Зажигание дугового разряда

Применяется контактное и бесконтактное.

Контактное зажигание

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

Контактирующие микронеровности за t=10^-5-10^-6 c расплавляются и испаряются, далее действием силы тяжести замыкаются другие и так далее.

При температуре кипения большинства свариваемых материалов (для Fe 2700°С) степень ионизации атомов веществ, находящихся в межэлектродном промежутке очень мала, уровень ионизации тысячные – сотые доли процента, поэтому прохождение больших токов невозможно.

Для того, чтобы процесс перешел в дуговой разряд необходимо обеспечить автоэлектронную эмиссию и ударную ионизацию. Автоэлектронная эмиссия возникает при разрыве контактов при напряженности электрического поля порядка 10¹¹ В/мм от напряжения холостого хода ИП.

Ударная ионизация осуществляется электронами, разгоняемыми электрическим полем также от напряжения холостого хода ИП. Если на дистанции свободного пробега электрона (для атмосферного давления для порядка 10^-4-10^-3мм) он набирает энергию достаточную для выбивания из атома еще одного электрона, то происходит увеличение проводимости. Процесс нарастает лавинообразно до некоторого установленного значения тока определяемого настройкой ИП и сопротивлением цепи.

Практика показывает, что для дуговой сварки этот процесс должен происходить за несколько десятых долей секунды.

При контактном зажигании на первой стадии процесса используется термическая ионизация, скорость которой определяется током короткого замыкания, а на второй стадии ударная ионизация - скорость которой определяется напряжением холостого хода ИП, поэтому целесообразно их увеличивать до максимально возможных значений.

Ускорить процесс зажигания можно и улучшая его динамические свойства.

Напряжением холостого хода ИП ограниченно условиями электробезопасности. Для ручной дуговой сварки максимально: ~ U₂₀≤ 80B

—U≤ 100B

Облегчить зажигание можно, если в дуговой промежуток вводить материалы с наименьшим потенциалом ионизации, а именно щелочные металлы (Na, K) в виде соединений. Затраты энергии на ионизацию получаются в несколько раз меньше, чем на железе.

Бесконтактное зажигание

Применяется как правило, при сварке W электродами (неплавящимися) и плазменных в процессах .

Для варианта быстрого нарастания тока искровой разряд переходящий через промежуточную стадию в дуговой разряд.

Если время зажигания составляет десятые доли секунды. Для пробоя зазора требуется напряжение минимум несколько тысяч В (порядка 1-2 кВ на мм). В этом случае ионизация происходит за счет ударного механизма, так как начинается при комнатной температуре, а не при температуре кипения материала, как в предыдущем случае, энергия разгона электронов должна быть на 2 порядка выше. Т.к. выбивание электронов процесс квантовый, т.е. имеется пороговый уровень возбуждения и выхода электронов, соответственно имеется и пороговое напряжение при котором возможно развитие этого процесса.

Для обеспечения электробезопасности высокого напряжения его подают в виде высокочастотных импульсов, частота как правило не менее сотни кГц.

Защита от поражения высоковольтным напряжением обеспечивается прохождением высокочастотного разряда по поверхности кожи человека не затрагивая нервные окончания. Устройство обеспечивает высокочастотное напряжение – осциллятор.

Схема осциллятора:

Т1 - повышающий трансформатор,

Т2 - высокочастотный трансформатор,

L_ф С_ф - фильтр для защиты сварочного источника питания от высокого напряжения трансформатора,

L1 СЗ Р - колебательный контур,

С1 С2 - фильтр для запиты питающей сети от высокочастотных помех, создаваемых осциллятором,

Г - аргоно-дуговая горелка