Сварка в машиностроении.Том 4 (1041441), страница 10
Текст из файла (страница 10)
М., п~ р ... Щитова В. М. Структурная классификация и сравнительный анализ систем автоматического регулирования процесса дуговой сварки. Т ды сек Электросварки АН СССР. М., Академнздат, 1953, Вып. 1. с. 31 — 57. Микаелян В. Г. Определение статических характерист ческой сварке алюминия по флюсу — Сварочное производство, 1964, л 12, ик дуги при автомати- 8. Оп е еление в л р д ольтампериых характеристик маломощной сварочной ги/ з, с. 17 — 20, Л Е. Алекпн и др. — Автоматическая сварка, 1965, № 9, с.
5 — 7. 9. Патон Б. Е., Лебедев В. К. Влектрообо ование л сварки М Машиностроение !966 За9 с 1О. Процессы саморегулирования по скрытой составляющей длины дуги п неплавящимся злект одом в а г ис' и ри сварке р оис/ зв А. Гладков и др. — Сварочное производство, 1969 4 9 р к ирование следящих систем М. Машиностроени 11, Рабинович Л. В. П ое т 12 Труды секцви злсктросваркн АН СССР, М., Академиздат, !953, Вып. 1, 140 с.
Свойства сварочной дуги и требования к источникам питания 43 Глава 2 ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ, НАПЛАВКИ И РЕЗКИ СВОЙСТВА СВАРОЧНОЙ ДУГИ И ТРЕБОВАНИЯ К ИСТОЧ НИ КУ П ИТАНИ Я Общие сведения. Для плавления металлов используется энергия электрического дугового разряда, возбуждаемого и поддерживаемого в пространстве между электродом и изделием. Свойства и размеры шва зависят от физических условий, в которых существует дуговой разряд, и от свойств источника питания, для которого дуга является нагрузкой. Проводимость дугового промежутка зависит как от расстояния между изделием и электродом, так и от параметров, определяющих физические условия существования дугового разряда — химического состава свариваемого изделия, электродной проволоки и газовой среды, давления и др.
Изделия могут отличаться по конструкции и геометрическим размерам. Сварной шов может занимать различное пространственное положение. Для качества шва имеет значение не только количество энергии, поступающее от нсгочника питания в зону сварки, но и закон поступления энергии во времени. Наличие электрического поля между изделием и электродом является необходимым, но не достаточным условием для возникновения дугового разряда. Для возникновения дугового разряда необходимо, чтобы в электрическом поле имелись свободные электроны, которые, двигаясь упорядоченно под воздействием сил электрического поля, создавали условия для ионизации газа в промежутке между изделием и электродом.
Свободные электроны создают искусственно, возбуждая ~зажигая) дугу. Исходя из конкретных условий, связанных со свойствами свариваемых металлов и конструкции изделий, с требованиями к качеству сварного шва, со степенью автоматизации процесса сварки, применяют тот или иной способ сварки н тот или иной источник переменного или постоянного тока, обладающий свойствами, удовлетворяющими требованиям технологии процесса дуговой сварки Эти свойства называют технологическими свойствами источника питания. В процессе сварки в энергетической системе, которую представляют источник питания — сварочная дуга — шов, возникают возмущения, которые приводят к нарушению равновесия в системе и вызывают изменения энергетических параметров системы — напряжения на дуге и тока в сварочном контуре, что отражается на содержании легирующих элементов в шве и на его параметрах.
Причинами возникающих возмущений чаще всего являются изменения длины дуги, изменения напряжения сети, скорости подачи электродной проволоки и т. д. Возмущения могут вызываться и изменениями физико-химических явлений, Цроисходящих в дуговом промежутке. При возмущениях изменяется электрическая проводимость пространства между изделием и электродом, что вызывает в системе источник питания — сварочная дуга переходные процессы, так как нарушается установившийся режим работы системы. Во время переходных проЦессов в системе источник питания — дуга энергия электрического поля преобразуется в энергию магнитног«э поля, а также происходят обратные преобразования энергий; часть энергии теряется на тепловые процессы.
Характер переходных процессов и скорость их протекания зависят от свойств источника питания и усло. вий, в которых горит дуга. В современной сварочной технике применяют следующие источники питания сварочной дуги: источники питания дуги переменным током — сварочные трансформаторы общепромышленного назначения и специализированные установки переменного тока для сварки изделий из легких сплавов, алюминия, магния и др., источники питания дуги постоянным током — сварочные выпрямители и сварочные генераторы общепромышленного назначения и специализированные сварочные выпрямительные установки.
Физические явления, протекающие в областях сварочной дуги. Пространство между изделием и электродом, заполненное ионизированным газом, является анизотропной средой, которая как в осевом, так и в радиальном направлениях из-за сложных физико-химических явлений, происходящих при сварке, имеет различные свойства — напряженность электрического поля, температуру, проводимость и т, д. Дуговой разряд относится к устойчивым электрическим разрядам, который может существовать длительное время, пока эти условия не будут нарушены каким-либо возмущением.
В осевом направлении в дуге различают: столб дуги, центральную часть длиной порядка десятых долей сантиметра и приэлектродные области длиной порядка !О -' — !О ' см. Столб дуги — это ионнзнрованный газ, содержащий нейтральные молекулы и атомы газов н паров, свободные электроны и положительные ионы, возникающие при ионнзации нейтральных частиц. В пространстве между электродом и изделием, как известно, имеется хаотическое тепловое движение заряженных частиц. Кроме того, свободные электроны и положительные ионы (число отрицательных ионов в обычных условиях сварки ничтожно мало) под действием сил электрического поля движутся упорядоченно. Свободные электроны с большой скоростью перемещаются к аноду, а положительные ионы, движущиеся значительно медленнее, вследствие большой массы — к катоду.
