Эффект саморегулирования длины дуги

Сварочный контур с плавящимся электродом обладает свойством саморегулирования (самовыравнивания) (рис.2.1.1).

Рис.2.1.1. Структура сварочного контура:
ИП - источник питания; Д - дуга;
СВ - сварочная ванна; F₀, F_ип, F_д - возмущения

Это свойство используется в простейших устройствах для механизированной дуговой сварки, осуществляющих подачу электродной проволоки в зону сварки с постоянной скоростью. Для прояснения сущности процесса саморегулирования дуги обратимся к регулировочным вольт-амперным характеристикам дуги с плавящимся электродом (рис.2.1.2).

Рис.2.1.2. Характеристики устойчивой работы сварочной
головки с различной скоростью подачи электрода Vn
и статическая внешняя характеристика источника питания

Чем больше скорость подачи V_n электродной проволоки, тем больше сварочный ток. Пусть устойчивый режим сварки определяется точкой А пересечения кривой устойчивой работы V_n2 с внешней характеристикой источника питания. Если по каким-либо причинам дуга удлинилась и напряжение на ней достигло U_д1>U_д2 , то новое состояние в точке В при V_n=V_n1 оказывается неустойчивым.

Новому электрическому режиму горения дуги в точке В в стационарном режиме должна соответствовать другая скорость плавления электродной проволоки V_э=V_n1. Эта скорость плавления при I_д1<I_д2 меньше скорости подачи электрода V_n2, что следует из сопоставления кривых устойчивой работы. Скорость изменения дугового промежутка в этом случае

. (2.1.1)

Так как V_э<V_п2 , то дуговой промежуток сокращается, напряжение по дуге падает до тех пор, пока опять не наступит равенство скоростей плавления и подачи.

Таким образом восстанавливается режим, соответствующий точке А. При случайном уменьшении длины дуги увеличение силы тока сопровождается увеличением скорости плавления, приводящим опять к восстановлению дугового промежутка.

Однако не все виды возмущений могут быть отработаны системой саморегулирования. Например, быстротечные изменения длины дугового промежутка, вызванные капельным переносом электродного металла, саморегулирующейся системой не отрабатываются вследствие сравнительно высокой частоты перехода капель. Не хватает быстродействия системы. Изменение вылета электрода приводит к смещению регулировочной характеристики в сторону меньших токов, если вылет увеличивается, и в сторону больших токов, если вылет уменьшается.

2.1.1.2. Принципиальная схема системы автоматического
регулирования дуги саморегулированием (АРДС)

Простейшие системы автоматического регулирования тока и напряжения дуги состоят из механизма подачи электродной проволоки МП, дуги Д и источника питания (рис.2.1.3).

В литературе такие системы называют системами автоматического регулирования дуги саморегулированием (АРДС). На их основе построены автоматы и полуавтоматы с постоянной скоростью подачи электродной проволоки ( трактор ТС-17 и его модификации, автоматы А-384 МК, А-616М, А-688, АБС, А-184 и др. полуавтоматы А-537 Р,ПДГ-500-1, ПШП-16 и др.).

Рис.2.1.3. Принципиальная схема системы автоматического
регулирования дуги саморегулированием (АРДС)

В этих системах механизм подачи электрода МП-задающий орган, а постоянная скорость подачи электрода V_n - задающий параметр. С его помощью устанавливается требуемая сила тока I₃ в сварочном контуре.

В процессе сварки заданная скорость подачи электрода V_n сравнивается со скоростью его плавления V_э. При достижении равенства V_n = V_э в сварочном контуре устанавливается определенная сила тока I_д, которая с требуемой точностью поддерживается системой саморегулирования на уровне I_д.

Точность работы системы саморегулирования зависит от соотношения коэффициентов саморегулирования по току К_ст и по напряжению К_сн. Эти коэффициенты характеризуются отношением приращения скорости подачи DV_n к приращению соответственно по току дуги DI_д и по напряжению на дуге DU_д.