в каком случае повышается устойчивость горения дуги при переменном токе

ОСОБЕННОСТИ ДУГИ НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ

При сварке на постоянном токе в установившемся режиме все про­цессы в дуге протекают с определенной скоростью и горение дуги отли­чается высокой стабильностью.

При питании дуги переменным током полярность электрода и из­делия, а также условия существования дугового разряда периодически изменяются. Так, дуга переменного тока промышленной частоты 50 Гц погасает и вновь возбуждается 100 раз в секунду, или дважды за каж­дый период. Поэтому особо возникает вопрос об устойчивости горения дуги переменного тока. В первую очередь, устойчивость горения такой дуги зависит от того, насколько легко происходит повторное возбужде­ние дуги в каждом полупериоде. Это определяется ходом физических и электрических процессов в дуговом промежутке и на электродах в от­резки времени между каждым погасанием и новым зажиганием дуги. Снижение тока сопровождается соответствующим уменьшением темпе­ратуры в столбе дуги и степени ионизации дугового промежутка. При переходе тока через нуль и перемене полярности в начале и конце каждого полупериода дуга гаснет. Одновременно падает и температура активных пятен на аноде и катоде. Падение температуры несколько от­стает по фазе при переходе тока через ноль, что связано с тепловой инер­ционностью процесса. Особенно интенсивно падает температура актив­ного пятна, расположенного на поверхности сварочной ванны, в связи с интенсивным отводом теплоты в массу детали. В следующий за пога­санием дуги момент меняется полярность напряжения на дуговом про­межутке (рис. 2.4).

Одновременно изменяется и направление движения заряженных час­тиц в дуговом промежутке. В условиях пониженной температуры актив­ных пятен и степени ионизации в дуговом промежутке повторное зажига­ние дуги в начале каждого полупериода происходит только при повышен-

Пик зажигания всегда выше напряжения дуги, соответствующего стабильному режиму ее горения. При этом величина пика зажигания не­сколько выше в тех случаях, когда катодное пятно находится на основ­ном металле. Величина пика зажигания существенно влияет на устойчи­вость горения дуги переменного тока. Деионизация и охлаждение дуго­вого промежутка возрастают с увеличением длины дуги, что приводит к необходимости дополнительного повышения пика зажигания и влечет снижение устойчивости дуги. Поэтому затухание и обрыв дуги пере­менного тока при прочих равных условиях всегда происходят при меньшей ее длине, чем для постоянного тока. При наличии в дуго­вом промежутке паров легкоионизующихся элементов пик зажигания уменьшается и устойчивость горения дуги переменного тока повышает­ся.

ном напряжении между электродами, именуемым пиком зажигания или напряжением повторного зажигания дуги.

Рис. 2.4. Изменение полярности при горении дуги на переменном токе

С увеличением силы тока физические условия горения дуги улуч­шаются, что также приводит к снижению пика зажигания и повышению устойчивости дугового разряда. Таким образом, величина пика зажига­ния является важной характеристикой дуги переменного тока и оказы­вает существенное влияние на ее устойчивость. Чем хуже условия для повторного возбуждения дуги, тем больше разница между пиком зажи­гания и напряжением дуги. Чем выше пик зажигания, тем выше должно быть напряжение холостого хода источника питания дуги током. При сварке на переменном токе неплавящимся электродом, когда мате­риал его и изделия резко различаются по своим теплофизическим свой­ствам, проявляется выпрямляющее действие дуги. Это характеризуется протеканием в цепи переменного тока некоторой составляющей посто­янного тока, сдвигающей в определенном направлении кривые напря­жения и тока от горизонтальной оси (рис. 2.5). Наличие в сварочной це­
пи составляющей постоянного тока отрицательно сказывается на каче­стве сварного соединения и условиях процесса: уменьшается глубина проплавления, увеличивается напряжение дуги, значительно повышает­ся температура электрода и увеличивается его расход. Поэтому прихо­дится применять специальные меры для подавления действия постоян­ной составляющей.

При сварке плавящимся электродом, близким по составу к основ­ному металлу, на режимах, обеспечивающих устойчивое горение дуги, выпрямляющее действие дуги незначительно и кривые тока и напряже­ния располагаются практически симметрично относительно оси абс­цисс.

