Сварка изделий из листов толщиной менее 1 мм обычной дугой с плавящимися электродами весьма затруднительна. Чтобы исключить прожог таких листов, необходимо либо уменьшить ток дуги до 5—15 а, либо увеличить скорость сварки. Однако маломощные дуги с плавящимися электродами весьма неустойчивы. Увеличение скорости сварки выше некоторого предела приводит к скачкообразному перемещению активного пятна по изделию, что исключает возможность получения сварного шва равномерного сечения. Кроме того, дуговая сварка таких изделий вызывает значительные их коробления.

В ИЭС им. Е. О. Патона, НИAT и др. была разработана технология сварки тонколистовых изделий маломощной дугой с вольфрамовым электродом. Коробление существенно уменьшалось, если сварку вести дугой переменного режима, характеризующейся малым током дежурной дуги и более высоким сварочным током. Такая дуга, названная Э. М. Эсибяном пульсирующей, способствует также лучшему формированию стыковых швов.

Рисунок 1. Установка для исследования катодных процессов маломощной дуги.

При малых токах дуги в ее столбе не устанавливается термодинамическое равновесие. В связи с этим невозможны оценка условий в приэлектродных областях дуги и вычисление их энергетических характеристик. В маломощных дугах основным механизмом потерь столба является теплопроводность. Отсутствие достоверных сведений о радиальном распределении температуры в нем и о закономерностях, которым подчиняется такое распределение, а также невозможность применения уравнения Саха к описанию степени ионизации неравновесных систем исключает применение исходных предпосылок для построения теории маломощных дуг. Другие предпосылки пока не сформулированы. В результате единственным методом изучения этих дуг является эксперимент.

Оригинальная методика исследования влияния тока в катодной области на величину падения напряжения в ней разработана Э. М. Эсибяном и осуществлена на установке, изображенной на рис. 1. Два электрически изолированных электрода 1 и 2 помещены внутрь сопла 6 для подачи защитного газа. В независимых цепях 1—2—R—4 и 1—3—5, содержащих источники питания 4 и 5, возбуждаются дуговые разряды с общим катодом 1. Дуга между электродами 1—3, названная основной, питается от стабилизированного источника. Ток вспомогательной дуги между электродами 1—2 регулируется с помощью сопротивления R. Катодные пятна обеих дуг на электроде 1 совмещали путем перемещения электрода 2.

Рисунок 2. Статические характеристики маломощной дуги в аргоне с вольфрамовым катодом : 1 - I_всп =0; 2 - I_осн=0,5а; 3 - I_осн = 5а.

Кривая 1 на рис. 2 представляет собой статическую характеристику дуги при расстоянии между электродами 1—3 l_д = 1 мм и отсутствии вспомогательной дуги. Обычное для мощной дуги с вольфрамовым катодом напряжение 8—10 в устанавливается при токах, превышающих 10 а. При меньших токах дуговое напряжение быстро увеличивается и особенно в диапазоне 3—5 а, в котором существование низковольтных разрядов между плавящимися электродами вообще невозможно (см. рис. 3). По-видимому, условия существования маломощной дуги на неплавящемся электроде из-за отсутствия блуждания пятна более благоприятны, но и они обусловливают сравнительно высокие приэлектродные падения напряжения. Кривая 2 получена при токе основной дуги 0,5 а и изменении суммарного тока катодной области в указанных на рис. 2 пределах. Незначительное расхождение кривых 1 и 2 показывает, что основной причиной, определяющей ход статической характеристики дуги и ее падающую форму, является увеличение тока в катодной области. Аналогичный вывод вытекает и из сравнения с кривой 1 линии 3, полученной при токе основной дуги 5 a и суммарном токе катодной области 8,5—13 а.

Рисунок 3. Динамические характеристики дуг, записанные с помощью нелинейного токового шунта с высокой чувствительностью к малым токам: а - УОНИ-13, б - голый электрод; в- ОММ-5, г - ;

Приведенные данные еще раз подтверждают первостепенную роль катодных процессов в общем механизме дугового разряда и малую зависимость явлений в анодной области дуги от условий ее существования. Описанный метод, кроме исследовательских целей, может быть успешно применен для управления основной дугой, в частности ее статической характеристикой, путем изменения тока вспомогательной дуги.

Для питания пульсирующих дуг разработаны специальные источники с игнитронными, тиратронными или полупроводниковыми элементами, осуществляющими изменение тока по заданной программе. Блок-схема одного из таких источников с управляющим полупроводниковым триодом состоит из источника питания дуги триода 2 и блоков управления 3—5 (рис. 4). Дуга включена в коллекторную цепь триода. Ток в ней определяется током базы i_б, выдаваемым усилителем 3. Последний, в свою очередь, управляется ждущим мультивибратором 4, открывающимся и закрывающимся под действием сигналов блокинг-генератора. Меняя частоту и форму сигналов генератора, можно управлять длительностью импульсов сварочного тока и общим временем цикла. В момент паузы триод 2 не запирается полностью, а пропускает небольшой ток, необходимый для горения дежурной дуги. Ввиду отсутствия в цепи сварочного тока индуктивностей, описанный источник обеспечивает почти мгновенное его нарастание и уменьшение.

Рисунок 4. Схема полупроводникового источника питания дуги АП-2.

Характерной особенностью пульсирующей дуги являются броски напряжения при скачкообразных повышениях и снижениях тока, достигающие 4—5 в (рис. 5). Они имеют крутой передний и экспоненциальный задний фронты. Броски затухают в течение (1 ÷ 1,5) * 10^-3 сек, что на 2—3 порядка превышает время протекания переходных процессов в мощной дуге с плавящимися электродами. По-видимому, на величину напряжения малоамперной дуги с неплавящимся электродом влияет степень разогрева активного пятна на катоде, которая ввиду большой теплоемкости вольфрама сравнительно медленно меняется со временем. В мощной же дуге с плавящимся электродом зоны, примыкающие к активному пятну, из-за его блуждания уже нагреты достаточно интенсивно и при увеличении тока их дополнительный разогрев протекает, видимо, более быстро.

Рисунок 5. Осциллограмма тока I_св и напряжения на дуге U_д, питаемой от источника АП-2.

Copyright. При любом цитировании материалов Cайта, включая сообщения из форумов, прямая активная ссылка на портал weldzone.info обязательна.

Скачать бесплатно