МИКРО ПЛАЗМЕННАЯ СВАРКА

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ НА АНОДЕ ДУГИ

При микроплазменной сварке было замечено, что увеличение длины дуги в интервале от 1 до 6 мм при постоянном значении тока приводит к росту скорости плавления металла, вплоть до образования прожогов. В связи с этим исследовалась [26] за­висимость тепловой мощности на изделии от длины дуги. Были проведены калориметрические измерения тепловой мощности на аноде (изделии). Измерительная установка состояла из во­доохлаждаемого анода, расходомера типа РС-5 е эбонитовьш поплавком и ртутных термометров TJI-4. Тепловая мощность (Вт) вычислялась по уравнению

Ра = cS (Т2- Ті) = (ІІ. З)

где с—теплоемкость; S — расход воды; Т и Т2 — температура входящей и выходящей воды соответственно.

При этом измерялась также температура воздуха. Расход воды в зависимости от величины измеряемой мощности уста­навливался с таким расчетом, чтобы температура воды на вылоде не превышала комнатной. При этом исключались по­тери энергии в окружающее пространство. Тепловая мощность на изделии изменялась приблизительно от 40 до 200 Вт в зави­симости от тока и длины дуги.

Расход воды регистрировался с точностью до 0,5 деления расходомера, что составляло 0,07 г/с. Точность измерения тем­пературы была равна 0,1 град. Относительная ошибка при из­мерении малых мощностей (Ра=40 Вт, S—2 г/с, ДТ=4 град) составляла 6%, а при измерении больших мощностей (Ра = = 200 Вт, S 12 г/с, АТ = 4 град) — менее 3%. Таким образом, относительная ошибка измерения тепловой мощности составила

3-6%.

Результаты измерения мощности в зависимости от тока при различной длине дуги и использовании в качестве защитного газа смеси 93% Аг + 7% Ня представлены на рис. 24. Как видно, тепловая мощность на аноде пропорциональна свароч­ному току и коэффициент пропорциональности тем больше, чем длиннее дуга (/д = 1-г-6 мм). Аналогичные зависимости были получены при использовании защитных газов — гелия и смеси (93% Не + 7% Н2).

Ручная микроплазменная сварка неизбежно связана с коле­баниями длины дуги. Если дуга питается от источника с круто­падающей характеристикой, когда колебания длины дуги про­исходят при неизменном токе, то эти колебания вызовут изме­нения тепловой мощности на аноде (изделии). Так, например, если /д = 6 А и длина дуги 2 мм, то ее колебание ±1 мм при­водит к изменениям мощности на изделии ±17 Вт, что состав­ляет 20% мощности Ра=82 Вт. Такие колебания мощности за­трудняют качественную сварку тонких металлов.

Проведенные опыты показа пи, что источник питания с вер­тикальной характеристикой с технологической точки зрения мало приемлем Для ручной микроплазменной сварки, гак как колебания длины дуги приводят к неравномерности плавления металла, затрудняют процесс ручной сварки и ухудшают каче­ство швов.

Средняя тепловая мощность на аноде, выделяемая импульс­ной дугой низкого давления, изменялась от 100 до 1000 Вт в зависимости от скважности, амплитуды и длительности им­пульса тока. Потребляемая дугой мощность измерялась тепло­выми приборами Т-16 и Т-18 класса 0,5 с относительной ошиб­кой, равной 1%-

Результаты измерений тепловой мощности в зависимости от тока дуги для различных расходов газа представлены на рис. 25,

Рис. 24.

Зависимость тепловой мощности на аноде от тока при различных значениях длины дуги.

из которого видно, что с увеличением тока дуги и уменьшением расхода газа тепловая мощность растет. Уменьшение тока нака­ла катода снижает тепловую мощность на аноде. В этом слу­чае происходит перераспределение падения напряжения на разряде в сторону увеличения катодного падения.

Зависимость тепловой мощности Ра и КПД от длительности импульса и паузы, а также натекания плазмообразующего газа изображены на рис. 26. При малых длительностях импульса или при больших паузах нагрев катода током разряда умень­шается (рис. 26, а) и для обеспечения эмиссионной способности катода требуется ьысокое падение напряжения. При увеличе­нии длительности импульса тока тепловые процессы на катоде стабилизируются, влияние импульсного режима становится менее заметным. Крутизна всех кривых при больших тй и малых тл значительно уменьшается. Таким образом, приведенные резуль­таты свидетельствуют, что отмеченное ранее увеличение напря­жения на дуге в импульсном режиме связано также с повыше­нием катодного падения потенциала.

Большой интерес представляет зависимость тепловой мощ­ности и КПД от натекания плазмообразующего газа (рис. 26, б). Видно, что с уменьшением натекания газа резко увеличивается тепловая мощность на аноде, а тепловой КПД проходит через максимум, т. е. при малых расходах газа мощность, потребляе­мая дугой, растет быстрее, чем мощность, передаваемая дугой аноду. Такой характер зависимостей Ра и rj от натекания газа

Рис. 26.

Зависимость тепловой мощности на аноде дуги низкого лавления и КПД от длительности импульса и пяг'^ы (я) ft натекания

плазмообразуюше о газа (б) (*сп= 4,5- с);

Глава вторая. Способы микроялсьменной сварки

свидетельствует о том, что уменьшение натекания газа до зна­чений, соответствующих максимуму кривой r]=f{Qp), приводит к увеличению энергии приходящих на анод электронов. Даль­нейшее уменьшение расхода газа ведет к увеличению катодного падения потенциала.

Из сопоставления кривых % = f(Qp) (см. рис. 26, б) и al — = / (Qv) (см. рис. 9) следует, что абсциссы их максимумов при­мерно совпадают. Этот факт подтверждает, что коэффициент контрагирования зависит от напряженности электрического поля в столбе.

Итак, результаты экспериментальных измерений показыва­ют, что тепловая мощность, выделяемая на изделии, и тепловой КПД являются функциями амплитуды тока дуги, длительности импульса и паузы, натекания плазмообразующего газа и тока накала. Наиболее сильное влияние оказывают амплитуда тока и натекание газа.

Вольт-амперные характеристики, а также обработка данных калориметрических измерений позволили определить внешнюю характеристику источника питания, которая обеспечивает по­стоянство тепловой мощности на изделии независимо от коле­баний длины дуги при нормальном давлении и колебаний рас­хода іаза в дуге низкого давления.