МИКРО ПЛАЗМЕННАЯ СВАРКА

ДИНАМИЧЕСКИЕ ВОЛЬТ АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДУГИ ОБРАТНОЙ ПОЛЯРНОСТИ

Для изучения переходных процессов при возбуждении дуги обратной полярности с помощью факела плазмы дежурной дуги были проведены измерения преддуговых токов и падений напря­жений на разряде с холодными катодами из различных метал­лов [33].

ДИНАМИЧЕСКИЕ ВОЛЬТ АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДУГИ ОБРАТНОЙ ПОЛЯРНОСТИ

При измерении преддуговых токов, напряжений зажигания дуги и динамической вольт-амперной характеристики микро­плазмы обратной полярности использовалась обычная одно - полупериодная схема питания плазмотрона импульсами сину­соидальной формы промышленной частоты с амплитудным зна­чением напряжения 315 В. Отличительной особенностью изме­рительной схемы являлось то, что она обеспечивала достаточно точное измерение как малых (преддуговых), так и больших (дуговых) значений тока. Это достигалось с помощью токового шунта — специального делителя напряжения [33], разработан­ного на стабилитроне Л (Д808) (рис. 35). Падение напряже-

Рис. 35.

Схема нелинейного токового шунта.

ния на резисторе /?, пропорциональное току разряда, подава­лось на вход осциллографа — ьпачале непосредственно (при Ur < U ст—напряжения стабилизации диода Д808), т. е. ^осд =Ur=IR, а затем (при Ur>Uc1 = 7,5 В) — через дели­тель напряжения, т. е.

П [] ^ Г RR2 г / т т QY

°с^~ Ucr R1 + R2 ~T~R1 + R2 (11У/

Легко понять, что кривая £/осц ==/(/) имеет два угла на­клона:

= R = 7 Ом для / < ~ = 1,07 А;

^осц RR2 ^ гл г ^ *

““57 д/ + /?2 ~ П! для ^

Динамическая вольт-амперная характеристика £/осц = /(/) токо­вого шунта представлена на рис. 36 (масштаб: 1 клетка по вер­тикали— 2,3 В, по горизонтали — 5 В). Отчетливо видно, что она состоит из двух прямолинейных участков. Точка перегиба кри­вой соответствует условию Uocix^ Ur = Ucт, которое выполняется при / = 1,07 А. По измеренному значению £/осц (в вольтах) ток

разряда (в амперах) вычисляется до точки перегиба по выраже-

и

нию / = , а после нее — как I — 1,07 + - у (U,^a — 7,5). Дина­

мическая вольт-амперная характеристика разряда записыва­лась на экране осциллографа С1-18, на входы у их которого

Рис. 36.

Динамическая вольт-амперная характеристика нелинейного токового шунта.

Рис. 37.

Динамическая вольт-амперная характеристика разряда обратной полярности.

подавались соответственно падение напряжения на разрядном промежутке и ток разряда (напряжение, снимаемое с нелиней­ного токового шунта). В качестве катода использовался ряд металлов от легкоплавких (сплав Вуда) до тугоплавких (вольф­рам). Опыты проводились при одинаковых для всех материалов катода длине разрядного промежутка /д=1 мм, расходе плаз­мообразующего аргона 0,3 л/мин, токе дежурной дуги 4 А. Вольфрамовый электрод диаметром 1,5 мм затачивался на коиус с углом при вершине 30°, Диаметр сопла равен 1 мм, глубина погружения электрода в канале сопла I мм, защитный газ *— аргон.

Типичная динамическая вольт-амперная характеристика U=f(I) разряда на обратной полярности, возбуждаемого с помощью факела плазмы на холодном медном катоде, очищен­ном дугой обратной полярности, показана на рис. 37 (здесь и далее в аналогичных рисунках масштаб: 1 клетка по вертикали Ь0 В, по горизонтали — 2,5 В). Ошибка измерения падения на­пряжения на разряде не превышала ±5 В, а для преддуговых токов она составляла величину А/= ±0,143 АК#СЦ ^0,036 А (At/ocu =0,25 В). Однако путем изменения чувствительности усилителя осциллографа по оси х точность измерения началь­ных значений токов можно было повысить в 10 или 100 раз.

