Особенности горения электрической дуги переменного тока

Зависимость напряжения на электродах от времени при использовании источников переменного тока имеет синусоидальный вид в случае если дуга не горит ( рис.5, кривая 1)

U = Um Sint (1. 6)

где U - текущее значение напряжения на клеммах источника тока; Um- максимальное напряжение на клеммах источника тока;  - круговая частота (= 2f); t - текущее время. В случае горения сварочной дуги временная зависимость напряжения на электродах определяется кривой 2 (рис.5, кривая 2).

В интервале времени t дуга не горит; нет переноса заряженных частиц через промежуток между электродами, хотя концентрация их не равна нулю. Отсутствие заряда через дуговой промежуток объясняется тем, что хаотическое движение частиц, вызванное

тепловым полем, подавляет их упорядоченное движение, обусловленное действием на них электрического поля.

Для большей устойчивости горения сварочной дуги переменного тока напряжение зажигания дуги должно быть порядка U= (1.5…2.5)Ud.

Рис.1.5. Временная зависимость напряжения на клеммах источника тока: 1- дуга не горит; 2 электрическая дуга горит

Для обеспечения этого требования напряжение холостого хода должно отвечать требованию

(1.7)

В указанный интервал времени t скорость рекомбинационных процессов преобладает над скоростью ионизационных процессов; в результате концентрация заряженных частиц уменьшается на величину С.

Если принять, что при использовании источников постоянного тока средняя концентрация заряженных частиц в дуговом промежутке равна С, то при использовании источников переменного тока концент-

рация заряженных частиц равна С - С, т.е. уменьшается, соответст-

венно уменьшается стабильность горения сварочной дуги.

Способы стабилизации горения сварочной дуги переменного тока

Основными способами стабилизации сварочной дуги переменного тока являются:

● введение в покрытие электродов легкоионизирующих компонентов^;

● использование дополнительных или высокочастотных источников тока;

● определенное сочетание внешней вольтамперной характеристики источника тока со статической вольтамперной характеристикой сварочной дуги.

Статической вольтамперной характеристикой называется зависимость напряжения сварочной дуги от тока нагрузки в установившемся режиме при постоянной длине дуги. Так, для ручной дуговой сварки статическая вольтамперная характеристика сварочной дуги – жесткая, внешняя вольтамперная характеристика источника тока – крутопадающая. При автоматической сварке под слоем флюса статическая вольтамперная характеристика сварочной дуги – жесткая, а внешняя вольтамперная характеристика источника тока – пологопадающая.

Для повышения стабильного горения сварочной дуги переменного тока в покрытие электродов вводят компоненты с малым потенциалом ионизации (легкоионизирующиеся компоненты), что приводит к увеличению концентрации заряженных частиц в межэлектродном промежутке на величину С1, соответственно уменьшается интервал времени, в течение которого сварочная дуга не горит, соответственно уменьшается величина С, что в конечном итоге приводит к увеличению средней текущей концентрации заряженных частиц в дуговом промежутке, увеличивается величина lкр и соответственно повышается стабильность горения сварочной дуги.

Влияние легкоионизирующихся компонентов на напряжение зажи-

гания электрической дуги и на величину интервала времени, когда сварочная дуга не горит, показано на рис.1.6.

Следует отметить, что на стабильность горения сварочной дуги помимо потенциала ионизации влияет масса заряженных частиц.

Исследования, проведенные одним из автором данного пособия в МАДИ, показали необходимость одновременного учета потенциала ионизации химических элементов и их массы на стабильность горения.

Рис.1.6. Влияние легкоионизирующихся компонентов на напряжение зажигание электрической дуги Uз.д. и величину t:1– Uз.д., t¹- электрод без легкоионизирующегося компонента;2 – Uз.д., t² - электрод с легкоионизирующимся компонентом

По этой причине в данной лабораторной работе был введен комплексный параметр – приведенный потенциал ионизации, который однозначно характеризует стабильность горения сварочной дуги. Приведенный потенциал ионизации определяется по формуле

, (1.8)

где Mi – масса I – го элемента; Mн - масса протона;  - потенциал ионизации.