что называют статической вольт амперной характеристикой дуги ответ

Статическая вольт амперная характеристика дуги. Внешняя характеристика источника питания.

Статическая характеристика дуги – это зависимость напряжения дуги от тока U_д = f(I_cв) при постоянной её длине (l_д = сonst).

Многочисленными исследованиями было установлено, что, хотя и есть отличия для различных дуг (несущественных), общим для всех дуг является то, что зависимость для дуги U_д = f(I_cв), – т.е. статическая характеристика дуги, – является нелинейной (рис. 1). Это отличает дугу от других потребителей энергии, например, резистора, который обладает линейной характеристикой (зависимость U = f(I)в соответствии с законом Ома линейна). Это связано с другим механизмом электропроводности в дуге, чем в металлах.

Лесков Г. И., например (см. рис.1.), показал, что характеристика U_д = f(I_cв) зависит от диаметра электрода. Однако, если перестроить этот график так, чтобы по оси абсцисс отложить значение плотности тока в электроде: j=I_св/(πd 2 /4),

(где d – диаметр электрода), тогда зависимостьU_д = f(j) для всех значений диаметра электрода одна и та же. По данным других исследователей для других дуг (сварка в СО₂, Ar и т.д.) имеет место аналогичная зависимость U_д = f(j) (см. рис. 2).

Вольт амперная статическая характеристика для всех дуг является U-образной. Такая форма характеристики дуги обусловлена, в основном, явлениями в столбе дуги и связана с размерами диаметра дуги (столба её), температуры и проводимости.

На участке I – падающая статическая характеристика дуги – по мере роста тока (точнее j). Темп роста числа носителей электричества в дуге опережает темп роста тока (интенсивнее возрастает). На участке II с ростом I_cв(j) пропорционально росту Iувеличивается проводимость дуги. На участке III – возрастающая статическая характеристика дуги – дуга ведёт себя как обычный резистивный элемент. Это связано с тем, что на участке III число носителей электричества не возрастает, т.е. образовались все возможные носители электричества и для увеличения тока (I) необходимо увеличивать энергию электрического поля между электродами, т.е. увеличивать напряжение дуги.

Статическую вольтамперную характеристику дуги снимают при установившемся горении дуги (длительном горении при заданных параметрах режима) при постоянной её длине. Строят характеристику по точкам, фиксируя значения I_cв, U_д (изменяя I_cв за счет регулировки источника питания). Вольтамперная характеристика дуги характеризует энергетические потребности дуги. На единицу тока в области I – уменьшается, в II – const, в III – растут.

Внешняя характеристика источника питания дуги (тоже вольтамперная) снимается при изменении активного или индуктивного сопротивления нагрузки, включаемой вместо дуги. При этом измеряют напряжение на клеммах источника питания и ток в сварочной цепи. Внешние характеристики источников питания дуги могут быть возрастающими, жесткими, пологопадающими, крутопадающими и вертикальными (рис.3). Внешние характеристики источников питания дуги отражают энергетические возможности источников. При жесткой внешней характеристике эти возможности ограничиваются только расчётными параметрами сварочной цепи. При падающей внешней характеристике эти возможности источника с ростом I сначала возрастают, а при дальнейшем росте I снижаются.

Источник

Статические характеристики дуги в инертной атмосфере

Общие замечания

Статической (вольтамперной) характеристикой дуги называется зависимость между током и напряжением дуги, снятая при медленных изменениях тока. Характеристика дуги, снятая при быстрых изменениях тока, называется динамической.

Обычно статические характеристики строят по данным, полученным при сварке на постоянном токе.

Динамическая характеристика дуги снимается по осциллограмме переменного тока и представляет собой зависимость между мгновенными значениями тока и напряжения дуги за один период.

Статическая характеристика дуги может быть положительной или отрицательной в зависимости от тока и условий, в которых протекает дуговой разряд.

К условиям, ведущим к положительной зависимости между U _д и 1l, относятся:

а) увеличение плотности тока на электроде-катоде (катодном пятне);

б) «мешающее» действие среды, окружающей дугу, ведущее к повышению плотности тока в столбе дуги;

в) увеличение эффективного напряжения дуги.

