Министерство образования Российской Федерации

__________________

Волгодонский институт (филиал) Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет

(Новочеркасский политехнический институт)»

В.А. Фролов

Краткий курс лекций по источникам питания сварочной дуги

Учебное пособие

Новочеркасск 2006

Основные свойства сварочной дуги.

Дуга состоит из трех частей:

К – Катодное пятно.

СД – Столб дуги.

А – Анодное пятно.

Под действием сил электрического поля электроны с катода устремляются к аноду. В связи с тем, что дуга горит в атмосфере, в столбе дуги появляются положительные заряды, которые притягиваются к катоду. В результате рекомбинации получаются нейтральные частицы, поэтому на вблизи катода образуется слой имеющий высокое электрическое сопротивление.

Вблизи анода образуются положительно заряженные ионы. При этом затрачивается определённая энергия, что приводит к появлению определённого сопротивления. Катодные и анодные пятна имеют небольшую протяжённость, порядка 10^-2 – 10^-3 см.

Распределение напряжения в зависимости от длины дуги выглядит следующим образом:

Определяющую роль на устойчивость дуги играют процессы в катодной области. В связи с тем, что катод бомбардируют положительно заряженные ионы, которые имеют большую массу, поэтому температура катода выше.

Особенности дуги переменного тока.

Вольт – амперная характеристика дуги имеет U-образную форму:

Дугу можно представить схемой замещения:

U_Д=Е_Д+R_Д·I_Д

Рассмотрим первый падающий участок вольтамперной характеристики:

При увеличении тока дуги возрастает количество электронов. Если считать, что падение напряжения и сопротивление катодной области практически постоянно то увеличение числа носителей зарядов приводит к уменьшению сопротивления.

Рассмотрим вторую область: жёсткая вольтамперная характеристика:

R_диф=0

Жёсткость характеристики объясняется следующим образом: увеличение падения напряжения (незначительное) на катодной и анодной области компенсируется увеличением площади поперечного сечения дуги. Поэтому при увеличении тока напряжение на дуге практически постоянно.

Рассмотрим третий возрастающий участок:

R_диф>0

Увеличение падения напряжения на дуге при увеличении тока объясняется ограниченностью площади поперечного сечения столба дуги.

Рассмотрим сварочную дугу переменного тока при отсутствии индуктивности в сварочной цепи:

U_c – напряжение сети; U₁ – напряжение на вторичной обмотке трансформатора

В связи с тем, что U_д для РДС составляет 20 – 40 В, а напряжение сети 220; 380 В поэтому для питания дуги необходим трансформатор. Сопротивление R_б служит для регулирования сварочного тока.

Такая диаграмма носит название «Режима прерывистых токов». Так как дуга гаснет при переходе через ноль, поэтому сварочный процесс идёт неустойчиво. В металл шва попадает кислород и азот воздуха, что приводит к уменьшению механической прочности шва.

Включим в сварочную цепь индуктивность – дроссель:

Из-за того, что существует сдвиг фаз между I и U в цепи, содержащей индуктивность (ток отстаёт от напряжения на угол φ), поэтому режим прерывистых токов в цепи, содержащей индуктивность, отсутствует.

Способы увеличения стабильности горения дуги при сварке переменным током:

1. Повышение частоты питающей сети.

2. Увеличение напряжения холостого хода источника питания.

3. Добавление в обмазку электрода, в состав флюса солей щелочных и щелочноземельных металлов уменьшающих напряжение возбуждения дуги.