Критерии устойчивости дуги переменного тока
В качестве непосредственного критерия устойчивости можно принять частоту обрывов дуги. Поскольку устойчивость дуги переменного тока определяется надежностью повторного зажигания, то в качестве косвенных критериев обычно принимают напряжение U3, ток I3 и время t3 повторного зажигания. При испытании трансформатора для их определения записывают начальный участок осциллограмм тока и напряжения (рис. 3.7). Типичные характеристики повторного зажигания при сварке покрытыми стальными электродами следующие. Напряжение повторного зажигания U3 = 15-90 В, максимальный преддуговой ток I3 = 2-30 А, время зажигания t3 составляет от 0,1 до 3 мс. Устойчивость повышается с увеличением преддугового тока 13 и снижением напряжения U3 и времени t3.
Рис. 3.7. Начальные участки осциллограмм напряжения и тока дуги (электрод ОЗС-4, 3 мм, 100 А, трансформатор ТДМ-401)
Время повторного зажигания t3, чаще других принимаемое в качестве косвенного критерия устойчивости, зависит от параметров дуги и источника. Для цепи с резистором (рис. 3.3,б) время t3 определяется из (3.2). Для цепи с катушкой индуктивности (рис. 3.4,б) необходимо в этом уравнении учесть еще и угол φ сдвига фаз между напряжением и2 и током i2:
Угол φ зависит от величины сопротивления дуги Rд, а также индуктивного Xl = ωL и активного R сопротивления в цепи дуги:
Приемы повышения устойчивости проанализируем с помощью уравнения (3.22). Чем меньше время зажигания, тем меньше охлаждение межэлектродного промежутка и тем вероятней повторное зажигание. Как уже отмечалось, в переходном периоде идут два встречных процесса — охлаждение и нагрев межэлектродного промежутка. Уменьшить t3, т. е. повысить устойчивость, можно либо технологическими приемами — замедляя охлаждение и деионизацию межэлектродного промежутка, либо электротехническими приемами — ускоряя нагрев благодаря увеличению скорости нарастания напряжения и тока дуги.
Все технологические приемы так или иначе направлены на снижение напряжения зажигания U3. С этой целью для замедления охлаждения межэлектродного промежутка увеличивают температуру и массу нагретых электродов, увеличивают ток, снижают теплопроводность электродов, ограничивают теплоотвод газовыми потоками. Для увеличения эмиссионной способности электродов рекомендуется использовать неплавящиеся электроды с высокой температурой нагрева (вольфрамовые и угольные). Для увеличения ионизации остаточной плазмы вводят легко ионизируемые вещества, содержащие К, Na, Ca, в состав покрытий и флюсов. Снижается напряжение зажигания и при уменьшении длины дуги.
Из электротехнических приемов простейшим является увеличение напряжения трансформатора U2m (или его напряжения холостого хода Uх), хотя он связан с ухудшением безопасности труда. Устойчивость повышается и при увеличении частоты f переменного тока. Однако заметный эффект достигается лишь при увеличении частоты выше 300-500 Гц. Поскольку увеличение частоты связано с существенным усложнением конструкции источника, такой прием на практике применяется редко. Таким образом, самым эффективным приемом является включение в цепь дуги катушки индуктивности (см. раздел 3.1.4). Устойчивость дуги повышается при увеличении индуктивности L и снижении величины активного сопротивления R в цепи дуги, приводящих к увеличению угла сдвига φ фазы сварочного тока относительно напряжения трансформатора. Полезно также последовательное включение конденсатора (см. раздел 3.1.5) или параллельное включение импульсного стабилизатора (см. раздел 3.1.6).
Скорость нарастания проводимости межэлектродного промежутка в преддуговом периоде
– это комплексный критерий устойчивости, учитывающий как значения времени t3,так и напряжения U3 и тока 13 повторного зажигания, которые можно получить в эксперименте по начальным участкам осциллограмм (рис. 3.7). Единица измерения этого критерия – сименс в секунду (См/с = 1/(Ом·с)). Критерий обладает ясным физическим смыслом – понятно, что при высокой скорости восстановления проводимости В3 выше и вероятность повторного зажигания. Так, у электродов с фтористо-кальциевым покрытием, известных низкой устойчивостью горения дуги, В3 = 40-3000 См/с, а у электродов с рутиловым покрытием, предназначенных для сварки на переменном токе, В3 = 700-8000 См/с. Обнаружено также, что при сварке покрытыми электродами скорость В3 в полупериоде прямой полярности в 4-5 раз выше, чем при обратной полярности. Поэтому и обрыв дуги переменного тока, как правило, происходит в начале полупериода обратной полярности. По этой же причине сварка вольфрамовым электродом алюминия, как правило, невозможна без импульсной стабилизации в полупериоде обратной полярности (раздел 6.1.1).
Скорость нарастания тока (di2/dt)3 в интервале повторного зажигания также принимают в качестве критерия устойчивости. Ее можно вычислить по осциллограммам (рис. 3.7):
(di2/dt)3 = I3/t3.
Но более эффективно ее экспериментальное определение по осциллографической записи фазовой характеристики di2/dt = f(i2), которая получается, если подать на горизонтальный вход осциллографа сигнал тока i2 с шунта в сварочной цепи, а на вертикальный вход — сигнал di2 /dt cдифференцирующей RС-цепочки, подключенной к этому же шунту (рис. 3.8). Видно, что непосредственно перед переходом тока через нуль наблюдается пик скорости, соответствующий резкому спаду тока при угасании di2/dt)У, а после перехода — провал до значения, соответствующего скорости нарастания тока (di2/dt)3 в интервале повторного зажигания. Такой характер изменения тока при переходе через нуль отмечался ранее на осциллограммах (рис. 3.1 и 3.4). Типичные значения скоростей 15-150 кА/с. Чем выше скорость (di2/dt)3, тем надежней повторное зажигание и выше устойчивость процесса сварки. Разработан ряд специфических приемов, направленных на увеличение этой скорости. С этой целью снижают вихревые токи в магнитопроводе и кожухе трансформатора, не допускают насыщения железа магнитопровода. Иногда в цепь дуги включают дроссель насыщения, увеличивающий эту скорость в 2-4 раза и ограничивающий амплитуду тока, так что кривая сварочного тока вместо синусоидальной приобретает форму трапецеидальных импульсов. Но самым эффективным приемом увеличения скорости является использование импульсного стабилизатора, подающего на дугу кратковременные импульсы тока после его перехода через нуль.
Для сравнения трансформаторов различной мощности удобно характеризовать их не абсолютной, а относительной скоростью
(di2/dt)3/(di2/dt)У,
которую желательно приближать к 1. У большинства сварочных трансформаторов эта величина находится в интервале 0,3-0,8. Используется также комплексный критерий для оценки трансформаторов
который учитывает полезное влияние на устойчивость как увеличения напряжения холостого хода Ux, так и увеличения скорости (di2/dt)3. У трансформаторов промышленного назначения Fз = 20 – 60 В, у бытовых трансформаторов – 17 – 35 В.
Рис. 3.8. Фазовая характеристика di2/dt = f(i2) (электрод ОЗС-4, 5 мм, 200 А, трансформатор ТДМ-401)
Дата добавления: 2015-08-08; просмотров: 680;