Условия зажигания и устойчивого горения сварочной дуги
Сварочная дуга должна иметь определенные технологические условия, которые обеспечат ее устойчивое горение, быстрое зажигание, малую чувствительность к изменениям ее длины в определенных пределах, быстрое вторичное возбуждение после обрыва, необходимое проплавление основного металла.
Условия зажигания и устойчивого горения дуги во многом зависят от таких составляющих, как состав обмазки при сварке штучными электродами, прямая или обратная полярность при сварке на стабильном токе, вид тока ( переменный или постоянный ), температура окружающей среды, диаметр электрода.
Для зажигания дуги требуется напряжение большее по величине, чем напряжение для горения дуги. Напряжение, подводимое от источника питания к электродам при разомкнутой сварочной цепи, является напряжением холостого хода. При сварке на постоянном токе напряжение холостого хода не превосходит 90 В, а на переменном токе — 80 В. В момент горения, дуги напряжение, подаваемое от источника питания, значительно снижается и достигает величины, необходимой для устойчивого горения дуги. В ходе горения дуги ток и напряжение находятся в определенной зависимости. Зависимость напряжения дуги от тока в сварочной цепи, при условии постоянной длины дуги, называют статической вольт-ампернной характеристикой дуги.
С увеличением тока напряжение значительно уменьшается, так как при повышении силы тока увеличивается поперечное сечение столба дуги и его проводимость. Вольт-амперная характеристика будет падающей и дуга горит неустойчиво. При увеличении тока напряжение сохраняет постоянную величину, так как поперечное сечение столба дуги и площади анодного и катодного пятен увеличиваются пропорционально току. Вольт-амперная характеристика будет жесткой, дуга горит устойчиво, и обеспечивается нормальный процесс сварки. Увеличение тока вызывает возрастание напряжения, так как увеличение плотности тока больше определенного значения не сопровождается увеличением катодного пятна из-за ограниченного поперечного сечения электрода, при этом вольт-амперная характеристика будет возрастающей. Дуга с вольт-амперной характеристикой применяется при сварке под флюсом и в защитных газах.
Таким образом, первым условием зажигания и горения дуги является наличие электрического источника питания дуги достаточной мощности, позволяющего быстро нагревать катод до высокой температуры при возбуждении дуги. Более полная стабилизация горения дуги достигается также при достаточной степени ионизации столба дуги, поэтому вторым условием для зажигания и горения дуги является наличие ионизации столба дуги за счет введения в состав покрытия штучных электродов или в состав флюсов таких элементов, как алюминий, натрий, барий, калий, литий, кальций и др. Эти элементы обладают низким потенциалом ионизации и в момент зажигания дуги способствуют быстрому ее появлению. Третьим условием устойчивости горения дуги при сварке на переменном токе является наличие в сварочной цепи дросселя (повышенной индуктивности). Это объясняется тем, что в сварочной цепи переменного тока, имеющей только омическое сопротивление, в процессе горения дуги образуются обрывы (100 обрывов дуги в секунду при промышленной частоте переменного тока 50 Гц). При включении дросселя в сварочную цепь переменного тока наблюдается сдвиг фаз между напряжением источника питания и током, горение дуги относительно стабилизируется. При сварке на постоянном токе зажигание и горение дуги протекают несколько лучше, чем при сварке на переменном токе.
В сварочную цепь постоянного тока также включают дроссели для улучшения стабильности горения дуги. Но полная стабилизация горения дуги происходит в точке пересечения вольт-амперных характеристик дуги и источника питания. Эта точка будет определять устойчивое горение дуги. Для улучшения возбуждения дуги используют специальные высокочастотные устройства — осцилляторы, а для более надежного вторичного возбуждения дуги применяют стабилизаторы — специальные генераторы импульсов высокого напряжения. Зажигание и устойчивое горение дуги при любом роде тока зависит от динамической характеристики источника питания дуги. Источник питания должен поддерживать горение дуги при наличии возмущений в виде изменения напряжения в сети и обеспечивать регулирование сварочного процесса в зависимости от состояния поверхности свариваемого изделия и скорости подачи сварочной проволоки.
Технические особенности горения дуги на постоянном или переменном токе выражаются в том, что дуга, как гибкий газовый проводник, может отклоняться от обычного положения под воздействием магнитных полей, создаваемых вокруг дуги и в свариваемом изделии. Магнитные поля воздействуют на движущиеся заряженные частицы столба дуги и тем самым воздействуют на всю дугу. Такое явление принято называть магнитным дутьем. Магнитные поля оказывают отклоняющее воздействие на дугу при неравномерном и несимметричном расположении поля относительно дуги, особенно при сварке на постоянном токе. Присутствие вблизи сварочной дуги значительных ферромагнитных масс также нарушает симметричность магнитного поля дуги и вызывает отклонение дуги в сторону этих масс.
Магнитное дутье ухудшает стабилизацию горения дуги и затрудняет процесс сварки. Для снижения влияния магнитного дутья на сварочную дугу необходимо применять специальные меры. К таким мерам относятся: сварка короткой дугой; подвод сварочного тока к точке, максимально близкой к дуге; наклон электрода в сторону действия магнитного дутья; размещение у места сварки дополнительных ферромагнитных масс. Если невозможно избавиться от влияния магнитного дутья указанными способами, то следует заменить источник питания и производить сварку на переменном токе, при котором влияние магнитного дутья значительно меньше.