Рис. 2.5. Постоянная составляющая тока в сварочной цепи при горении дуги на переменном токе

Источник

Учебные материалы

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

На устойчивость горения дуги влияют следующие факторы:

а) Режим сварки – т.е. соотношение между током I_св и напряжением дуги U_д.

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

Поле графика можно разделить на 3 области:

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

Рисунок 3.5 – Вольт – амперная характеристика дуги

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

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

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

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

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

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

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

в) Характеристика источников питания (рассматривается в вопросе ИП сварочной дуги).

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

Источник

Устойчивость дуги переменного тока

Сварочная дуга переменного тока (рис. 5), за каждый период дважды меняет полярность и дважды затухает на нисходящих ветвях синусоиды напряжения Uип источника тока на промежутках времени t_T, начиная с момента, когда напряжение источника достигает значения напряжения дуги Ug /точка 1/ и до момента зажигания дуги ведет к резкому охлаждению катодного пятна и дуговой плазмы и снижению степени ее ионизации. Поэтому напряжение повторного зажигания дуги /точка 2/ превышает напряжение дуги Ug. Эта особенность дуги переменного тока наиболее заметно проявляется при сварке дугами небольшой мощности при малых плотностях тока.

Рис. 5 Осциллограммы напряжения и тока при сварке на переменном токе при отсутствии (а) и при наличии (б) в цепи индуктивного сопротивления.

τ_г и τ_п – время горения и отсутствия (пауза) дуги; Uип и Ug – напряжения на источнике питания и дуги; Ig – сила сварочного тока; φ- угол сдвига фаз.

Для повышения устойчивости дуги переменного тока принимает следующие меры:

1. Повышение напряжения холостого хода источника тока, что сокращает продолжительность перерывов в горении дуги. Однако эта мера нежелательна по соображениям техники безопасности.

2. Повышение частоты тока до 400…500 Гц.

3. Введение в состав покрытия электрода и столб дуги веществ с низким потенциалом ионизации (Na, K, Ca, Ti, Ar, He, и т.п.), что ведет к снижению напряжений зажигания дуги и в столбе дуги.

4. Включение последовательно в сварочную цепь индуктивного сопротивления (рис.5), что приводит к сдвигу фаз φ соответственно по времени тока от напряжения. При этом напряжению Ug на нисходящей ветви кривой Uип должен соответствовать максимум на кривой тока, а при Iдуг = 0 напряжение источника должно достигнуть величины, достаточной для зажигания дуги.

5. Включение в сварочную цепь осциллятора (кВ, кГц) и стабилизатора, который дает импульсы (400В, 100Гц) в строго определенное время.

ГАЗО – ПЛАМЕННАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Газовая сварка

Газовая сварка – вид сварки плавления, при котором для расплавления основного и присадочного металла (материала) используется теплота химических реакций горения газов, паров керосина и бензина в кислороде.

Пламя ацетилена и других горячих газов и паров в кислороде неоднородно. Оно разбивается на три зоны, различимые визуально:

Рис.1. Строение газо-кислородного пламени и распределение температуры по его оси.

Кислород, участвующий в указанных зонах – первичный, т.к. он поступает в состав смеси из горелки.

Свойство пламени в рабочей зоне (средней части) контролируется и определяется соотношением газовой смеси

_— объем кислорода; — объем ацетилена

III наибольшая часть пламени – факел, где продукты, образовавшиеся после воспламенения смеси, нагретые и химические активные, интенсивно соединяются с кислородом окружающего воздуха, образуя высшие окислы

Состав пламени и распределение температуры по его оси приведено на рисунке.

Свойство в средней части (рабочей зоне):

β = 1,05÷1,2 – нормальное пламя, имеет восстановительные свойства, за счет наличия активного водорода

β = 1,3÷1,4 – окислительное пламя за счет избытка кислорода

β 0 С при давлении 0,2 МПа, которая понижается при повышении давления. Газ хранится в стальных баллонах, для снижения взрывоопасности баллонов заполненных пористой массой (активированным углем и т.п.) с 5,0 л ацетона.

При давлении I,6 МПа в ацетоне растворяется ацетилен в соотношении 1:350. Арматура на баллоне стальная. Ацетилен получается при взаимодействии карбида кальция с водой.