Таблица 6. Плотности тока на электроде при различных способах сварки:

Характеристики вольфрамовой дуги

На фиг. 17 представлено семейство вольтамперных характеристик вольфрамовой дуги в аргоне. Характерным является то, что при больших токах и малых дуговых промежутках напряжение на дуге меньше ионизационного потенциала. Минимальное напряжение дуги при этих условиях приближается к потенциалу возбуждения аргона, находящегося в состоянии, близком к метастабильному. Это указывает на то, что метастабильные состояния атомов аргона играют, вероятно, большую роль в дуге, горящей в инертной газовой атмосфере.

Кривые на фиг. 17 не зависят от направления изменения тока и поэтому могут быть получены без заметных различий как при увеличении, так и при уменьшении тока.

Переход сопровождается появлением голубой дуги и исчезновением яркокрасного катодного пламени. При уменьшении тока происходит прыжок с нижней кривой на верхнюю, но повышение напряжения обычно происходит при меньшем токе, и обратный переход совершается постепенно. Таким образом, в некоторых случаях возможно уменьшение напряжения на дуге с увеличением длины дуги при постоянном токе.

Падение напряжения в плазме высокоамперной дуги при атмосферном давлении всегда принимается независимым от длины дуги. Величина его снижается с увеличением тока.

Внешние характеристики вольфрамовой дуги (фиг. 20) показывают, что при данном типе дуги это не так. Здесь отдельные градиенты напряжения связаны с анодным и катодным падением одновременно. Градиент напряжения для дуговых промежутков 1,3-7,6 мм, равный в пределах изученных токов 0,7 в/мм, повидимому, связан с катодным пламенем, так как при этих дуговых промежутках не было замечено анодное пламя (см. стр. 20). При больших дуговых промежутках, когда появляется анодное пламя (см. фиг. 15), градиент напряжения уменьшается. Кривые фиг. 20 показывают, что при малых дуговых промежутках процессы на катоде играют главную роль в механизме дуги.

Главное различие между внешними характеристиками дуги в гелии и в аргоне то, что градиент напряжения в гелии для больших дуговых промежутков больше, чем для меньших дуговых промежутков. Обратное явление имеет место для дуги в аргоне.

При токах меньше 30 а в гелии обнаружен подъем напряжения на 15-25 в в пределах весьма узкого интервала дуговых промежутков 1,3-2,5 мм (пунктирные кривые на фиг. 20). При этом катод ное пламя находится в прямом контакте с электродом-анодом. Резкий рост напряжения сопровождается уменьшением размера пламени, изменением вида колебаний напряжения и резким свистящим звуком, исходящим от дуги. Это явление не наблюдается в дугах при токах более 35 а, а также в аргоне при любых применявшихся токах.

В смеси аргона и гелия внешние характеристки подобны кривым в чистых газах. Для смесей с содержанием гелия меньше 85% градиент напряжения анодного пламени приблизительно равен градиенту дуги в чистом аргоне. Для смеси с содержанием гелия около 95% или выше градиент напряжения анодного пламени близок к его значению в чистом гелии. В смесях с содержанием гелия между 85 и 95% из-за нестабильности дуги невозможно измерить градиент напряжений анодного пламени.

Определяемый наклоном кривых на прямолинейных участках градиент потенциала почти не изменяется в пределах тока от 40 до 120 а и равен приблизительно 9 в/см, С дальнейшим увеличением тока градиент потенциала немного возрастает, и при 170 а он достигает величины 10 в/см. Продолжение прямолинейных участков кривых U_д =f(lд) до пересечения с осью ординат отсекает от последней отрезок, приближенно равный сумме катодного и анодного падений. При токах от 40 до 170 а величина этих отрезков колеблется в пределах 8-10 в.

При обратной полярности характеристики также имеют U-образную форму, причем вогнутость кривых в, данном случае выражена несколько сильней. Самой характерной особенностью является значительное увеличение напряжения дуги по сравнению с дугой прямой полярности при том же токе и длине дуги. Таким образом, для прохождения одного и того же тока через дуговой промежуток одной и той же длины требуется значительное увеличение затраты энергии в том случае, когда вольфрамовый электрод становится анодом. Это увеличение энергии при короткой дуге может достигать 50-75% и, повидимому, связано с процессами у анода, так как эффект возрастания энергии при перемене полярности можно непосредственно наблюдать на плавлении вольфрамового электрода при сравнительно небольших токах.

