1.2 Признаки, по которым классифицируют источники питания. Распределение потенциала в дуге. Свойства сварочной дуги

Источники питания дуги классифицируют по следующим признакам:

1. По роду тока: а) переменного: трансформаторы, генераторы повышенной частоты; б) постоянного тока: генераторы, выпрямители.

2. По конструктивным особенностям:

Трансформаторы делятся на 3 группы:

1. С нормальным магнитным рассеянием:

а) с отдельным дросселем;

б) с совмещенным дросселем.

2. С увеличенным магнитным рассеянием:

а) с подвижными катушками;

б) с подвижным магнитным шунтом;

в) с подмагничивающим магнитным шунтом.

3) Специальные сварочные трансформаторы:

а) для электрошлаковой сварки; б) трёхфазные.

3. Сварочные генераторы бывают:

а) с независимой намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками;

б) с параллельной намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками;

в) универсальные и др.

4. Сварочные выпрямители бывают:

а) по роду применяемого материала в вентилях: селеновые, кремниевые

б) по количеству внешних характеристик: универсальные (2 характеристики)

5. По количеству одновременного подключаемых постов: однопостовые, многопостовые.

6. По виду внешней характеристики: с жесткой (пологопадающей), с падающей внешней характеристикой.

7. По способу установки: передвижные и стационарные.

1 – электрод (вольфрам); 2 – изделие (пластина); 3 – дуга; 4 – вольтметр; 5 – зонд (вольфрам); 6 – источник питания дуги (выпрямитель).

Рисунок 1.1 – Схема опыта при исследовании распределения потенциала в сварочной дуге

Сварочная дуга – это мощный электрический разряд в ионизированной смеси газов, паров электродных металлов и веществ, защищающих сварочную дугу.

Дуговой промежуток имеет 3 области: анодную, катодную и столб дуги. Распределение потенциала (рис. 1.1) в дуге скачкообразное (рис. 1.2).

l_к,l_а,l_ст – длины катодной, анодной областей и столба дуги; Uк, Uа, Uст – соответственно падение напряжения в катодной, анодной областях и столбе дуги

Рисунок 1.2 – Распределение потенциала вдоль оси сварочной дуги

О том, что дуга состоит из трёх областей (участков), данные получены после проведения эксперимента (опыта), схема проведения которого представлена на рис. 1.1. Между электродом (вольфрамовым, поз. 1 на рис. 1.1, чтобы дуговой промежуток не нарушали электродные капли, если бы электрод был бы плавящимся) и изделием (2) зажигалась дуга, длина которой в процессе опыта не изменилась (l_д = const). В столб дуги (3) вводился кратковременный зонд (5), а падение напряжения между электродом 1 и зондом 5 измеряли вольтметром 4. Зонд 5 выполнен из тонкой вольфрамовой (тугоплавкой) проволоки (диаметром 0,1…0,2 мм).

В опыте изменяли расстояние между торцом электрода (1) и зондом (5) – расстояние Z. Потом по экспериментальным данным падения напряжения между электродом (1) и зондом (5) строили график. Типичный график, полученный в экспериментах, приведен на рис. 1.2. Характерно было, что при минимальном расстоянии Z от торца электрода (1) зонд (5) фиксировал «скачок» напряжения (Uк). Область этого скачка напряжения имела протяженность l_к – катодная область. Аналогичный «скачок» напряжения наблюдался, когда зонд (5) касался изделия (2). Этот скачок напряжения – U_aна длинеl_a (рис.1.2). Это – анодная область дуги. Между этими областями расположен столб дуги (l_с,U_c), в котором практически линейно изменилось напряжение вдоль оси OZ.

Исследования показали, что протяженность катодной и анодной областей дуги весьма мала: l_к = 1·10^-5 см; l_а  = 1·(10^-3…10^-4) см. Тогда длина столба дуги: l_с ≈ l_д (равна длине дуги), а

U_д = U_a + U_к + U_с ,

L_д = l_а + l_к + l_с .

Мощность, выделяемая в 3-х зонах дуги P_д = I_cв·U_а  + I_cв·U_к+ I_cв·U_с, полностью определяется величинами U_а,U_к,U_с, U_а = 2..5 В; U_к = 4..20 В. Для стальных электродов U_а = 4..5 В.

Заряженные частицы в дуге возникают вследствие эмиссии электронов с поверхности катода (термической и автоэлектронной) и ионизации газов, находящихся в дуговом промежутке (это положительные ионы).(процессы, протекающие в дуге, изучались в курсе «Теория сварочных процессов», поэтому подробно здесь не рассматриваются).

Для оценки свойств столба дуги введено понятие: градиент потенциала столба дуги – Е_с.

Поскольку зависимость Uc = f(l_c)линейная, то

.

Для сварочных дуг: Е_с = 1 – 5 В/мм.

Е_с зависит от состава дугового газа. Для большинства дуг со стальным электродом:

а) при плавлении на воздухе – Е_с ≈ 3 – 4 В/мм;

б) в СО₂ – Е_с ≈ 5 В/мм;

в) для сварки W в среде аргона – Е_с ≈ 1 В/мм.

г) при сварке в вакууме: Е_с ≈ 0,1 В/мм.

При изменении сварочного тока (его величины) величина Е_с (для данного способа сварки) мало изменяется. Вследствие этого при сварке соблюдается линейность на графике зависимости напряжения на дуге от её длины (рис. 1.3).

U_д = U_к + а + Е_с · l_д; (U_c = Е_с·l_д).

Температура максимальна у столба дуги составляет не менее 5000-6000 ^оС.

Рисунок 1.3 – Зависимость U_д = f(l_д)