Процесс получения ведут в специальных аппаратах – ацетиленовых генераторах. Генераторы подразделяются по принципу действия: «вода на карбид», «карбид в воду», капельный и т.п. Карбид кальция получают методом сплавления обожженной извести и кокса в электропечах. Процесс энергоемкий.

Кислород получают путем сжижения атмосферного воздуха и отделения его и других составляющих воздуха по температуре кипения: кислород (-183 0 С), аргон (-186 0 С) и азот (-196 0 С). Характеристики газов, используемых в сварочном производстве, приведены в таблице 1.

Состав сварочного поста:

o Газовые баллоны – хранение и транспортировка газов. Баллоны окрашены в цвет в соответствии с находящимися в них газами.

o Редуктор – снижения давления выходящего газа до требуемого и его поддержание. Цвет редуктора соответствует цвету баллона.

o Газовая арматура – регулировка расхода газа «грубая» и защита от обратного удара.

o Рукав резиновый (шланги) – подвод газа к горелке и расширение рабочей зоны. Шланги так же делятся по виду газа и рабочему давлению: кислородные до 2 МПа, ацетиленовые до I МПа и т.п.

o Горелка – смешение газов и получение необходимого пламени (по мощности, свойству и т.п.), его регулировка непосредственно на рабочем месте. Горелка подбирается в соответствии с используемыми газами.

Область применения

Газовая сварка ведется только ручным способом и имеет низкую производительность и только

10% тепла, выделяемого в пламени, идет на формирование сварного соединения.

Газовое пламя применяется:

1) сварка низко углеродистой стали толщиной до 6,0 мм;

2) сварка легкоплавких металлов и сплавов;

3) изготовление и ремонт (сварка + пайка) деталей из стали, чугуна, медных сплавов, алюминия, молибдена и т.п.;

4) сварка неметаллов (стекла и т.п.)

5) наплавка твердых сплавов (газо-порошковая наплавка);

6) газопрессовая сварка;

7) поверхностная закалка;

8) детонационное напыление (направленные микровзрывы смеси с порошком);

9) тепловая правка стальных конструкций.

Тепловая резка

Мощные, концентрированные источники тепла, применяемые при сварке, могут быть использованы для удаления части металла и неметалла из изделия, т.е. для тепловой резки.

Существуют различные виды тепловой резки. Рассмотрим далее широко применяемые виды.

Дата добавления: 2017-09-19 ; просмотров: 1053 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Горение дуги при питании однофазным током

При питании дуги переменным синусоидальным током условия ее горения осложняются периодическими изменениям электрических параметров источника (тока и напряжения). При переходе тока через нулевые значения в горении дуги наступают кратковременные перерывы. Вследствие этого снижаете температура остаточной плазмы в столбе дуги и температура активных пятен на электродах.

Стабильное горение дуги затрудняется также в результате изменения направления движения заряженных частиц при смене полярности.

Для повышения устойчивости горения дуги необходимо сократить время перерывов в ее горении при переходе тока через нулевые значения. Рассмотрим сварочную цепь, в которой последовательно с дугой включено активное R и индуктивное X сопротивление ( рис. 18.1 ).

Рис. 18.1. Схема питания дуги переменным током

А. При наличии в цепи только активного сопротивления (X≈0) сдвиг фазы между током и напряжением равен нулю; (φ= 0). Согласно кривым тока и напряжения ( рис. 18.2, а ) возбуждение дуги в каждом полупериоде будет происходить при достижении источником напряжения, равного напряжению зажигания U 3 :

где U m — амплитудное значение напряжения источника; ω — угловая частота; τ 3 — время, необходимое для зажигания дуги,

ωτу= arcsin (U3/Um), τ3 = arcsin (U3/Um)/ω

Угасание дуги будет происходить при напряжении на клеммах источника, меньшем, чем требуется для горения дуги:

где τ у — время угасания дуги.

ωτ у = arcsin (U д /U m ), τ у = arcsin (U д /U m )/ω

Общее время перерыва в горении дуги U д

где ω= 2πƒ (ƒ— частота переменного тока).

