф. Цзян, Ю. С. Лу и др. Разделение дуговой плазмы и тока в электрической дуге. Журнал сварки , 2013, 93(7): 253–261.

    Google ученый

20. С. Дж. Чен, Ф. Цзян, Дж. Л. Чжан и др. Измерение и анализ компонентов плазменной дуги. Journal of Manufacturing Science & Engineering , 2015, 137(1): 011006-1-9.

    Артикул Google ученый

21. Дж. Ван, К. Кусумото, К. Незу. Анализ электрических характеристик гибридной импульсной микровольфрамовой сварочной дуги в среде инертного газа. Наука и технология сварки и соединения , 2013, 9(4): 369–373.

    Артикул Google ученый

22. Викас Кумар, Н. Чандрасекар, С.К. Альберт и др. Исследование ручной дуговой сварки металлическим электродом с помощью цифрового запоминающего осциллографа. Национальное собрание по сварке , 2014 г.

23. S S Hu, H Zhang, Z J Wang и др. Характеристики дуги при сварке холодным переносом металла проволокой из магниевого сплава AZ31. Журнал производственных процессов , 2016, 24: 298–306.

    Артикул Google ученый

24. Ф. Цзян, Ю. Ф. Ли, С. Дж. Чен. Текущее состояние и перспективы технологии контроля сварочной дуги. Журнал машиностроения , 2018, 54 (2): 16–26. (на китайском)

    Артикул Google ученый

25. YB Li, T Lu, L Zhu, et al. Электростатический зондовый анализ токоведущей зоны инертной дуги вольфрамового листа. Труды Китайского института сварки , 2015, 36 (12): 22–26. (на китайском)

    Google ученый

26. Ю Б Ли, Л Чжу, Х Х Цзян. Диагностика и анализ зоны тока дуги ВИГ с помощью электростатического зонда с низкими помехами. Журнал Ланьчжоуского технологического университета , 2014(1): 24–28. (на китайском)

    Google ученый

27. Y B Li, X Li, Q F Shi и др. Дифференциальный анализ электростатического зонда с низкими помехами для температуры зоны тока дуги ВИГ. Сделки Китайского института сварки , 2017, 38(5): 26–30. (на китайском)

    Google ученый

28. С. Дж. Чен, Р. И. Чжан, Ф. Цзян и др. Прогрессивное устройство и метод определения характеристик дуги . Патент Китая: CN106238870A, 21 декабря 2016 г.

29. Ф. Цзян, Р. И. Чжан, С. Дж. Чен и др. Устройство подметания и метод определения характеристик дуги . Патент Китая: CN106199278A, 07.12.2016.

30. L Lu. Исследование поведения высокочастотной двухимпульсной сварочной дуги ВИГ . Шэньян: Шэньянский технологический университет , 2014.

    Google ученый

31. Y Chang, M Liu, L Lu, et al. Влияние продольного магнитного поля на форму дуги СО2. Плазменная наука и технология , 2015, 17(4): 321–326.

    Артикул Google ученый

32. J B Wang, X Q Lv, Y Wang. Гибридно-дуговая модель импульсной сварки TIG. Сделки Китайского института сварки , 2015, 36(9): 26–30.

    Google ученый

33. Т. С. Донг, Л. Дж. Ян, Дж. Дж. Лян. Моделирование в MATLAB динамических характеристик слаботочной импульсной сварочной дуги TIG. Технология сварки , 2003(3): 11–13. (на китайском)

    Google ученый

Загрузить ссылки

Вклад авторов

ZL применил дизайн модели и протестированной программы, SD провел эксперименты и написал рукопись, FJ предоставил идеи и отвечал за все эксперименты, CL помогал с отбором проб и лабораторным анализом. Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Благодарности

Авторы искренне благодарят профессора Шуджун Чена из Пекинского технологического университета за его критическое обсуждение и чтение во время подготовки рукописи.