При прямой полярности при сварке плавящимся электродом изделие соединяют с «плюсом> источника питания постоянного тока, а электрод или электродную проволоку — с «минусом». В этом случае изделие является анодом, а электрод — катодом, При сварке в углекислом газе из-за сильного разбрызгивания металла плавящегося электрода используют обратную полярность, Движущиеся упорядоченно электроны и положительные ионы создают свои магнитные поля, В столбе дуги происходят соударення нейтральных частиц и частиц, несущих электрический заряд, что сопровождается ионизацией газа столба дуги.
Степень ионизация составляет несколько процентов. Ионизированный газ с такой степенью нонизацни называется ннзкотемпературной плазмой. На оси столба температура порядка 5000 — 7000'С. При определенных условиях может быть и выше. Столб дуги квазинейтрален, так как концентрация отрицательно н положительно заряженных частиц в единице объема плазмы дуги одинакова. Суммарный заряд единицы объема равен нулю. Плазма дуги не создает своего электрического поля.
Компоненты смеси газов и паров пространства между изделием и электродом, имеющие более низкий потенциал ионизации, ионизируются в большей степени, С понижением температуры газа возрастает влияние той компоненты смеси, которая обладает наиболее низким потенциалом нонизации — К, Са, Ха и др. При горении дуги в столбе дуги наблюдается ступенчатая ионизация. Из-за малой плотности ионного тока энергией, которую передают положительные ионы нейтральным частицам при столкновении, пренебрегают.
Ток в сварочной дуге обусловлен в основном упорядоченным движением свободных электронов. Ток дуги— зто ток проводимости, За положительное направление тока в дуге, как это принято в физике и электротехнике, принимают перемещение частиц, несущих положительный заряд, равный по абсолютной величине заряду электрона. Положительное направление тока противоположно направлению свободных электронов, движущихся между изделием и торцом электродной проволоки под действием сил электрического поля Электрическая проводимость столба сварочной дуги высока, напряженность электрического поля в столбе дуги не высока и составляет 10 — 35 В/см.
Падение напряжения в столбе дуги невелико. Мощность, выделяемая в столбе дуги, в основном (около 80»4) рассеивается путем лучеиспускания в ок« Ружающее пространсгво. Области дуги, в которых температура столба дуги снижается до температуры расплавленного илн нагретого металла, называют приэлектродными областями Свойства сварочной дуги и требования к источникам питания Источники питания для дуговой сварки, наплавки и резки 45 дуги. В них протекают процессы, резко отличающиеся от процессов в столбе дуги и тр дно исследуемые не только теоретически, но и экспериментально.
нергия, выделяющаяся в этих областях, расходуется на плавление металла изделия и плавящегося электрода или на плавление металла и нагрев вольфрамового электрода, В приэлектродных областях скапливаются заряженные часгицы и возникают пространственные (объемные) заряды. В катодной области скапливаются положительные ионы, а в анодной — электроны. В связи с этим в приэлектродных областях создаются условия для резкого возрастания напряженности электрического поля Напряженность в приэлектродных областях порядка (1е 2) 10' В/см, Свободные электроны зарождаются также и в столбе дуги прн происходящей гам термической ионизации газа.
Причинами появления свободных электронов в катодной области являются термоэлектронная и автоэлек|ронная (электростатическая) эмиссии. Положигельные ионы, пришедшие из плазмы столба, ударяясь о поверхность катода, нейтрализуются, отдавая катоду кинетическую энергию, приобретенную ими в электрическом поле столба дуги. Ввод этой энергии через активное пятно вызывает увеличение скорости теплового движения нейтральных и заряженных частиц вешества катода. Температура катода повышается, возрастает кинетическая энергия свободных электронов в металле катода.
Энергия электрона становится больше энергии, требуемой для преодоления потенциального барьера, и электрон выходит из активного пятна на катоде в катодную область. Такого рода эмиссия называется термоэлектронной, При горении дуги в катодной области возникает положительный объемный заряд. Растет напряженность электрического поля у катода н создаются условия для автоэлектронной эмиссии. Электрическое поле высокой напряженности "вырываете свободные электроны из материала катода даже при невысокой темпера- гуре катода, которая недостаточна для протекания термоэлектронной эмиссии.
Эмиссия электронов как термоэлектронного, так и автоэлектронного происхождения возникает в первую очередь с тех мест поверхности катода, где работа выхода электронов меньше. Эти места называют активными пятнами, Активное пятно на катоде (катодное пятно) непрерывно перемещается (блуждает) по поверхности торца электродной проволоки и может возникнуть на ее боковой поверхности. Особенно беспокойно блуждает катодное пятно у плавящегося электрода (стальная проволока имеет Тп„„= 1539' С1. Перемещение катодного пятна вызывает пространственное изменение расположения столба дуги, так как катодное пятно является основанием дуги. Если неплавящийся электрод (вольфрамовая проволока) имеет Т„„= 3377'С, то при нормальном сварочном режиме проволока только нагревается, обеспечивая выход электронов в катодную область.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