Б. При наличии в цепи активного и индуктивного сопротивления между током и напряжением источника появляется угол сдвига фаз (φ≠0). Согласно кривым тока и напряжения ( рис. 18.2, б ) повторное мгновенное возбуждение дуги возможно, если при переходе тока через нулевые значения ни пряжение источника будет больше или равно напряжению зажигания:

При определенном значении угла сдвига фаз ср горение дуги п течение всего полу пер иода может быть непрерывным (τ п = 0). Напряжение дуги можно принять практически постоянным

U m sin (ωτ + φ) = U д + Ldi/dτ,

Где L — индуктивность цепи.

При смене полярности, в моменты перехода тока через нуль, Напряжение дуги изменяется скачкообразно.

Анализ условий горения дуги показывает, что время перерывов в ее горении может быть снижено различными путями: включением в цепь дуги индуктивного сопротивления, увеличением Напряжения холостого хода и повышением частоты переменного тока. В большинстве источников реализованы первый и второй путь. Источники питания с повышенной частотой переменного тока отличаются сложностью конструкции и широкого распространения не получили.

Наличие индуктивного сопротивления в цепи дуги обязательно для всех источников переменного тока. Для большинства сварочных цепей характерно φ= 53—57° и отношение X/R≥5.

U 0 ≥(U д /√2) √(U 3 /U д ) 2 + π 2 /4

Напряжение холостого хода источника во многом зав от напряжения, необходимого для повторного возбуждения дуги U 3 или так называемого пика зажигания. Даже небольшие перерывы в горении дуги приводят к резкому возрастанию пика зажигания. Особенно это проявляется в те полупериоды, когда катод располагается на свариваемом изделии. Пиковые значения напряжения возрастают при увеличении длины дуги, снижения сварочного тока, наличии в столбе дуги фторидных соединений и др. В обычных трансформаторах для дуговой сварки принимают U 0 /U д = 1,8÷2,5.

С увеличением U 0 снижаются технико-экономические показатели источников и возрастает опасность поражения током обслуживающего персонала. Все это обусловливает стремление к максимальному снижению напряжения холостого хода.

Устойчивость горения сварочной дуги может быть особенно высокой при наличии в сварочном контуре индуктивности (Х L )( и емкости (Х с ).

При X L > Х с U и = U m sin (ωτ + φ). При X L c U и = U m sin (ωτ + φ).

Наличие в цепи дуги переменного тока наряду с индуктивностью еще и емкости (при их вполне определенных значениях) позволяет существенно снизить необходимое напряжение холостого хода источника.

Различие в теплофизических свойствах электрода и свариваемого изделия приводит к тому, что напряжение, необходимое для горения дуги в одном полупериоде, значительно отличается от напряжения горения в другом полупериоде. Нарушается симметрия полупериодов относительно нулевого значения. Это обусловливает появление в цепи дуги постоянной составляющей тока ( рис. 18.3 ). Большая ее величина образуете при сварке алюминия и его сплавов вольфрамовым электродом. В полупериодах, когда катодное пятно располагается на вольфрамовом электроде (прямая полярность), благодаря мощной термоэлектронной эмиссии катода создаются благоприятны условия для возбуждения и горения дуги при низком напряжении. В полупериодах, когда катодное пятно находится на свариваемом изделии из алюминия (обратная полярность), термоэлектронная эмиссия затруднена (холодный катод).

Рис. 18.3. Образование постоянной составляющей при горении дуги между вольфрамовым электродом и изделием из алюминия (I д — постоянная составляющая тока)

Для возбуждения дуги Требуются высокие пиковые значения напряжения, и горение дуги происходит при более высоком напряжении, чем в предыдущих полупериодах. При сварке на небольших токах возбуждение дуги в полупериоды обратной полярности вообще может не произойти. В этом случае дуга становится выпрямительным вентилем. Стабильность ее горения резко ухудшается.

При наличии постоянной составляющей I д увеличивается сопротивление магнитопровода трансформатора. В результате этого понижается мощность, отдаваемая дуге, и коэффициент мощности источника.

При уменьшении тока в полупериоды обратной полярности млтрудняется катодная очистка свариваемых кромок и поверхности ванны от оксидных пленок. Это приводит к ухудшению формирования шва и снижению его свойств.

Источники питания дуги переменным током для сварки алюминия, его сплавов и некоторых других металлов вольфрамовым электродом должны иметь устройства, облегчающие возбуждение дуги в полупериоды обратной Клярности, и устройства для частичного или полного подавления постоянной Составляющей.