Информация для авторов

Чжэньян Лу, 1957 года рождения, в настоящее время профессор Пекинского технологического университета , Китай. Он получил степень доктора философии в Пекинском технологическом университете , Китай, в 2006 году. Его исследовательские интересы включают сварку высокопрочной стали, сварку легких сплавов, а также источники питания и управление дуговой сваркой.

Шанвэнь Донг, 1991 года рождения, в настоящее время кандидат наук в Пекинском технологическом университете, Китай . Он получил степень магистра в Цзянсуском университете науки и технологии, Китай, , в 2013 году. Его исследовательские интересы включают физику сварочной дуги и источники сварочного тока.

Фань Цзян, 1987 года рождения, в настоящее время является доцентом Пекинского технологического университета, Китай . Он получил степень доктора философии в Пекинском технологическом университете, Китай , в 2014 году. Его исследовательские интересы включают физику сварочной дуги, инновационные технологии сварки, а также передовые методы сварки и их применение.

Ченг Ли, 1994 года рождения, в настоящее время является кандидатом в мастера в Пекинский технологический университет, Китай .

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.

Финансирование

При поддержке Национального фонда естественных наук Китая (грант № 51875004), Пекинского муниципального фонда естественных наук Китая (грант № 3172004) и Государственной ключевой лаборатории современной сварки и соединения Харбинского технологического института (грант № AWJ-16-M06).

Информация об авторе

Авторы и организации

1. Колледж машиностроения и технологий прикладной электроники, Министерство образования Инженерно-исследовательский центр передовых технологий производства автомобильных компонентов, Пекинский технологический университет, Пекин, 100124, Китай

   Zhenyang Lu , Shanwen Dong, Fan Jiang & Cheng Li

Авторы

1. Zhenyang Lu

   Посмотреть публикации авторов

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

2. Shanwen Dong

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

3. Fan Jiang

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

4. Cheng Li

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия

Автор, ответственный за переписку

Фань Цзян.

Права и разрешения

Открытый доступ Эта статья распространяется в соответствии с условиями международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), которая разрешает неограниченное использование, распространение, и воспроизведение на любом носителе, при условии, что вы укажете автора(ов) оригинала и источник, предоставите ссылку на лицензию Creative Commons и укажете, были ли внесены изменения.

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

КАК СДЕЛАТЬ СВАРКУ

 

 

Физика сварочной дуги II

 

В этой главе Как выполнять сварку мы рассмотрели методы зажигания и поддержания сварочной дуги, помимо характеристик дуги и распределения температуры в сварочной дуге. Кроме того, также были описаны факторы, влияющие на характеристики дуги и распределение температуры сварочной дуги.

 

Ключевые слова: Инициирование дуги, контактный пуск, полевой пуск, потенциал ионизации, коэффициент мощности, характеристики дуги, температура дуги

 

• Зажигание дуги

 

Существует два наиболее часто используемых метода инициирования электрической дуги в процессах сварки, а именно контактный пуск и пуск в поле. Метод контактного пуска используется во всех распространенных процессах сварки, в то время как более поздний метод предпочтительнее в случае автоматических сварочных операций и в процессах, когда электрод имеет тенденцию образовывать включения в металле шва, как при сварке TIG, или когда электрод остается внутри сопла. .

 

 

 

6.1.1 Сенсорный пуск

 

В этом методе электрод приводится в контакт с заготовкой, а затем раздвигается, создавая очень маленький зазор. Прикосновение электрода к заготовке вызывает короткое замыкание, приводящее к протеканию сильного тока, что, в свою очередь, приводит к нагреву, частичному расплавлению и даже незначительному испарению металла на конце электрода. Все эти события происходят за очень короткое время, обычно в течение нескольких секунд (рис. 6.1 а, б). При нагревании электрода образуется мало свободных электронов из-за термической ионизации; кроме того, при диссоциации паров металлов (из-за более низкого потенциала ионизации паров металлов, чем у атмосферных газов) также образуются заряженные частицы (электроны и положительно заряженные ионы). При отрыве электрода от заготовки через эти заряженные частицы начинается протекание тока, и на мгновение возникает дуга. Для использования тепла электрической дуги для сварки необходимо, чтобы после зажигания дуги оно поддерживалось и стабилизировалось.

