Особенности электродуговой сварки тугоплавким электродом

Различие физических свойств электрода и изделия, особенно сильное, например, при сварке вольфрамовым электродом алюминиевых сплавов, приводит к тому, что напряжение на дуге в одном полупериоде резко отличается от напряжения в другом полупериоде. Температура конца вольфрамового электрода в несколько раз выше температуры ванны с расплавленным алюминием, поэтому условия возбуждения дуги в соседних полупериодах оказываются также различными.

Дуга возбуждается при низком напряжении, когда катодом является вольфрам. Для возбуждения дуги в следующем полупериоде требуется очень большое напряжение, так как термоэлектронная эмиссия с алюминия мала. Поэтому формирование катода на алюминии оказывается возможным лишь при больших пиках напряжения зажигания. Для обеспечения надежного зажигания дуги в этих полупериодах приходится использовать импульсные генераторы, чтобы не увеличивать чрезмерно напряжение холостого хода трансформатора.

Рассмотрим электрические процессы в идеальном источнике питания, который может быть представлен в схеме замещения одной индуктивностью (ссылка на рис.), при работе его на дугу, обладающую заметной разницей падения напряжения в соседних полупериодах. Диаграмма напряжений и токов в цепи дуги при сварке неплавящимся электродом приведена на рис.5.11.

Рис.5.11. Диаграмма напряжений и токов.

Допустим, что в положительном полупериоде , а в отрицательном .

Основное уравнение дуги

(5.1)

решение этого уравнения для положительного полупериода

, (5.2)

для отрицательного . (5.3)

Т.к. рассматриваемая цепь не содержит активного сопротивления, то среднее значение напряжения дуги за период должно быть равно 0.

, (5.4)

откуда , (5.5)

, (5.6)

Постоянные интегрирования С₁ и С₂ и фаза могут быть найдены из следующих условий:

i _d=0; при =0, =₁, и =2,

из (1) (=0),

из (2) (=2П),

, 5.7)

где .

Однако среднее значение тока не равно 0 за период, т.е. . Постоянная составляющая тока создает в трансформаторе постоянное магнитное поле, накладывающееся на основное. В результате значительно повышается намагничивающий ток трансформатора, понижаются отдаваемая трансформатором мощность и коэффициент мощности. Во многих случаях значительная постоянная составляющая тока оказывается вредной и с технологической стороны, поэтому возникает вопрос о ликвидации или ограничении её в сварочной цепи.

Существуют следующие способы устранения постоянной составляющей тока дуги:

– включение в сварочную цепь ёмкости, препятствующей протеканию постоянного тока;

– включение в сварочную цепь встречного источника постоянного тока;

– включение в сварочную цепь нелинейного активного сопротивления, ограничивающего постоянную составляющую тока (рис 5.12).

Первый – наиболее распространенный способ, однако он требует включения дополнительной индуктивности.

Второй – более сложный и громоздкий, применяется в лабораторных условиях.

Третий - способ требует подбора сопротивлений и диодов для различных режимов сварки.

Существуют и другие эффективные способы, в частности, преобразователь может быть рассчитан на несимметричную кривую напряжения холостого хода, что позволяет устранит постоянную составляющую тока без каких – либо специальных мер.

Рис.5.12. Ограничение постоянной составляющей тока дуги

нелинейным сопротивлением.

Аналогичный эффект может дать использование нелинейных индуктивных сопротивлений, обладающих несимметричными зависимостями числа потокосцеплений от сварочного тока.