Основное назначение стабилизаторов дуги или импульсных возбудителей Включается в подаче на дугу стабилизирующих импульсов при прохождении тока через нуль. Подача импульсов обычно необходима только в полупериоды обратной полярности. Благодаря этому не только повышается стабильность горения дуги, но и сохраняются высокие значения тока, необходимые для катодной очистки свариваемых кромок и поверхности ванны.

На электрической схеме стабилизатора дуги ( рис. 18.4 ) конденсатор С через выпрямитель В заряжается от повышающего трансформатора Т небольшой мощности. В моменты перехода тока через нуль в полупериоды обратной полярности включается коммутирующий элемент КЭ и конденсатор разряжается на дугу. Подбором значений С и R можно получать импульсы требуемой формы и продолжительности. Стабилизаторы дуги, применяемые в источниках, подают импульс напряжения 250-300 В.

Стабилизаторы дуги можно применять и в обычных источниках переменного тки. При этом целесообразна подача синхронизированных импульсов в оба полупериода при изменении полярности. Применение устройств, стабилизирующих дугу, позволяет снизить на 25—40 % напряжение холостого хода источника. Однако в трансформаторах для дуговой сварки общего назначения подобного устройства пока не применяют, по-видимому, из-за неизбежного их усложнении Стабилизаторы подключают к дуге параллельно основному источнику.

В источниках для дуговой сварки применяют несколько способов полного или частичного подавления постоянной составляющей тока (включением в цепь дуги батареи конденсаторов, полупроводникового выпрямителя и других устройств).

Рис. 18.4. Принципиальная электрическая схема стабилизатора дуги

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Устойчивость горения дуги переменного тока повышают с помощью импульсных генераторов. Импульсы энергии, посылаемые генератором в каждый период или полупериод горения дуги, способствуют ее повторному зажиганию. В стабилизаторе на 100 Гц стабилизирующий импульс посылается в каждый полупериод горения дуги. Принцип действия простейшего импульсного генератора основан на том, что электрическая емкость за конечный промежуток времени заряжается до определенного значения, а затем разряжается на дуговой промежуток. Дуга обрывается преимущественно в момент, когда абсолютное значение тока, изменяющегося по синусоиде, проходит через нуль и когда электрод становится анодом. [1]

Повышение устойчивости горения дуги переменного тока достигается за счет введения в покрытия электродов и сварочные флюсы материалов, содержащих в соединении К, Na, Ca и другие элементы, обладающие низким потенциалом ионизации. [4]

Для повышения устойчивости горения дуги переменного тока допускается применение в установках дуговой сварки ( резки) импульсных генераторов, резко поднимающих напряжение между электродом и свариваемым изделием в момент повторного возбуждения дуги. [5]

Для обеспечения устойчивости горения дуги переменного тока допускается применение импульсных генераторов, повышающих напряжение между электродами и изделием в момент повторного возбуждения дуги. [6]

Для повышения устойчивости горения дуги переменного тока допускается применение в установках дуговой сварки ( резки) импульсных генераторов, резко поднимающих напряжение между электродом и свариваемым изделием в момент повторного возбуждения дуги. [7]

Для повышения устойчивости горения дуги переменного тока допускается применение импульсных генераторов, резко поднимающих напряжение между электродом и изделием в момент повторного возбуждения дуги. [8]

Очевидно, что устойчивость горения дуги переменного тока зависит от того, насколько легко происходит повторное зажигание дуги в каждом полупериоде, а последнее определяется ходом физических и электрических процессов в дуговом промежутке и на электродах в отрезки времени между каждым погасанием и новым зажиганием дуги. [9]

Очевидно, что устойчивость горения дуги переменного тока зависит от того насколько легко происходит повторное зажигание дуги в каждом полупериоде, а последнее определяется ходом физических и электрических процессов в дуговом промежутке и на электродах в отрезки времени между погасанием и новым зажиганием дуги. [11]

Как уже отмечалось выше в § 4, на устойчивость горения дуги переменного тока большое влияние оказывает скорость нарастания тока в начале полупериода. Чем меньше скорость нарастания тока, тем более вероятны обрывы дуги, и, наоборот, увеличение скорости нарастания тока благоприятно отражается на устойчивости горения дуги. [13]

Источник