Лекція № 12

Навчальне питання:

1. Зварювальна дуга та зварювальне устаткування. Зварювальна дуга та її властивості

2. Джерела живлення зварювальної дуги. Вимоги до джерел живлення. Класифікація джерел живлення. Вольт-ампеpнi характеристики джерел живлення. Будова та робота основних джеpел живлення дуги змінного та постійного струму

Навчальне питання 1.Зварювальна дуга і її властивості

Фізична сутність дуги. Зварювальна дуга являє собою потужний електричний розряд у газах, який супроводиться виділенням значної кількості тепла і світла. З фізичного погляду це складний іонний і електронний процес перенесення електрич­них зарядів крізь іонізований повітряний проміжок. Для виник­нення дугового розряду електрод і зварюваний виріб підмикають до джерела зварювального струму, а потім, щоб розігріти катод, між ним і анодом роблять короткочасне коротке замикання. Після відведення електрода від виробу з розігрітого катода під дією електричного поля починається електронна емісія, яка й зумовлює іонізацію повітряного проміжку.

Усі негативно заряджені частинки спрямовуються до анода, а позитивно заряджені — до катода. На поверхнях катода і анода відбуваються процеси нейтралізації цих частинок і перет­ворення електричної енергії в теплову.

Рис. 95. Статична вольт-амперна характеристика і будова зварювальної дуги.

Електричні властивості дуги. До основних параметрів, які характеризують електричні властивості дуги, належать напруга, струм і довжина дуги. Залежність між напругою і струмом при стаціонарному стані дуги визначається статичною вольт-ампер- ною характеристикою її (рис. 95, а). Як бачимо, для струмів, менших за 40 а, вона є спадною (ділянка /), для струмів 40— 360 а — жорсткою (ділянка II), а для струмів, більших за 360 а,— зростаючою (ділянка III). Найчастіше застосовують дугу з жорсткою характеристикою, при якій напруга на дузі не зале­жить від сили зварювального струму.

Будова і теплові властивості дуги.

Зварювальна дуга (рис. 95, б) складається з трьох частин: катодної, анодної і стовпа дуги. Майже весь простір займає стовп дуги І, в якому відбуваються процеси іонізації і переміщення заряджених час­тинок до катода і анода. Температура стовпа дуги в осьовій частині досягає 6000° С. Стовп дуги оточений ореолом 2, який являє собою розжарену газоподібну суміш парів електродного і зварювального металів і продуктів реакції цих парів з навко­лишнім газовим середовищем. На поверхнях електродів є елек­тродні плями, які дуже яскраво світяться. У зонах цих плям утворюються і нейтралізуються електрично заряджені частинки.

Не все тепло дуги витрачається на плавлення присадного і основного металів: приблизно 50% іде на нагрівання виробу, близько 30%—на нагрівання електрода і приблизно 20% ста­новлять втрати тепла в навколишній простір. При живленні дуги постійним струмом більша кількість тепла, приблизно 42— 43%, виділяється на аноді, близько ЗО—38% —на катоді і при­близно 20—21% —у стовпі дуги. Тому температура анода трохи вища за температуру катода.

Навчальне питання 2. Джерела живлення зварювальної дуги. Вимоги до джерел живлення. Класифікація джерел живлення. Вольт-ампеpнi характеристики джерел живлення. Будова та робота основних джеpел живлення дуги змінного та постійного струму.

Рис.96 Характеристики джерел струму

Джерела струму для дугового зварювання

Загальні відомості. Для дугового зварювання застосовують постійний і змінний струм. Як джерела постійного струму вико­ристовують зварювальні генератори і випрямлячі, як джерела змінного струму — зварювальні трансформатори. Джерела по­стійного струму для дугового зварювання виготовляють однопо- стовими і багатопостовими, з приводом від електродвигуна і від двигуна внутрішнього згоряння. Зварювальні трансформатори виготовляють лише однопостовими. їх застосовують значно шир­ше, ніж джерела постійного струму, оскільки вони довговічніші, простіші за будовою і в експлуатації, мають менші розміри, вагу і вищий ккд.

Основні вимоги щодо джерел зварювального струму визна­чаються електричними властивостями дуги в умовах її запа­лювання і горіння. У момент запалювання, коли електрод, зва­рювані вироби і повітряний проміжок між ними ще не досить нагріті, для іонізації повітряного проміжку потрібна більша кінетична енергія електронів, а отже, й вища напруга, ніж під час горіння дуги. Напруга, яка потрібна для запалювання дуги (напруга холостого ходу), повинна бути не нижчою за 30—35 в для джерел постійного струму і 50—55 в для джерел змінного струму. З міркувань безпеки вона не повинна перевищувати 80 в. У джерел постійного і змінного струму вона найчастіше перебуває в межах 60—80 в. Для стійкого горіння відкритої дуги, яка горить між металевим електродом і виробом, достат­ньою є напруга 18—ЗО в. Величина зварювального струму стано­вить приблизно від ЗО—50 до 600 а при ручному і від 100 до 3000—4000 а при автоматичному зварюванні.

Під час коротких замикань електрода з виробом, які відбу­ваються в момент запалювання дуги і перенесення електродних крапель через дуговий промі­жок (до ЗО—40 замикань/ сек), при зварюванні плавким електродом опір зварюваль­ного кола спадає майже до нуля.

Треба, щоб джерело струму мало так звану спадну зовнішню характеристику джерел струму (рис. 96, с, крива 1). Спадна зовнішня характеристика забезпечує також стійкий режим зва­рювання.

Режим стійкого горіння зварювальної дуги визначається точ­кою С перетину спадної зовнішньої характеристики джерела струму (крива /) з жорсткою вольт-амперною характеристикою дуги (крива 2). Із збільшенням сили струму навантаження від /_зв напруга джерела струму знизиться (крива 1), внаслідок чого сила струму джерела зменшиться до попереднього значення. Із зменшенням струму навантаження відбудеться зворотне явище. Отже, для живлення дуги з жорсткою характеристикою треба, щоб джерела струму мали спадну (круту 3 або пологу 4) зовнішню характеристику (рис. 96, б). Для живлення дуги із зростаючою характеристикою більш придатні джерела стру­му з жорсткою 5 або зростаючою 6 зовнішньою характери­стикою.