Из рассмотрения графиков можно сделать вывод о том, что диаметр электрода, расход защитного газа и сварочный ток при горении дуги в аргоне мало отражаются на характере зависимости напряжения дуги от ее длины. Напротив, при горении дуги в атмосфере гелия напряжение дуги может быть изменено более чем на 3 в простым изменением расхода газа. Увеличение сварочного тока до 250 а снижает напряжение дуги. Влияние сварочного тока и расхода газа на напряжение дуги остается таким же и при горении дуги в среде гелия повышенной частоты (99,99 %). Не обнаружено заметной разницы в напряжении при горении дуги между малоуглеродистой сталью и вольфрамом или между нержавеющей сталью и вольфрамом.

На фиг. 23 показана зависимость напряжения от длины дуги между вольфрамом и алюминием в среде аргона при напряжении холостого хода источника переменного тока, равном 300 в. При длине дуги до 2,5 мм изменение напряжения дуги не превы

шает 0,5 в. При длине дуги меньше 0,5 мм расплавленный металл ванны имеет склонность к наплавлению на электрод.

На фиг. 24 показаны зависимости напряжения от длины дуги в среде гелия для постоянного и переменного тока. Напряжение холостого хода источника переменного тока равно 300 в. Обращает на себя внимание большая крутизна кривых; напряжение дуги в среде гелия примерно вдвое больше напряжения дуги в среде аргона при тех же длинах дуги. Это приводит к тому, что при горении дуги в среде гелия выделяемая тепловая мощность вдвое больше, чем при горении дуги в аргоне.

Для катодного падения

для положительного столба

для анодного падения

Были измерены электрические характеристики (фиг. 28 и 29) и с помощью калориметрирования выделение тепла дуги W Cu при торированном вольфраме в аргоне и токе 30-100 а (фиг. 30 и 31). Затем с помощью приведенных выше выражений подсчитаны анодное и катодное падение напряжения (фиг. 32). Во всех случаях катодное падение имеет падающую характеристику, в то время как для чистого вольфрама анодное падение почти постоянно и составляет около 3 в (см. фиг. 32). При торированном вольфраме анодное падение снижается от 3 в при токе. 30 а до 2 в при токе 100 а (см. фиг. 32), что вызвано изменением работы выхода анода вследствие загрязнения торием.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

11 Декабря 2021 17:36
Система охлаждения с магнитным креплением своими руками

Источник

Сварочная дуга. Характеристика сварочной дуги

Различают два режима работы этой системы: 1) статический, когда величины напряжения и тока в системе в течение достаточно длительного времени не изменяются; 2) переходной (динамический), когда величины напряжения и тока в системе непрерывно изменяются. Однако во всех случаях режим горения сварочной дуги определяется током (I_Д), напряжением (U_Д), величиной промежутка между электродами (так называемым дуговым промежутком) и связью между ними.

В дуговом промежутке I_Д (рис. 1, а) различают три области: анодную 1, катодную 2 и столб дуги 3. Падение напряжения в анодной и катодной областях постоянно для данных условий сварки. Падение напряжения в единице длины столба дуги — также величина постоянная. Поэтому зависимость напряжения дуги от ее длины имеет линейный характер (рис. 1, б).

Устойчивость сварочной дуги определяется соотношением между током и напряжением. Графическое изображение этой зависимости (рис. 2) при постоянной длине дуги называется статической вольт-амперной характеристикой дуги. На графике отчетливо видны три основных участка: увеличение тока на участке I сопровождается понижением напряжения на дуге; на участке II напряжение на дуге изменяется мало; на участке III напряжение возрастает. Режимы горения сварочной дуги, соответствующие первому участку, неустойчивы при напряжениях существующих источников питания. Практически сварочная дуга будет устойчивой на втором и третьем участках вольт-амперной характеристики. С увеличением или уменьшением длины дуги характеристики сместятся соответственно в положение 2 и 3 (см. рис. 2). Для электродов меньшего диаметра характеристики смещаются влево, большего диаметра — вправо.

