1.2. Види джерел живлення зварювальноi дуги, їх призначення I

класифiкацiя

Устаткування для дугового зварювання плавленням складається iз таких основних видiв обладнання:

- механiчного зварювального устаткування (обертачi, манiпулятори, кантувачi, роликовi стенди i т.п.);

- технологiчного обладнання; - джерел живлення;

- систем керування.

Основним, а деколи й єдиним видом зварювального устаткування є джерело живлення, яке в залежностi вiд виду електричної енергiї i способу її перетворювання може бути віднесене до одного з таких типів:

- трансформатор - джерело змiнного струму, яке перетворює напругу мережi у знижену змiнну напругу, що необхiдна для зварювання;

- генератор - джерело постiйного струму, що перетворює механiчну енергiю обертання якоря в енергiю постiйного струму, яку використовують для зварювання; - перетворювач - джерело постійного струму, що складається з генератора в комбiнацiї з електродвигуном змiнного струму i яке перетворює енергiю напруги мережi живлення в енергiю постiйного струму, необхiдну для зварювання; - агрегат - джерело постійного струму, що складається з генератора i двигуна внутрiшнього згоряння, який перетворює енергiю спалювання хiмiчного палива в енергiю постiйного струму, яку застосовують для зварювання; - випрямляч - джерело постійного струму, що перетворює енергiю напруги мережi у випрямлений постiйний струм для зварювання.

5

Усi джерела живлення класифiкують за галузями застосування як загальнопромисловi (група О) та спецiалiзованi (група С).

До групи О входять джерела для ручного дугового зварювання, а також механiзованого зварювання пiд флюсом та вуглекислому газі, що мають досить просту конструкцiю i електричну схему. До спецiалiзованих відносять джерела для зварювання кольорових i легких металiв та їхніх сплавiв, тонколистових конструкцiй вiдповiдальних виробiв iмпульсними i стисненими дугами, що задовольняють не тiльки вимогам технологiї, але i високого рiвня автоматизацiї зварювального процесу. Це досягається за рахунок застосування зворотних зв’язкiв за струмом i напругою, застосуванням складних електричних схем керування, додаткових спецiальних пристроїв i т.д. Бiльшість джерел розраховані на живлення одного зварювального посту. Усi вони називаються однопостовими на вiдмiну вiд багатопостових, які призначені для одночасного живлення декiлькох постiв.

1.3. Електрична характеристика зварювальної дуги

Дуговий промiжок складається з трьох зон: анодної, катодної i стовпа дуги (рис.1.1 а). В кожнiй з них протiкають процеси, пов’язанi з проходженням струму через iонiзований газ. Електропровiднiсть мiжелектродного промiжку створюється за рахунок електрично заряджених частинок - електронiв та iонiв. Пiд дiєю напруги джерела електрони перемiщуються до аноду, а iони до катоду.

Стовп дуги є часткою дугового розряду.

Зарядженi частинки надходять у стовп з катодної i анодної зон, а також виникають у ньому за рахунок термiчної iонiзацiї, тобто іонiзацiї внаслiдок зiткнення частинок. Стовп дуги квазiнейтральний, оскільки сумарний заряд позитивних i негативних частинок у ньому однаковий. Температура газу в стовпi дуги сягає 6000-8000°С. Довжина його l_СТ складає приблизно 0,1...4 см, падiння напруги 40В, вiдповiдно градiєнт потенцiалу в стовпi E_ст = U_СТ / l_СТ = 10...50 В/см.

Катодна зона. Катод емiтує в стовп дуги електрони, якi пiдтримують iонiзацiю газу в розрядному промiжку. Емiсiя електронiв на катодi може відбуватись внаслідок нагрiву його поверхнi (термоелектронна емiсiя) i створення бiля його поверхнi електричного поля високої напруженостi (електростатична емiсiя). Окрiм того, електрони та iони утворюються в самiй катоднiй зонi завдяки термiчнiй iонiзацiї нейтрального газу. Довжина катодної зони l_К складає 10^-4...10^-5 см. Оскільки катодне падiння напруги U_К реалiзується на дуже малiй довжинi i складає 10...25 В, то бiля

6

поверхнi катоду утворюється великий градiєнт потенцiалу E_К=U_К/l_Кª2...10⁶ В/см. Наслiдком виникнення такого градiєнту є висока концентрацiя позитивних iонiв бiля поверхнi катоду, якi надходять із стовпа дуги, внаслiдок чого створюється об’ємний позитивний заряд.

Рис.1.1. Каналова модель зварювальної дуги (а) і графік розподілу

потенціалів по довжині дуги (б)

Анодна зона. Основними зарядженими частинками областi є електрони, якi переносять струм вiд стовпа дуги до аноду, при цьому бiля його поверхнi утворюється негативний об’ємний заряд. У процесi електронного бомбардування анод отримує значну кiлькiсть енергiї й iнтенсивно розiгрiвається. У порiвняннi з катодною, анодна зона має бiльшу довжину l_А=10^-3...10^-4 см i менший градiєнт напруги E_А. При анодному падiннi напруги U_А=2...5 В, E_А=U_А/l_Аª10⁴ В/см.

Оскільки довжина стовпа значно бiльша за протяжність приелектродних областей, то l_Д дуги приймають приблизно рiвною довжинi стовпа.

lД^=lК^+lА^+lСТ^ªlСТ7