Для токов разряда больше 1,07 А, т. е. на втором участке динамической вольт-амперной характеристики токового шунта (см. рис. 36), погрешность измерения тока не превышала А1= = 1,57 AV осц —0,4 А.

Из вольт-амперной характеристики (см. рис. 37) видно, что при нарастании напряжения до 175 В ток разряда практически равен нулю, т. е. меньше ошибки измерения. Дальнейшее уве­личение напряжения на разряде вызывает рост тока* Падению напряжения 250 В соответствует ток разряда 1,07 А, и эта точка является переходной от одною масштаба измерения тока к другому. При дальнейшем росте напряжения на разряде ско­рость увеличения тока (UR>UQT) замедляется и на кривой появляется изгиб. При достижении определенного значения па­дения напряжения формируется дуговой разряд. Значение тока (1,8 А) и падение напряжения (275 В), определяемые в момент, предшествующий формированию дуги, рассматриваются как преддуговые, а участок динамической вольт-амперной харак­теристики с высоким падением напряжения — как типичная ха­рактеристика тлеющего разряда. Таким образом, из осцилло­граммы видно, что дуга обратной полярности на холодном мед­ном катоде, формируемая с помощью факела плазмы, возбуж­дается через тлеющий разряд. При уменьшении амплитудного значения напряжения источника питания дуговой разряд на медном катоде не возникает (рис. 38)*

Измеренные с помощью осциллографа значения прел дуго­вых токов и напряжений при возбуждении дуги обратной по­лярности на холодных катодах из различных материалов, очи­щенных механическим способом [33], представлены в табл. 5. Из данных таблицы видно, что для большинства материалов катода дуговой разряд обратной полярности формируется через тлеющий. Преддуговые іоки тлеющего разряда находятся в ос­новном в интервале 0,5—2,5 А, а падения напряжения изменя­ются от 160 до 270 В. Для таких металлов, как Al, Zn и сплав Вуда, дуговой разряд возбуждается, как правило, без заметных начальных токов (начальные токи меньше ошибки измерения, т. е. меньше 30 мА).

Напряжение возбуждения зависит от многих параметров. Оно возрастает с увеличением разрядного промежутка. Для всех исследованных защитных газов при длине /д=4-~-5 мм и напряжении 300 В дуговой разряд возбуждался нестабильно. Интересно, что в атмосфере воздуха дуга перестает возбуж­даться уже при длине разрядного промежутка 1,5—2 мм.

Увеличение расхода плазмообразующего газа в интервале 0,1—0,5 л/мин понижает напряжение зажигания в рабочем диапазоне длин дуг (1—3 мм). Дальнейшее повышение расхода аргона мало изменяет напряжение зажигания дуги, а при рас­ходе 4—5 л/мин оно даже возрастает. Такая зависимость, оче­видно, объясняется тем, что при малых расходах аргона напря­жение зажигания дуги в значительной мере определяется родом защитного газа. По мере увеличения расхода аргона защитный газ все в большей мере оттесняется к периферии, и разряд воз­буждается преимущественно в аргоновой среде. Это предполо­жение подтверждается тем, что при использовании аргона в качестве защитного газа расход плазмообразующего газа прак­тически не влияет на напряжение возбуждения дуги.

ДИНАМИЧЕСКИЕ ВОЛЬТ АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДУГИ ОБРАТНОЙ ПОЛЯРНОСТИ

Для всех исследованных газов, кроме аргона, существует оптимальный расход защитного газа, при котором напряжение

Рис. 38.

Динамическая вольт-ампер пая характеристика тлеющего разряда обратной полярности.

