Сварочная дуга переменного тока

I. Особенности горения дуги переменного тока.

Электрические и тепловые процессы, происходящие в дуге переменного тока, существенно отличаются от процессов, происходящих в дуге тока постоянного. Это оказывает существенное влияние на устойчивость рассматриваемой дуги.

В дуге переменного тока, напряжение и ток непрерывно меняют свое значение и направление, поэтому устойчивость такой дуги существенно ниже, чем при сварке на постоянном токе. При питании дуги переменным током промышленной частотой 50 Гц (50 периодов в секунду) полярность электрода и изделия, а также условия дугового разряда периодически изменяются.

Рисунок 13.Осциллограмма тока источника

При переходе тока через нулевое значение и перемене полярности, в начале и в конце каждого полупериода дуга гаснет (100 раз в секунду). В результате температура дугового промежутка снижается. Это вызывает уменьшение степени ионизации газов столба дуги (деионизация).

Деионизация газов усиливается также от перемещения катодных и анодных пятен при смене полярности.

Эластичность дуги. Для устойчивого горения дуги большое значение имеет эластичность. Дуга считается эластичной, если дуговой разряд продолжает существовать при относительно значительном увеличении длины дуги.

Эластичность дуги оценивают количественно, критерием эластичности является её наибольшая длина, при которой ещё сохраняются условия для устойчивого разряда.

Рисунок 14. Электрическая схема….

Рисунок 15.Типичные осциллограммы дуги переменного тока: а) сварочный ток и напряжение , б) температура и сопротивление межэлектродного промежутка.

II. Процесс повторного возбуждения.

Процесс перехода тока через ноль рассмотрим по осциллограмме. В конце предыдущего полупериода с момента , напряжение трансформатора становится недостаточным для питания дуги, в результате чего дуга угасает. Ток резко снижается. С момента угасания температура межэлектродного промежутка падает. А его сопротивление резко возрастает. После перехода тока через ноль в момент , анод и катод меняются местами, т.е. направление тока изменилось. Дуговой разряд в момент мгновенно восстановиться не может, потому что для этого недостаточно напряжения источника. В данный момент существует небольшой преддуговой ток, за счет остаточных явлений плазмы. Таким образом, электрический разряд в переходном периоде - не является дуговым, он является остаточным.

В переходном периоде - идут два встречных процесса с одной стороны ионизация межэлетродного газа и его нагрев нарастающим током, с другой – деионизация и охлаждение за счет теплоотвода.

Рассмотрим три условия:

1.Благоприятный вариант. В данном случае из двух процессов существенно преобладает первый процесс. Поэтому при достижении напряжением источника величины дуговой разряд легко восстановится. Большой объем и высокая степень ионизации. Мощная термоэлектронная эмиссия с горячих неплавящихся электродов.

2.Средний вариант. Наблюдается в большинстве случаев сварки (РДС, под флюсом). Термоэлектронная эмиссия с холодных плавящихся электродов не обеспечивает необходимого количества заряженных частиц, поэтому дуга возбуждается только в момент , при достижении напряжением источника довольно высокой величины. .

3. Неблагоприятный вариант. Из двух процессов преобладает деионизация. По условию процесса происходит большой теплоотвод, сопротивление межэлектродного промежутка резко увеличивается, а дуга угасает.

III. Способы повышения устойчивости.

Технические способы:

· увеличение напряжения

Рисунок 16.

За счет увеличения вторичного напряжения возможно существенно снизить время затухания. Но ограничивается техникой безопасности – 80В.

· за счет увеличения частоты

Рисунок 17.

Чем больше частота, тем меньше время затухания.

· увеличение устойчивости за счет включения индуктивности (дросселя) в сварочную цепь.

Рисунок 18. Сварочная цепь с включением дросселя.

Рисунок 19. Осциллограмма источника без индуктивности

Рисунок 20. Осциллограмма источника с включением дросселя

При этом появляется сдвиг фаз между током и напряжением на угол . В результате введения в сварочную цепь индуктивности ЭДС самоиндукции поддерживает горение дуги от точки А до точки В, соответствующей моменту перехода тока через ноль.

В момент В полярность тока резко сменится, но напряжение источника уже будет больше нуля (точка С) поэтому дуга при правильно подобранном , будет зажигаться без перерывов.

Физико-химические способы:

Введение ионизирующих веществ в состав покрытия, флюса и прочее.

Рисунок 21.