Рис. 1. Сварочная дуга, горящая между неплавящимися электродами:а — схема дуги, б — зависимость напряжения дуги (Уд) от величины дугового промежутка (/д): 1 — анодная область, 2 — катодная область, 3 — столб дуги

Рис.2 Вольт-амперная характеристика дуги (ВАХ)

Показанная на рис. 2 вольт-амперная характеристика дуги снята при постоянной длине сварочной дуги. При сварке плавящимся электродом непрерывно меняется длина дугового промежутка. В этих случаях следует пользоваться характеристиками, определяющими зависимость между напряжением и током дуги при постоянной скорости подачи электродной проволоки (рис. 3, кривые 1 и 2). Каждой скорости подачи соответствует определенный диапазон токов, при котором устойчиво горит сварочная дуга и плавится электрод. В этом случае при малых изменениях тока напряжение изменяется в больших пределах. Эту зависимость принято называть характеристикой устойчивой работы. Она так же, как и вольт-амперная характеристика, зависит от длины вылета электрода и скорости подачи.

Эти закономерности справедливы для постоянного и переменного тока, так как род тока не влияет на форму вольт-амперных характеристик электрической дуги. На форму характеристики влияют геометрия и материал электродов, условия охлаждения столба дуги и характер среды, в которой происходит разряд.

Устойчивость сварочной дуги и режима сварки зависят от условий существования дугового разряда и свойств, параметров источников питания и электрической цепи. Внешней характеристикой источника питания (кривая 3 на рис. 3) называется зависимость напряжения на его зажимах от тока нагрузки. Различаются следующие внешние характеристики источников питания (рис. 4): падающая 1, полого-падающая 6, жесткая 5, возрастающая 3 и вертикальная 2. Источник питания с той или иной внешней характеристикой выбирается в зависимости от способа сварки. Регулировочное устройство каждого источника дает ряд внешних характеристик («семейство характеристик»). Установившийся режим работы системы: «сварочная дуга — источник питания» определяется точкой пересечения А внешней характеристики источника питания (1, 2, 3, 5 или 6) и вольт-амперной характеристики 7 сварочной дуги.

Рис.3 Вольт-амперная характеристика сварочной дуги (ВАХ) 1,2 при постоянной скорости подачи проволоки (характеристика устойчивой работы) и внешние характеристики источников питания 3, 4 и 5

Рис.4 Внешние характеристики источников питания 1, 2, 3, 5, 6 и вольт-амперные характеристики сварочной дуги 4, 7

Процесс сварки будет устойчив, если в течение длительного времени дуговой разряд существует непрерывно при заданных значениях напряжения и тока. Как видно из рис. 4, в точках А и В пересечения внешних характеристик дуги 7 и источника питания будет иметь место равновесие по току и напряжению. Если по какой-либо причине ток в сварочной дуге, соответствующий точке А, уменьшится, напряжение ее окажется меньше установившейся величины напряжения источника питания; это приведет к увеличению тока, т. е. к возврату в точку А. Наоборот, при случайном увеличении тока установившиеся напряжения источника питания оказываются меньше напряжения дуги; это приведет к уменьшению тока и, следовательно, к восстановлению режима горения сварочной дуги. Из аналогичных рассуждений ясно, что в точке Б сварочная дуга горит неустойчиво. Всякие случайные изменения тока развиваются до тех пор, пока он не достигнет величины, соответствующей точке устойчивого равновесия А или до обрыва дуги. При пологопадающей внешней характеристике (кривая 6) устойчивое горение дуги будет также происходить в точке А.

При работе на падающем участке вольт-амперной характеристики дуги внешняя характеристика источника в рабочей точке должна быть более крутопадающей, чем статическая характеристика сварочной дуги. При возрастающих характеристиках дуги внешние характеристики источника могут быть жесткими 5 или даже возрастающими 3.

При ручной сварке, когда возможны изменения длины дуги, она должна обладать достаточным запасом устойчивости.

При прочих равных условиях запас устойчивости возрастает с ростом крутизны внешней характеристики источника питания. Поэтому для ручной сварки применяют источники с крутопадающими характеристиками: сварщик может удлинить дугу, не опасаясь, что она оборвется, или укоротить ее, не боясь чрезмерного увеличения тока.

