Зажигание дуги и установление процесса сварки

Под начальным зажиганием понимают процесс возбуждения дуги в начале сварки. От него отличают повторное зажигание после случайных обрывов дуги, которое выполняется теми же способами, что и начальное, но происходит в более благоприятных условиях при уже разогретых электродах.

Для процесса дуговой сварки удобно различать бесконтактные и контактные способы зажигания дуги. К контактным способам относятся способы, основанные на замыкании электродов и перегорании электродной проволоки на участке вылета, размыкании предварительно замкнутых электродов под током и замыкании межэлектродного промежутка электропроводными материалами с последующим их удалением

К бесконтактным способам зажигания дуги относятся способы, основанные на электрическом пробое межэлектродного промежутка, а также возникновение дугового разряда из искрового или тлеющего. Возможны комбинированные способы зажигания дуги.

Признаком установления стабильного процесса при сварке длиной дугой является непрерывность горения дуги на заданном режиме, а при сварке короткой дугой (с частыми периодическими замыканиями дугового промежутка) - непрерывность тока и периодичность процесса.

Существующие бесконтактные способы зажигания дуги применяют преимущественно для сварки неплавящимся и покрытым электродом. Эти способы осуществляются при непрерывном сближении электродов путем ионизации и электрического пробоя межэлектродного промежутка: подачей на межэлектродный промежуток импульсов напряжения амплитудой 2000 - 5000 В с помощью генераторов импульсов; искровым разрядом, создаваемым источником высокочастотного высоковольтного напряжения - осциллятором; вспомогательной дугой, которая, как правило, зажигается осциллятором; ионизирующим излучением.

Способу зажигания дуги осциллятором присущи недостатки: радиопомехи по сети и эфиру; повышенные требования к надежности изоляции; повышенная опасность для обслуживающего персонала.

Наиболее перспективными и безопасным способом бесконтактного зажигания дуги является способ, разработанный в РГУПС, на основе использования низковольтного импульсного разряда с переходом в дуговой и одновременным программным управлением скорости нарастания тока при развитии дугового разряда до установившейся величины тока процесса сварки при напряжениях, не превышающих напряжение холостого хода сварочных источников питания.

Условия надежного зажигания дуги высоковольтным разрядом. При зажигании дуги высоковольтным разрядом параллельно основному источнику подключается дополнительный высоковольтный источник малой мощности. По соображениям безопасности он выполняется импульсным или высокочастотным (f = 200 кГц). Назначение высоковольтного источника - пробить, т.е. ионизировать межэлектродный промежуток, по которому затем пойдет ток от основного источника.

Механизм высоковольтного пробоя газового промежутка можно представить следующим образом. Высоковольтный источник 2 создает между электродами мощное электрическое поле напряженностью несколько тысяч вольт. В результате автоэлектронной эмиссии из катода эммитируют электроны, которые разгоняются полем и при столкновении с нейтральными частицами ионизируют их. Происходит пробой газового промежутка, между электродами образуется ионизированный плазменный мостик, по которому начинает протекать ток от основного источника рис.1.4. Если ток и напряжение основного источника 1 достаточны для осуществления самостоятельного дугового разряда - вспомогательный источник отключается.

Рис. 1.4. Пробой газового промежутка высоковольтным разрядом:

· - электрон; o - ион

Контактные способы зажигания дуги применяют, как при сварке электродами большого диаметра путем предварительного закорачивания электрода с последующим его отрывом от основного металла, так и при сварке электродами малого диаметра (2,5 мм и меньше) с непрерывной подачей электрода под напряжением к изделию до их соприкосновения.

Способ зажигания дуги разрывом цепи короткого замыкании. Этот способ применяется при сварке электродными проволоками (d_э ³ 3 мм) под флюсом и штучными электродами рис.1.5. Соприкосновение твердых тел при небольшом давлении происходит по небольшому количеству микровыступов (рис. 1.5,а кадр 1). При замыкании электрода на изделие сопротивление нагрузки составляет 0,01...0,1 Ом, поэтому ток короткого замыкания достигает сотен ампер. С начала короткого замыкания (точка 1 рис. 1.5,б) напряжение на межэлектродном промежутке резко снижается до 2...5 В, а ток быстро возрастает до пикового значения I_п, а затем помере разогрева вылета электрода несколько снижается до установившегося значения I_кз. При этом плотность тока в микровыступах настолько велика, что

Требования к процессу начального зажигания дуги. В связи с развитием автоматизации процессов дуговой сварки плавящимся электродом, расширением применения станков-автоматов и сварочных роботов, к зажиганию дуги и уста­новлению процесса сварки предъявляется ряд требований:

- должна обеспечиваться управляемость и стабильность зажигания дуги, так как нестабильный по времени процесс зажигания дуги, имеющий случайный характер, может приводить к снижению качества продукции и производительности, даже при надежной работе самих систем управления процессом сварки;

- время установления процессом сварки должно быть минимальным;

- должны выполняться условия ресурсо- и энергосбережения;

- должно обеспечиваться быстрое нарастание глубины проплавления и отсутствие дефектов в начале шва;

- необходимо исключить или уменьшить до минимума случаи «примерзания» электродной проволоки к токоподводящему наконечнику или изделию и уменьшить механические воздействия на сварочную горелку, возникающие от «утыканий» электрода в изделие при зажигании дуги.