Стабильность параметров режима сварки

Если в системе «источник-дуга» обеспечена устойчивость в широком диапазоне возмущений, имеет смысл оценивать стабильность параметров режима — тока и напряжения. Отклонения силы тока от заданной сказываются на глубине и форме провара, доле основного металла в шве и величине усиления шва. При увеличении тока глубина провара возрастает, что может привести к прожогам, при уменьшении тока возможен непровар корня шва. Отклонения напряжения дуги вызывают пропорциональные изменения ширины шва.

Возмущения, нарушающие стабильность параметров режима, могут иметь периодический, импульсный и скачкообразный характер (рисунок. 5.13). Так, периодические флуктуации проводимости дуги, вызванные хаотическим движением катодного и анодного пятен по поверхности электрода и детали, приводят к высокочастотным (200 – 2000 Гц) колебаниям тока (кривая 1), практически не оказывающим влияние на формирование шва, но ответственным за звуковой эффект дуги. Периодические колебания напряжения источника с частотой сети 50 Гц (или кратной ей частотой 100, 150, 300 Гц) вызывают пропорциональные колебания тока (кривая 2) с малой амплитудой, также не отражающиеся на форме шва. Импульсные всплески тока с частотой 10 — 150 Гц (кривая 3) при технологических коротких замыканиях также не вызывают изменения глубины провара из-за высокой тепловой инерционности ванны, но, разумеется, капельный перенос оказывает влияние на внешнюю чешуйчатость шва. Экспериментально установлено, что глубина провара изменяется при периодических отклонениях тока частотой менее 1 Гц и импульсных отклонениях длительностью более 1 с. Разумеется, глубина провара изменяется при скачкообразном отклонении тока (кривая 4), имеющем длительный характер, если возмущение не отрабатывается системой полностью.

Рисунок. 5.13 – Осциллограмма тока при дуговой сварке с типичными возмущениями

Поэтому для стабилизации силы тока рекомендуется использовать источник с крутопадающей внешней характеристикой (с большим отрицательным дифференциальным сопротивлением ρ_и).

Рисунок. 5.14 – Оценка стабильности параметров режима при колебаниях длины дуги (а) и напряжения сети (б)

Стабильность параметров режима зависит также от колебаний напряжения электрической сети. У простейших трансформаторов и выпрямителей пропорционально изменениям напряжения сети меняется и напряжение холостого хода U₀, что приводит к нарушению стабильности режима (рисунок. 5.14, б). Для устранения этого недостатка источники дополняются системами стабилизации с устройствами обратной связи по току или напряжению (см. рисунок. 2.25).

Кроме источников с обратными связями, полезно для повышения стабильности режима использовать так называемые параметрические источники тока или напряжения, которые благодаря наличию в своей силовой цепи специальных устройств обеспечивают постоянство либо тока, либо напряжения. Известно, например, что ток в коллекторной цепи транзистора не зависит от напряжения нагрузки, а определяется только током базы. Если установить транзистор последовательно в цепь источника, то внешняя характеристика такого источника тока становится вертикальнопадающей и обеспечивает абсолютную стабильность тока. По аналогии параметрическим источником напряжения можно считать источник с малым внутренним сопротивлением Z_и, у которого характеристика почти жесткая.