зажигания минимально. Оптималышй расход различен для раз­личных газов. Например, при расходе плазмообразующего газа 0,3 п/мин для гелия он равен 3,5 л/мин, для азота— 1,5 л/мин. В аргоновой защитной среде напряжение зажигания достигает минимальной величины при расходе аргона 2,5 л/мин и в даль­нейшем практически не изменяется. При оптимальных расходах защитного газа наименьшее напряжение зажигания наблюдает­ся в аргоне. По порлдку увеличения напряжения зажигания защитные газы располагаются следующим образом: аргоно-во - дородная смесь, гелий, азот и углекислый газ.

Опыты показали, что напряжение зажигании существенно зависит от длины факела плазмы, изменяющейся в зависимости от тока дежурной дуги, диаметра сопла и глубины погружения электрода в канале сопла. Последний параметр очень влияет на напряжение возбуждения дуги, и поэтому перед сваркой необходимо специально подготавливать плазмотрон (отцентро­вать электрод и выставить его в канале на глубину, приблизи­тельно равную диаметру сопла).

Кратковременное увеличение тока дежурной дуги значитель­но снижает напряжение зажигания на больших разрядных про­межутках. Так, кратковременное увеличение тока дежурной дуги от 5 до 60 А при разрядном промежутке 3 мм снижает напряжение зажигания дуги на алюминиевом катоде от 185 до 95 В. Эо объясняется удлинением факела и увеличением кон­центрации заряженных частиц плазмы у холодного катода. При

Т а б л и ц а 5

Материал

катода

і ІреДДуГОЕЬіе

Ток

дуги.

А

Материал

катода

Прсддуговые

Ток

дуги,

А

ток, А

напряже­ние, В

ток. А

нал ряж е - нне, В

Сплав Вуда

.__

250

7,66

Нержавеющая

1,07

225

6.87

Sn

0,07

160

4,22

сталь

1,07

190

8,14

0,5

205

5,77

Ті

1,46

290

8,42

1,07

255

7,8

1,46

285

8,42

Cd

0,6

205

6,56

Zr

1,46

250

8,14

0,7

195

175

7,66

8,44

Nb

1,07

2,25

245

265

6.57

8,14

Zn

190

6,09

1,85

285

8,14

0,36

1,07

200

240

7,34

8,13

іМо

0,89

1,85

245

250

6,87

8,14

AI

1 *5

5,77

1,80

255

8,14

140

5,77

W

0,96

240

6,57

Си

0,89

250

7,34

2,25

270

8,14

1,87

275

9.22

2,64

270

8.42

коротком (/д < 1 мм) разрядном промежутке электропровод­ность плазмы достаточно высокая даже при малом токе дежур­ной дуги, поэтому его увеличение существенно не изменяет напряжение зажигания дуги обратной полярности.

Выполненные исследования зажигания дуги обратной поляр­ности относятся к холодным катодам, температура котимых мало отличается от комнатной. Для понимания переходных процессов в дуге представляет интерес изучение развития дуго­вого разряда для случая, когда один из электродов накален. Поэтому исследования, аналогичные описанным, проводились нами на плазмотроне с прямонакальным вольфрамовым элек­тродом при атмосферном давлении в инертных газах. В каче­стве второго электрода использовался брусок из меди или алю­миния. Прямонакальный катод имел существенное преимуще­ство с точки зрения изучения влияния теплового режима катода на процесс возбуждения дуги. Путем изменения тока накала /н можно было в широком диапазоне регулировать температуру катода, а следовательно, и ток термоэлектронной эмиссии. К сожалению, у нас отсутствовала возможность непосредствен­но определять температуру катода, и процесс возбуждения раз­ряда изучался в зависимости от величины тока накала, который не всегда однозначно определяет' температуру катода. При одном и том же токе накала замена одного плазмообразующего газа другим существенно меняла температурный режим катода. Например, если при токе накала 60 А вольфрамовый электрод диаметром 1 мм в аргоне нагревался до «белого каления», т. е. до температуры, соизмеримой с температурой нити осветитель­ной лампы, то в гелии он нагревался до температуры, соответ­ствующей красному свечению. На температурный режим катода влияет также расход плазмообразующего газа.

