Дуга на переменном токе

ОСОБЕННОСТИ ДУГИ НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ

При сварке на постоянном токе в установившемся режиме все про­цессы в дуге протекают с определенной скоростью и горение дуги отли­чается высокой стабильностью.

При питании дуги переменным током полярность электрода и из­делия, а также условия существования дугового разряда периодически изменяются. Так, дуга переменного тока промышленной частоты 50 Гц погасает и вновь возбуждается 100 раз в секунду, или дважды за каж­дый период. Поэтому особо возникает вопрос об устойчивости горения дуги переменного тока. В первую очередь, устойчивость горения такой дуги зависит от того, насколько легко происходит повторное возбужде­ние дуги в каждом полупериоде. Это определяется ходом физических и электрических процессов в дуговом промежутке и на электродах в от­резки времени между каждым погасанием и новым зажиганием дуги. Снижение тока сопровождается соответствующим уменьшением темпе­ратуры в столбе дуги и степени ионизации дугового промежутка. При переходе тока через нуль и перемене полярности в начале и конце каждого полупериода дуга гаснет. Одновременно падает и температура активных пятен на аноде и катоде. Падение температуры несколько от­стает по фазе при переходе тока через ноль, что связано с тепловой инер­ционностью процесса. Особенно интенсивно падает температура актив­ного пятна, расположенного на поверхности сварочной ванны, в связи с интенсивным отводом теплоты в массу детали. В следующий за пога­санием дуги момент меняется полярность напряжения на дуговом про­межутке (рис. 2.4).

Одновременно изменяется и направление движения заряженных час­тиц в дуговом промежутке. В условиях пониженной температуры актив­ных пятен и степени ионизации в дуговом промежутке повторное зажига­ние дуги в начале каждого полупериода происходит только при повышен-

Пик зажигания всегда выше напряжения дуги, соответствующего стабильному режиму ее горения. При этом величина пика зажигания не­сколько выше в тех случаях, когда катодное пятно находится на основ­ном металле. Величина пика зажигания существенно влияет на устойчи­вость горения дуги переменного тока. Деионизация и охлаждение дуго­вого промежутка возрастают с увеличением длины дуги, что приводит к необходимости дополнительного повышения пика зажигания и влечет снижение устойчивости дуги. Поэтому затухание и обрыв дуги пере­менного тока при прочих равных условиях всегда происходят при меньшей ее длине, чем для постоянного тока. При наличии в дуго­вом промежутке паров легкоионизующихся элементов пик зажигания уменьшается и устойчивость горения дуги переменного тока повышает­ся.

С увеличением силы тока физические условия горения дуги улуч­шаются, что также приводит к снижению пика зажигания и повышению устойчивости дугового разряда. Таким образом, величина пика зажига­ния является важной характеристикой дуги переменного тока и оказы­вает существенное влияние на ее устойчивость. Чем хуже условия для повторного возбуждения дуги, тем больше разница между пиком зажи­гания и напряжением дуги. Чем выше пик зажигания, тем выше должно быть напряжение холостого хода источника питания дуги током. При сварке на переменном токе неплавящимся электродом, когда мате­риал его и изделия резко различаются по своим теплофизическим свой­ствам, проявляется выпрямляющее действие дуги. Это характеризуется протеканием в цепи переменного тока некоторой составляющей посто­янного тока, сдвигающей в определенном направлении кривые напря­жения и тока от горизонтальной оси (рис. 2.5). Наличие в сварочной це­пи составляющей постоянного тока отрицательно сказывается на каче­стве сварного соединения и условиях процесса: уменьшается глубина проплавления, увеличивается напряжение дуги, значительно повышает­ся температура электрода и увеличивается его расход. Поэтому прихо­дится применять специальные меры для подавления действия постоян­ной составляющей.

При сварке плавящимся электродом, близким по составу к основ­ному металлу, на режимах, обеспечивающих устойчивое горение дуги, выпрямляющее действие дуги незначительно и кривые тока и напряже­ния располагаются практически симметрично относительно оси абс­цисс.