Саморегулирование сварочной дуги. При автоматической или полуавтоматической сварке плавящимся электродом скорость подачи его (va) равна скорости плавления. При случайном уменьшении дугового промежутка (кривая 4 на рис. 4) ток увеличивается и проволока начнет плавиться быстрее. В итоге дуговой промежуток постепенно увеличится и сварочная дуга достигнет первоначальной длины. То же произойдет при случайном удлинении дуги. Это явление называется саморегулированием сварочной дуги, так как восстановление исходного режима происходит без воздействия какого-либо регулятора. Саморегулирование происходит тем активнее, чем положе внешняя характеристика источника питания и больше скорость подачи электрода. Поэтому для механизированной сварки плавящимся электродом следует выбирать источники питания с пологопадающими внешними характеристиками. При сварке на постоянном токе в защитных газах, когда статическая характеристика сварочной дуги приобретает возрастающую форму, для систем саморегулирования рационально применять источники с жесткой характеристикой. Однако их напряжение холостого хода невелико и может быть даже меньше рабочего напряжения дуги, что затрудняет ее первоначальное возбуждение. В этих случаях желательно применение источников питания, у которых внешняя характеристика в рабочей части жесткая или пологовозрастающая вольт-амперная характеристика, а напряжение холостого хода несколько повышенное, как это показано пунктиром на рис. 4.

Сварочная дуга переменного тока требует от источников питания надежного повторного возбуждения сварочной дуги. Это достигается правильным выбором соотношений между напряжениями холостого хода, зажигания и горения дуги и параметрами сварочной цепи. Наиболее простой способ получения устойчивой сварочной дуги — включение в сварочную цепь реактивного сопротивления. Благодаря этому, в момент повторного возбуждения дуги напряжение на дуге может резко увеличиться (рис. 5) до значения напряжения зажигания (U3). Пунктирная кривая t/xx изображает напряжение источника питания при холостом ходе. При нагрузке, в связи с наличием реактивного сопротивления, сварочный ток отстает по времени от напряжения.

При обрыве дуги напряжение на дуговом промежутке должно подняться до величины, соответствующей мгновенному значению напряжения холостого хода источника питания. Благодаря отставанию тока от напряжения, такое напряжение оказывается достаточным для повторного возбуждения сварочной дуги (Un).

Перенос металла в сварочной дуге и требования к динамическим свойствам источников питания. Различают следующие виды переноса металла электрода в сварочную ванну: крупнокапельный, характерный для малых плотностей тока; мелкокапельный, струйный, когда металл стекает с электрода очень мелкими каплями. Капли расплавленного металла периодически замыкают дуговой промежуток, либо если не происходят короткие замыкания, периодически изменяют длину дуги. При большой плотности тока в электроде наблюдается мелкокапельный перенос металла, без заметных колебаний длины и напряжения сварочной дуги.

Напряжение, ток и длина дуги претерпевают периодические изменения от холостого хода к короткому замыканию; в рабочем режиме происходит горение дуги, образование и рост капли. В дальнейшем при коротком замыкании между каплей и ванной ток резко увеличивается. Это приводит к сжатию капли и к разрушению мостика между каплей и электродом. Напряжение почти мгновенно возрастает и сварочная дуга снова возбуждается, т. е. процесс периодически повторяется. Смена режимов происходит в течение долей секунды. Поэтому источник питания должен обладать высокими динамическими свойствами, т. е. большой скоростью повышения напряжения при разрыве цепи и нужной скоростью нарастания тока.

Рис. 5 Осциллограмма тока и напряжения дуги при сварке переменным током.

При малой скорости нарастания тока в ванну поступает нерасплавленная проволока. Она сравнительно медленно разогревается па большом участке, которым затем разрушается. Если ток возрастает слишком быстро, мостик между ванной и каплей электродного металла быстро перегревается и разрушается со взрывом. Часть расплавленного металла разбрызгивается и не попадает в шов.

Чтобы избежать разбрызгивания, необходимо повысить электромагнитную инерцию источника питания путем увеличения индуктивности сварочной цепи.

Источник

• ← что называют статическим моментом площади
• что называют статической вольт амперной характеристикой сварочной дуги →