 

 

 

КАК ДЕЛАТЬ СВАРКУ

Рис. 6.1 Принципиальная схема, показывающая механизм зажигания дуги методом касания а) при замыкании цепи прикосновением электрода к заготовке б) выброс электрода при их разъединении

 

6.1.2 Полевой запуск

В этом методе электрическое поле высокой напряженности (10 ⁷ В) прикладывается между электродом и заготовкой, так что электроны высвобождаются из эмиссии электромагнитного поля катода (рис. 6.2). Развитие сильного поля приводит к выбросу электрона из катодных пятен. Когда в дуговом промежутке появляются свободные электроны, нормальная разность потенциалов между электродом и заготовкой обеспечивает поток заряженных частиц для поддержания сварочной дуги. Этот метод обычно используется в механизированных процессах сварки, таких как плазменная дуга и процесс GTAW, где прямой контакт между электродом и заготовкой не является предпочтительным.

КАК ДЕЛАТЬ СВАРКУ

• Обслуживание дуги

 

После того, как электрическая дуга зажглась, следующим шагом будет ее поддержание, чтобы использовать выделяемое тепло для целей сварки. Для поддержания дуги должны быть выполнены два условия (1) скорость отвода тепла от дуги, область должна быть равна скорости тепла, выделяемого для поддержания температуры дуги, и (2) количество произведенных электронов должно быть равно количеству электронов. электроны теряются на заготовке и в окружающей среде.

Электрическая дуга в первую очередь связана с протеканием тока через зазор между заготовкой и электродом, поэтому должно быть достаточное количество заряженных частиц, а именно электронов и ионов. Однако часть электронов теряется с поверхности дуги в сварочную ванну и окружающую среду, и лишь немногие электроны воссоединяются с ионами. Потеря этих электронов должна компенсироваться образованием новых свободных электронов. В случае постоянного тока величина и направление тока не меняются со временем, следовательно, поддерживается поток электронов, и поэтому дуга становится легкой, в то время как в случае переменного тока (AC) величина и направление тока изменяются со временем и на мгновение поток электронов ток становится равным нулю. Это делает повторное зажигание электрической дуги переменным током несколько затруднительным и, следовательно, требует дополнительных мер предосторожности и мер. Существует два широко используемых метода поддержания дуги при сварке переменным током: (1) использование элементов с низким потенциалом ионизации во флюсе покрытий и (б) использование источника питания с низким коэффициентом мощности.

КАК ДЕЛАТЬ СВАРКУ

ХАРАКТЕРИСТИКИ:

6.2.1 Элементы с низким потенциалом ионизации

 

В этом методе элементы с низким потенциалом ионизации, такие как калий, кальций и натрий, добавляются во флюсовое покрытие электрода (покрытие). Эти элементы выделяют свободные электроны, необходимые для достаточно хорошей электропроводности для поддержания сварочной дуги даже при небольшой разности потенциалов между электродом и заготовкой (рис. 6.3).

КАК ДЕЛАТЬ СВАРКУ

6.2.2 Коэффициент низкой мощности

 

Коэффициент мощности системы показывает, насколько эффективно используется мощность, и обычно предпочтительнее иметь высокий коэффициент мощности машины или системы. Коэффициент мощности определяется как отношение фактической мощности, потребляемой от источника питания для выполнения сварки, и полной мощности, потребляемой в линии сварочной цепи. Сварочный трансформатор работает при высоком коэффициенте мощности (>0,9).

Однако при сварке обычно намеренно используется низкий коэффициент мощности для улучшения стабильности дуги и сохранения сварочной дуги. В этом методе ток и напряжение не совпадают по фазе за счет использования надлежащего низкого коэффициента мощности (0,3), так что, когда ток равен нулю, между электродом и заготовкой имеется полное напряжение холостого хода (рис. 6.4). Полное напряжение разомкнутой цепи на электроде и работа помогают высвобождать свободные электроны для поддержания потока уже существующих электронов, что необходимо для поддержания дуги.

