Рисунок. 1.15 – Стадии процесса (а) и осциллограммы напряжения (б) и тока (в) при зажигании дуги разрывом цепи короткого замыкания

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 I _к 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 (U _и≥ U _д). У малоинерционных источников, таких, как диодные выпрямители, восстановление U _и происходит практически мгновенно.

Проблема осложняется для источников с большой электромагнитной инерцией - тиристорных и дроссельных выпрямителей с обратными связями, и особенно генераторов. У коллекторного генератора в течение времени установления тока короткого замыкания t _ку, составляющего от 0,1 до 1 с, ЭДС непрерывно снижается и становится в 2-4 раза ниже, чем напряжение при холостом ходе U _хх. Восстановление ЭДС при переходе к режиму нагрузки идет сравнительно медленно, поэтому в момент 2 близкое к ЭДС значение минимального напряжения генератора U _{и 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 I _{д min}, близкого к нулю. Из перечисленных характеристик переходного процесса в качестве косвенного критерия для оценки надежности зажигания выбрано U _{и min}. Генераторы в соответствии с требованиями стандарта должны иметь U _{и min}>24-37 В. Это напряжение зависит в основном от напряжения холостого хода генератора U _хх, о необходимости увеличения которого уже было сказано. Очевидно также, что надежность зажигания повысится при кратковременном соприкосновении электрода с изделием, поскольку при t _к< t _ку 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.

Принципиальная устойчивость системы «источник-дуга»

Дуговой разряд называется устойчивым, если он существует непрерывно в течение длительного времени без обрывов и коротких замыканий. Поэтому в качестве непосредственного критерия для оценки устойчивости можно принять частоту обрывов дуги или количество обрывов при полном расплавлении одного электрода. Устойчивость зависит как от технологических, так и электрических характеристик процесса.

Понятие принципиальной устойчивости поясним на основе анализа электрических процессов в системе «источник—дуга» в случае малого возмущения по длине дуги Δ l _д (рисунок. 1.16). Рассмотрим процессы при сварке неплавящимся электродом от источника постоянного тока без обратных связей с индуктивностью L в цепи. Это облегчает анализ, поскольку при сварке неплавящимся электродом отсутствуют само­регулирование по плавлению электрода и капельный перенос.

Рисунок. 1.16 – Система «источник—дуга» при малом возмущении

По длине дуги

Система «источник-дуга» равновесна в точках А и В (рисунок. 1.17) пересечения характеристик. Действительно, в этих точках наблюдается равенство токов и напряжений дуги и источника, а, следовательно, и равенство энергии, выделяемой источником и потребляемой дугой. Следует выяснить, устойчиво ли это равновесие, например, в точке В.

а, б — ручная сварка; в — механизированная плавящимся электродом; 1 — характеристики источника питания; 2 — характеристики дуги; 3 — характеристики удлиненной дуги