6.3 Системы арнд и требования к источникам питания

Когда сварка или наплавка выполняется при малой плотности тока в электроде, система АРДС не обеспечивает достаточной точности и быстродействия при стабилизации параметров дуги. При этом целесообразно применение систем автоматического регулирования напряжения на дуге (систем АРНД), которые называют также аппаратами с зависимой (от напряжения дуги) подачей электродной проволоки. Системы АРНД целесообразно применять также в тех случаях, когда предъявляются повышенные требования к точности стабилизации напряжения дуги, например, при наплавке под керамическим флюсом, при наплавке или сварке высоколегированных сталей.

Функциональная схема системы АРНД приведена на рис. 6.4.

Рисунок 6.4 - Функциональная схема системы регулирования напряжения

дуги с воздействием на скорость подачи электрода

Напряжение дуги U_Д подается на элемент сравнения ЭС, где сравни-вается с задающим напряжением U₃. Разностный сигнал U = U_Д – U₃ управляет работой регулятора напряжения РН, от которого питается якорь электродвигателя М механизма подачи электродной проволоки.

Таким образом, в системе АРНД скорость подачи электрода является функцией разности между фактическим и заданным напряжением на дуге

V_П = К_НД(U_Д – U₃), (6.4)

где К_НД – суммарный коэффициент передачи регулятора.

Уравнение статической характеристики системы АРНД

(6.5)

Системы АРНД обычно строятся с достаточно большим коэффициентом регулятора К_НД (К_НД  К₁, К_НД  К₂). При этом, в соответствии с (6.5), величина U_Д определяется величиной задающего напряжения U₃ и незначительно возрастает с увеличением сварочного тока.

Режим сварки определяется точкой пересечения статической характеристики АРНД и внешней характеристики источника питания (рис. 6.5).

Для обеспечения небольших отклонений сварочного тока в переходных режимах, возникающих после случайных изменений длины дуги, и стабильного протекания процесса сварки источник питания следует выбирать с падающей внешней характеристикой.

При настройке режима сварки напряжение дуги регулируется на приводе подачи электрода путем установки требуемого задающего напряжения. Величина сварочного тока регулируется изменением внешней характеристики источника питания.

Рисунок 6.5 – Внешние характеристики источника питания (1) и статические характеристики системы АРНД (2)

7 Особенности дуги переменного тока

При сварке переменным током на электроде и изделии периодически меняется полярность. За каждый период сварочный ток дважды принимает нулевое значение, при котором дуга гаснет. При угасании дуги происходит охлаждение столба дуги и активных пятен на электродах. Снижается степень ионизации столба дуги. Это снижение усиливается процессами рекомбинации, протекающими вследствие смены полярности. Поэтому, после кратковременного погасания, повторное зажигание дуги в каждый полупериод может произойти только при повышенном напряжении, большем напряжении горения дуги. Это напряжение называют напряжением повторного зажигания дуги (U₃). Величина U₃ уменьшается при увеличении мощности дуги, а также при использовании сварочных материалов с хорошими стабилизирующими свойствами.

Условия для возникновения и существования катодного пятна на изделии хуже, чем на электроде из-за повышенного теплоотвода в массу изделия. Поэтому в полупериод, когда катодом является изделие повышается роль автоэлектронной эмиссии. Значит напряжение повторного зажигания и горения дуги больше, а сварочный ток меньше в полупериоды обратной полярности, когда катодом является изделие.

В дуге переменного тока появляется постоянная составляющая. Это явление называется вентильным эффектом дуги переменного тока. В наибольшей степени вентильный эффект проявляется, когда материал электрода и изделия имеют различные теплофизические свойства. Например, при сварке алюминиевых сплавов вольфрамовым электродом.