КАК ДЕЛАТЬ СВАРКУ

• Характеристика дуги

 

Характеристика сварочной дуги показывает изменение напряжения дуги в зависимости от сварочного тока. На характеристической кривой дуги есть три различных области, а именно падающая, плоская и восходящая зоны характеристики (рис. 6.5). Первоначально при малом токе, когда дуга тонкая, увеличение сварочного тока увеличивает температуру зоны дуги, что в свою очередь увеличивает количество заряженных частиц в плазменной зоне дуги за счет термической ионизации и термоионной эмиссии электронов. В результате увеличивается электропроводность зоны дуги, что, в свою очередь, снижает напряжение дуги при начальном увеличении сварочного тока в этой зоне. Дуга имеет тенденцию быть стабильной в этой области. Эта тенденция сохраняется до определенного уровня тока, а за его пределами увеличение тока увеличивает диаметр цилиндрической дуги, что увеличивает площадь поверхности дуги. Увеличение площади поверхности дуги, в свою очередь, увеличивает потери тепла с поверхности дуги. Следовательно, при увеличении тока не происходит значительного повышения температуры дуги, следовательно, напряжение дуги не изменяется заметно в диапазоне тока в плоской зоне кривой. Кроме того, увеличение тока выпячивает дугу, что, в свою очередь, увеличивает сопротивление протеканию тока (из-за увеличения потерь носителей заряда и тепла от дуги), поэтому напряжение дуги увеличивается с увеличением сварочного тока в восходящей характеристической зоне. Эти три зоны характеристической кривой дуги называются падающими, плоскими и восходящими характеристиками. Увеличение длины дуги в целом увеличивает напряжение дуги во время сварки. Однако степень увеличения напряжения дуги с увеличением длины дуги зависит от процесса, как показано на рис. 6.6. В целом напряжение на дуге увеличивается почти линейно с увеличением длины дуги (в разумных пределах), и это же связано с увеличением сопротивления протеканию тока из-за уменьшения концентрации заряженных частиц в зонах дуги с увеличением длины дуги.

Изменение плотности заряженных частиц в зонах дуги, связанных с различными процессами дуговой сварки, такими как SMAW, GMAW и GTAW, связано со значительной разницей в зависимости напряжения дуги от длины дуги (рис. 6.6). Например, процесс GTAW из-за вольфрамового электрода (обладающего высокой способностью к эмиссии электронов) приводит к более высокой плотности заряженных частиц в области дуги, чем GMAW и SMAW, что, в свою очередь, приводит к более низкому отношению напряжения дуги к длине дуги для GTAW, чем процесс LMAW и SMAW.

КАК ДЕЛАТЬ СВАРКУ

Температура дуги

 

Помимо параметров напряжения и тока дуги (определяющих мощность дуги), на температуру и ее распределение в зоне дуги преимущественно влияют тепловые свойства (теплопроводность) защитных газов, присутствующих в зоне дуги. Теплопроводность большинства газов (He, N, Ar) увеличивается с повышением температуры

 

однако это увеличение не является непрерывным для некоторых газов, таких как гелий. Теплопроводность основного металла/защитного газа определяет температурный градиент в области дуги. Снижение теплопроводности увеличивает градиент температуры. Поэтому наблюдается очень быстрое снижение температуры дуги по мере удаления от оси (центра) дуги (рис. 6.7). Максимальная температура наблюдается в сердечнике (вдоль оси электрода) дуги и быстро снижается по мере удаления от сердечника. Температуры в зонах падения анода и катода обычно ниже, чем в области плазмы из-за охлаждающего эффекта электрода/заготовки. Температура дуги может варьироваться от 5000 до 30 000 К в зависимости от текущего напряжения защитного газа и плазменного газа. Например, в случае SMAW температура дуги составляет около 6000К, а для дуги сварки TIG/MIG она находится в диапазоне 20000-25000К.

КАК ДЕЛАТЬ СВАРКУ

Справочники и книги для дальнейшего чтения

 

Ричард Литтл, Сварка и технология сварки, McGraw Hill, 2001, 1 ^st edition.