Большему расходу соответствует меньшая температура ка­тода. Несмотря на отмеченное несовершенстьо методики измере­ния, полученные данные, по нашему мнению, представляют опре­деленный интерес и позволяют сделать некоторые новые выво­ды, касающиеся механизма возбуждения дуги при сварке на переменном токе.

Для исключения влияния последуговых процессов питание плазмотрона осуществлялось одиночными импульсами синусо­идальной формы, генерируемыми с помощью специально раз­работанной схемы.

Рассматриваемая схема разряда с накаленным и холодным электродами в принципе напоминает схему обычного газотрона, который обладает сильным вентильным эффектом, т. е. при подаче на накаленный электрод отрицательного относительно холодного электрода напряжения разряд легко возбуждается и газотрон проводит ток, а при обратной полярности он не 3*

возбуждается, т. е. термоэмиссия при низком давлении явля­ется определяющим фактором в прохождении тока.

В этой связи естественно было ожидать, что. схема, содер­жащая накаленный и холодный электроды при атмосферном давлении, также должна обладать вентильным эффектом. По этому нами были проведены опыты с использованием накали­ваемого электрода как в качестве катода (прямая полярность), так и в качестве анода (обратная полярность).

Опыты с накаливаемым катодом на первый взгляд кажутся тривиальными. Из литературы (например, работы [8]) изве­стно, что чем больше термоэмиссионный ток, тем при меньшем напряжении возбуждается дуга низкого давления. Действитель­но, результаты наших экспериментов также показали, чго ток накала оказывает существенное влияние на напряжение зажи­гания. Так, например, при токе накала 50 А напряжение, при котором зажигалась дуга длиной 0,4 мм, составляло 223 В, а лрн /н=65 А оно снижалось до 195 В. Однако возникает вопрос, является ли снижение напряжения зажигания в наших условиях результатом увеличения термоэмиссионного тока или следстви­ем других факторов. Для выяснения этого вопроса проводилась серия опытов для случая, когда накаленный вольфрамовый электрод являлся анодом, а в качестве катода применялся хо­лодный медный брусок. Результаты опытов по определению преддугового падения напряжения на разрядном промежутке длиной 0,4 мм для прямой и обратной полярности в аргоне приведены в табл. 6.

Как видно из таблицы, полярность накаленного электрода не оказывает существенного влияния на преддуговое падение напряжения. Следовательно, термоэлектронная эмиссия нака­ленного вольфрамового катода в данном случае не является первопричиной возбуждения разряда в аргоне при атмосферном давлении. Определяющим, по-видимому, здесь является темпе­ратура струи газа, нагреваемого накаленным І^-злектродом. Возникающая при этом ничтожно малая термическая иониза­ция газа может играть роль, подобную той, которую играет факел плазмы, создаваемый дежурной дугой.

Таблица Я

Ток накйЛй Й7 - >лек т - рода. А

Преадугсвэе нап^я - жеи и*». В

Ток накала Wэлект­рода. А

I

Преддуговое «а л ря­жение, В

№-кятсд

W - ан о/і

W - к атпд

У^-энол

65

І95

214

50

22!

248

60

203

224 ,

45

239

271)

55

209

235

40

273

309

МИКРО ПЛАЗМЕННАЯ СВАРКА

Маска для сварки как выбрать?

Сварочные работы представляют собой определенную опасность, поскольку в процессе сварки велика вероятность отравления вредными газами. А так же различных повреждений глаз, связанных с инфракрасным, ультрафиолетовым и тепловыми излучениями. Для того, …

Станки Sato Satronik FB 3000 и Hezinger PlasmaCut Modell HPOV1530: бойцы промышленного фронта

Плазменная резка для промышленности сейчас такое же привычное явление, как сотовый телефон в руках обычного человека. В нашем обзоре мы расскажем о двух разных моделях плазменных станков: Sato Satronik FB 3000 и Hezinger PlasmaCut Modell HPOV1530

Преимущества и недостатки инверторной сварки

Современные сварщики уже практически отказались от использования громоздких и неудобных сварочных трансформаторов в пользу более современных и технологичных сварочных инверторов. Давайте попытаемся разораться почему данные аппараты стали так популярны

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.