Умови запалення та стійкого горіння дуги
Зварювальна дуга повинна мати певні технологічні умови, що забезпечують її швидке запалення, стійке горіння, малу чутливість до змін її довжини в певних межах, швидке повторне запалення (збудження) після обриву, необхідне проплавлення основного металу. Умови запалення та
стійкого горіння дуги залежать від таких факторів, як склад обмазування при зварюванні штучними електродами, рід струму (постійний або
змінний), пряма або зворотна полярність при зварюванні постійного струму, діаметр електрода, температура навколишнього середовища. Для запалювання дуги потрібна більша напруга за величиною, ніж напруга для горіння дуги. Напруга, що підводиться від джерела живлення до електродів при розімкнутому зварювальному ланцюзі, є напругою холостого ходу. При зварюванні на постійному струмі
напруга холостого ходу не перевищує 90 В, а на змінному струмі - 80 В. У момент горіння дуги напруга, що подається від джерела живлення, значно знижується і досягає величини, необхідної для стійкого горіння дуги. У процесі горіння дуги струм та напруга знаходяться у певній залежності. Залежність напруги дуги від струму зварювального ланцюга, за умови постійної довжини дуги, називають статичною вольтамперною характеристикою дуги, яка графічно представлена на рис. 14. В області 1 (до 100 А) зі збільшенням струму
напруга значно зменшується, тому що при підвищенні сили
струму збільшується поперечний переріз стовпа дуги та його провідність. Вольт-амперна характеристика буде падаючою і дуга горить нестійко. В області 2 (100-1 000 А) при збільшенні струму напруга зберігає постійну величину, так як поперечний переріз стовпа дуги та площі анодної та катодної плям збільшуються пропорційноструму. Вольт-амперна характеристика буде жорсткою, дуга горить стійко і забезпечується нормальний процес зварювання. В області 3 (понад 1 000 А) збільшення струму викликає зростання напруги, так як збільшення щільності струму вище певного значення не супроводжується збільшенням катодної плями через обмежений поперечний переріз електрода, при цьому вольт-амперна характеристика буде зростаючою. Дуга із зростаючою вольт-амперною характеристикою використовується при зварюванні під флюсом та у захисних газах.
ЗО 60 90 120 150 ISO 210 240 2 7 0 300
Мал. 15. Вольт-амперна характеристика дуги при ручному дуговому зварюванні низьковуглецевої сталі: криві (а, б); при автоматичному зварюванні під флюсом: криві (в, г); крива (д): вольт-амперна
характеристика джерела живлення; точка 1 - точка стійкого горіння дуги Наприклад на рис. 15 наведена вольт-амперна характеристика дуги при ручному дуговому зварюванні штучним електродом низьковуглецевої сталі та автоматичному зварюванні під флюсом при високих щільності струму. Таким чином, першою умовою запалення та горіння дуги є наявність електричного джерела живлення дуги достатньої потужності, що дозволяє швидко нагрівати катод до високої температури при збудженні дуги. Більш повна стабілізація горіння дуги досягається також за достатньої міри іонізації стовпа дуги, тому другою умовою для запалення та горіння дуги є наявність іонізації стовпа дуги за рахунок введення до складу покриття штучних електродів або до складу флюсів таких елементів, як калій,
yjr yj yj yjr yjr
натрій, барій, літій, алюміній, кальцій та ін. Ці елементи мають низький потенціал іонізації і в момент запалення дуги сприяють швидкому її виникненню. Третьою умовою стійкостігоріння дуги при зварюванні на змінному струмі є наявність зварювального ланцюга дроселя (підвищеної індуктивності). Це тим, що у зварювальної ланцюга змінного струму, має лише омічний опір, у процесі горіння дуги утворюються обриви (100 обривів дуги в секунду при промислової частоті змінного струму 50 Гц). При включенні дроселя у зварювальний ланцюг змінного струму відбувається зсув фаз між напругою джерела живлення та струмом, горіння дуги відносно стабілізується. При зварюванні на постійному струмі запалення та горіння дуги протікають дещо краще, ніж при зварюванні на змінному струмі. У зварювальний ланцюг постійного струму також включають дроселі для покращення стабільності горіння дуги. Однак повна стабілізація горіння дуги досягається в точці перетину вольт-амперних характеристик дуги та джерела живлення. Ця точка визначатиме стійке горіння дуги (див. рис. 15). Для поліпшення збудження дуги застосовують спеціальні високочастотні пристрої - осцилятори, а забезпечення надійного повторного збудження дуги застосовують спеціальні генератори імпульсів високої напруги (стабілізатори). Запалювання та стійке горіння дуги за будь-якого роду струму залежить від динамічної характеристики джерела живлення дуги. Джерело живлення має підтримувати горіння дуги за наявності збурень у вигляді зміни напруги в мережі та забезпечувати регулювання зварювального процесу залежно від стану поверхні виробу, що зварюється, і швидкості подачі зварювального дроту. Технічні особливості горіння дуги на постійному або змінному струмі виражаються в тому, що дуга, як гнучкий газовий провідник, може відхилятися від нормального положення під впливом магнітних полів, що створюються навколо дуги і виробі, що зварюється. Магнітні поля впливаютьна заряджені частинки стовпа дуги, що рухаються, і тим самим впливають на всю дугу. Таке явище прийнято називати магнітним дмухом. Магнітні поля надають відхиляється на дугу при нерівномірному і несиметричному розташуванні поля щодо дуги, особливо при зварюванні на постійному струмі. На рис. 16 показано вплив місця підведення струму до деталі, що зварюється, і нахилу електрода на відхилення дуги.
Мал. 16. Вплив місця підведення струму до деталі, що зварюється, і нахилу електрода на відхилення дуги.
Наявність поблизу зварювальної дуги значних феромагнітних мас також порушує симетричність магнітного поля дуги та викликає відхилення дуги у бік цих мас. Магнітне дуття погіршує стабілізацію горіння дуги та ускладнює процес зварювання. Для зниження впливу магнітного дуття на зварювальну дугу необхідно вживати спеціальних заходів. До таких заходів належать: зварювання короткою дугою; підведення зварювального струму до точки, максимально близької до дуги; нахил електрода у бік дії магнітного дуття; розміщення біля місця зварювання додаткових феромагнітних мас. Якщо неможливо позбутися впливу магнітного дуття зазначеними способами, слід замінити джерело живлення і проводити зварювання на змінному струмі, при якому вплив магнітного дуття значно менше.