Дуга переменного тока

Рис.23.6

Условия горения дуги переменного тока существенно меняются. При синусоидальном напряжении частотой 50 Гц активное пятно на катоде 100 раз в секунду изменяет свое расположение.

К концу каждого полупериода синусоидальное напряжение уменьшается до нуля; при этом уменьшается напряженность электрического поля разрядного промежутка, вследствие этого уменьшается степень ионизации газа в столбе дуги, рассасывается пространственный объемный заряд в приэлектродных об

Рис.23.7. Принципиальная схема цепи сварочной дуги

ластях и уменьшаются напряженности электрического поля на катоде и аноде. Все это ухудшает условия поддержания стабильного дугового разряда. Когда синусоидальное напряжение источника питания начинает возрастать от нуля до напряжения повторного возбуждения, вновь создаются условия для существования дугового разряда и дуга повторно зажигается. Напряжение U_п.в. повторного зажигания зависит от многих факторов и прежде всего от физико– химических свойств среды между изделием и электродом. Возбуждение дуги после перехода напряжения питания через нуль произойдет, как только будет создана требуемая для существования самостоятельного дугового разряда напряженность электрического поля в дуговом промежутке. Принципиальная схема цепи дуги переменного тока представлена на рис 23.7.

В связи с этим о статической характеристике дуги переменного тока говорить нет смысла, так как ток и теплота - составляющие дуги - меняются. Речь может идти только о динамических характеристиках (рис.23.8). Зависимость между мгновенными значениями сварочного тока и напряжения дуги называют динамической характеристикой дуги. Форма характеристики меняется в зависимости от условия горения дуги, от условия охлаждения и от свойств источника питания.

а) маломощная дуга на воздухе (гаснет и снова зажигается);

б) мощная дуга (чем мощнее дуга, тем меньше пики зажигания и затухания);

в) теплоизолированная дуга (для теплоизолированной мощной дуги U и I близки по форме к синусоиде);

Таким образом, дуга переменного тока может иметь непрерывный характер, прерывистый, но устойчивый, и непрерывный неустойчивый.

При синусоидальной форме кривой напряжения источника питания дуга может гореть непрерывно, если дуга мощная и теплоизолирована. При определенных условиях дуга может гаснуть. После перехода через нуль напряжения питания электроды меняют полярность. Новый катод начинает испускать электроны и процесс повторяется. Для уменьшения времени перерыва в горении дуги и увеличении скорости нарастания тока при смене полярности можно идти двумя путями: уменьшать напряжение повторного зажигания, изменяя физико–химические свойства среды между электродом и изделием, или изменять свойства источника питания. Напряжение повторного зажигания U_п.в. можно уменьшить, вводя в парогазовую среду между электродами химические элементы с низкими потенциалами ионизации.

Рис. 23.8. Диаграмма изменения тока и напряжения дуги.

Это можно осуществить путем покрытия стержневых электродов слоем, содержащим необходимые элементы, а при механизированной сварке вводить их в состав флюса. Снижение U_п.в. можно осуществить также, снижая давление среды в зоне сварки.

При том же значении U_п.в. время перерыва в горении дуги можно уменьшить за счет увеличения амплитудного значения напряжения U₂ (рис.10) вторичной обмотки трансформатора. Однако, увеличение U_{2 х.х.} трансформатора ограничено не только технико– экономическими показателями (увеличивается сечение сердечника, растет расход обмоточных материалов), но и в первую очередь условиями безопасности при выполнении сварочных работ. Исходя из этого желательно не увеличение, а уменьшение U_{2 х.х.}.

Рис. 23.9. Зависимость времени перерыва в горении дуги от амплитуды напряжения.

Время перерыва в горении дуги можно уменьшить за счет увеличения частоты напряжения питания. Экспериментально установлено, что оптимальная частота, при которой дуга повторно возбуждается и устойчиво горит, равна f^/=(5–9) f, где f=50Гц. Однако для работы на повышенных частотах необходимы специальные источники питания повышенной частоты, к тому же сварочная дуга повышенной частоты издает резкий звенящий звук, утомляющий сварщика.

Облегчить повторное возбуждение дуги переменного тока можно применением специальных устройств– осцилляторов и импульсных возбудителей. На практике питание дуги переменным током при ручной дуговой сварке в атмосфере воздуха плавящимся электродом и при сварке под флюсом осуществляют, включая в цепь дуги катушку индуктивности, или осуществляя питание дуги от трансформатора с большой внутренней индуктивностью.