Начальное зажигание дуги
Под начальным зажиганием дуги понимают процесс возбуждения дуги в начале сварки. От него нужно отличать повторное зажигание после случайных обрывов дуги, которое выполняется теми же способами, что и начальное, но происходит в более благоприятных условиях при уже разогретых электродах. Непосредственным критерием при оценке надежности начального зажигания принято считать процент успешных попыток или количество попыток до первой успешной.
Практическое применение при дуговой сварке нашли два способа начального зажигания:
—высоковольтным искровым разрядом,
—разрывом цепи короткого замыкания электрода на изделие. Зажигание дуги высоковольтным разрядом иллюстрирует рисунок. 5.7.
При этом параллельно основному источнику подключается вспомогательный высоковольтный источник малой мощности. По соображениям безопасности он выполняется импульсным или высокочастотным (частота f>100 кГц). Назначение высоковольтного источника — пробить искрой, т.е. ионизировать межэлектродный промежуток, по которому затем пойдет ток от основного источника.
Рисунок. 5.7 – Схема процесса (а) и осциллограммы напряжения (б) и тока (в) при зажигании дуги высоковольтным разрядом
Зажигание дуги разрывом цепи короткого замыкания внешне выглядит довольно просто (рисунок. 5.8). При замыкании электрода на изделие сопротивление нагрузки составляет всего 0,01-0,2 Ом, поэтому ток короткого замыкания достигает сотен ампер. С начала короткого замыкания (точка 1) напряжение источника резко снижается до сравнительно низкой величины Uик=2-5 В. Ток короткого замыкания быстро возрастает до пикового значения Iкп, а затем несколько снижается до установившегося значения Iк. Разрыв цепи короткого замыкания (точка 2) происходит через tк=0,01-1 с после начала процесса в результате отдергивания электрода или разрушения перемычек между электродом и изделием. Дело в том, что площадь таких перемычек сравнительно мала, поэтому плотность тока в них настолько велика, что наблюдается их мгновенное расплавление и даже испарение.
Рисунок. 5.8 – Стадии процесса (а) и осциллограммы напряжения (б) и тока (в) при зажигании дуги разрывом цепи короткого замыкания
После разрыва цепи короткого замыкания с момента 2 наступает стадия развития дугового разряда. Напряжение источника быстро увеличивается до значения Uи min, а затем сравнительно плавно восстанавливается до установившегося значения Uи, равного напряжению дуги (точка 3). Начальный пик ЭДС самоиндукции источника в момент 2 имеет малую продолжительность и практически не влияет на надежность зажигания. На стадии развития дугового разряда ток создается движением первичных носителей (электронов и ионов), возникших в результате разрыва цепи короткого замыкания. Источником первичных электронов может служить автоэлектронная эмиссия с катода. Установлено, что на ранней стадии разведения электродов при расстоянии между ними l≈10-10 см даже относительно низкое напряжение источника обеспечивает высокую напряженность электрического поля около 10 В/см, достаточную для вырывания электронов из катода. Возможным источником первичных электронов является и термоэлектронная эмиссия с катода, поскольку при плавлении и испарении перемычки металл на поверхности электрода достигает температуры 2000-6000 К. Наконец, пар металла, образовавшийся между электродами при такой температуре, достаточно электропроводен благодаря частичной ионизации. При последующем увеличении числа носителей возникает самостоятельный дуговой разряд.
Оценим условия надежного зажигания. На первой стадии необходимо обеспечить энергичный разрыв цепи короткого замыкания. При недостаточной плотности тока в электроде (менее 20 А/мм) жидкие перемычки между электродом и изделием не взрываются, а, наоборот, застывают. «Примерзание» электрода можно предотвратить его резким отдергиванием или увеличением тока. Естественное превышение тока короткого замыкания Iк над сварочным в 1,2-5 раз, наблюдающееся у большинства источников, благоприятствует надежному зажиганию.
На второй стадии важно, чтобы напряжение источника было достаточным для питания дуги (Uи≥Uд). У малоинерционных источников, таких, как диодные выпрямители, восстановление Uи происходит практически мгновенно.
Проблема осложняется для источников с большой электромагнитной инерцией — тиристорных и дроссельных выпрямителей с обратными связями, и особенно генераторов. У коллекторного генератора (см. рисунок. 5.8) в течение времени установления тока короткого замыкания tку, составляющего от 0,1 до 1 с, ЭДС непрерывно снижается и становится в 2-4 раза ниже, чем напряжение при холостом ходе Uхх. Восстановление ЭДС при переходе к режиму нагрузки идет сравнительно медленно, поэтому в момент 2 близкое к ЭДС значение минимального напряжения генератора Uи min может оказаться недостаточным для питания дуги. Если дуга все же зажглась, то в случае значительного отдергивания электрода в кривой тока обнаруживается опасный провал до Iд min, близкого к нулю. Из перечисленных характеристик переходного процесса в качестве косвенного критерия для оценки надежности зажигания выбрано Uи min. Генераторы в соответствии с требованиями стандарта должны иметь Uи min>24-37 В. Это напряжение зависит в основном от напряжения холостого хода генератора Uхх, о необходимости увеличения которого уже было сказано. Очевидно также, что надежность зажигания повысится при кратковременном соприкосновении электрода с изделием, поскольку при tк<tку ЭДС генератора еще не успеет заметно упасть. Кроме того, полезно в цепь источника вводить индуктивность. Запасенная в ней на стадии короткого замыкания энергия отдается затем дуге, стремясь поддержать ток на высоком уровне без провала.
Дата добавления: 2022-05-27; просмотров: 139;