6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Короткое замыкание при сварке

Устойчивость при сварке с короткими замыканиями

При сварке плавящимся электродом возмущения вызываются капель­ным переносом электродного металла. Особые требования предъявляют­ся к динамическим свойствам источника, если перенос сопровождается короткими замыканиями капли на изделие.

Характеристики переноса при естественных технологических ко­ротких замыканиях иллюстрируются рисунок. 5.12. Такие замыкания харак­терны для механизированной сварки в углекислом газе от источника с низким напряжением. На стадии дугового разряда (1) происходит плав­ление электрода и образование капли. По мере роста капли при непрерыв­ной подаче электрода длина дуги сокращается, а напряжение падает. Ста­дия дугового разряда продолжается в течение времени td = 0,005 — 0.1 с.

Рисунок. 5.12 – Процесс переноса капли с коротким замыка­нием (а) и осциллограммы напряжения и тока дуги при естественном (б, в) и управляемом (г) переносе

Затем капля касается ванны расплавленного металла, при этом дуга гас­нет, напряжение резко снижается, а ток возрастает — наступает стадия короткого замыкания. Ее длительность tK – 0,001—0,01 с. В начале ста­дии короткого замыкания (2) капля касается ванны на очень небольшой площади. Искривление линий тока, проходящих через жидкую перемычку между каплей и ванной, вызывает появление электродинамиче­ских сил, сжимающих перемычку и препятствующих переходу капли в ванну. Но при благоприятном ходе процесса переноса капля сливается с ванной и перетекает в нее (3). Это приводит к образованию тонкой пе­ремычки уже между каплей и электродом. Окончательное разрушение перемычки происходит под действием сжимающих электродинамиче­ских сил, а также благодаря перегреву и взрывному испарению металла перемычки при возрастании плотности тока в ней (4). После разрыва цепи короткого замыкания дуга повторно зажигается (5), при этом на­пряжение источника быстро восстанавливается до значения Uд, а ток снижается до Iд min с последующим плавным нарастанием до Iд. Опи­санные явления регулярно повторяются.

Такой процесс, несмотря на резкие изменения параметров, обеспечи­вает практически равномерное плавление электродного и основного ме­талла и образование сплошного ровного шва, что позволяет говорить о технологической устойчивости процесса, не смешивая его с классиче­ским понятием устойчивости как длительной неизменности характера электрических процессов.

Условием технологической устойчивости процесса с естественными короткими замыканиями следует считать регулярную смену стадий ду­гового разряда и короткого замыкания. Поэтому в качестве непосред­ственного критерия оценки устойчивости можно принять частоту цикли­ческих изменений тока и напряжения. Например, при механизированной Сварке в углекислом газе процесс устойчив при частоте fц=10—150 Гц. При этом длительность коротких замыканий tк не должна превышать 0,01 с. Нежелательна и затяжка стадии дугового разряда td более 0,1 с. Абсолютно недопустимы длительные обрывы дуги, т.е. переход к стадии холостого хода источника.

Характер переноса капли интересует нас еще и потому, что он влияет на разбрызгивание электродного металла за пределы сварочной ванны. Приводящее к значительным потерям металла и повышению трудовых Затрат на зачистку сварного изделия от приварившихся брызг.

Приемы повышения технологической устойчивости и снижения разбрызгивания рассмотрим параллельно. Критическим для обеспечения непрерывности процесса является момент начала короткого замыкания (2). При слишком большом токе Iд капля не сливается с ванной, а иногда даже отбрасывается за ее пределы. Например, сварка в углекислом газе проволокой диаметром 2 мм с короткими замыканиями не рекомендуется при токе более 400 А именно по этой причине в связи с многократными задержками в переносе капли и чрезмерным разбрызгиванием. Еще один критический момент приходится на окончание стадии короткого замыкания (3). Для надежного прерывания короткого за­мыкания необходимо интенсивное разрушение перемычки между каплей и электродом, что обеспечивается при достаточно большом значении тока короткого замыкания. Так, при сварке на токах от 50 до 300 А проволокой диаметром 0,5 — 1,4 мм необходим ток с пиковым значением Iкп=300 — 500 А. Принято также оценивать надежность по скорости нарастания тока короткого замыкания она для этих проволок должна быть выше 70 кА/с. При меньших значениях тока короткого замыкания и его скорости нарастания перемычка между каплей и электродом не разрушается, и стадия короткого замыкания затягивается, что приводит к погружению электрода в ванну. При этом дуга может не возобновиться, в результате непрерывность процесса нарушится. Однако и чрезмерно завышать силу тока короткого замыкания и его скорость не рекомендуется, поскольку при скорости более 180 кА/с наблюдается повышенное разбрызгивание электродного металла.

Читать еще:  Армирование фундамента под забор своими руками

Рассмотрим способы воздействия на ток короткого замыкания. Если учесть кроме сопротивления источника RH еще и сопротивление вылета RB электродной проволоки, то пиковое значение тока короткого замыкания IкпU/(Rи + RB). Отсюда видно, что для увеличения пикового значения тока короткого замыкания следует увеличивать напряжение холостого хода U источника и снижать его внутреннее сопротивление RH. Для увеличения скорости нарастания тока короткого замыкания необходимо, кроме того, снижать индуктивность L. Перечисленные приемы, решая проблему надежного разрыва цепи короткого замыкания (момент 3 на рисунок. 5.12), обеспечивают выполнение главного условия технологической устойчивости. Но эти же приемы затрудняют слияние капли с ванной (2), играющее хоть и второстепенную, но заметную роль в обеспечении устойчивого процесса.

Очевидно, что для снижения разбрызгивания электродного металла на обоих критических участках стадии короткого замыкания следует снижать ток короткого замыкания и скорость его нарастания. В частности, полезно увеличение индуктивности. С этой целью в сварочных вы­прямителях используют сглаживающий дроссель. Особенно эффективен управляемый дроссель, в начале короткого замыкания он имеет большую индуктивность и, следовательно, сильно ограничивает ток, что способствует слиянию капли с ванной. В конце короткого замыкания его индуктивность резко снижают, и ток возрастает, что обеспечивает сбрасывание капли с электрода.

Последний критический момент (4) связан с необходимостью повторного зажигания дуги после короткого замыкания. При механизированной сварке в углекислом газе повторное зажигание происходит, как правило, надежно. Этому способствуют как быстрое восстановление напряжения источника, так и подпитывающее действие индуктивности в его цепи. И лишь при чрезмерно малых значениях U и L в кривой тока iд наблюдается провал до Iд min (показано пунктиром на рисунок. 5.12, в), что в сочетании с другими неблагоприятными факторами (затянувшееся короткое замыкание, большой вылет электрода, чрезмерное его отдергивание) может привести к обрыву дуги, нарушающему устойчивость процесса.

Как видно, требования к электрическим характеристикам источника для обеспечения устойчивости и снижения разбрызгивания на различных стадиях процесса разнообразны и противоречивы. Так, увеличение индуктивности L способствует снижению разбрызгивания, надежному повторному зажиганию дуги и слиянию капли с ванной, но препятствует надежному разрыву цепи короткого замыкания. Поэтому в простейших конструкциях источников их электрические параметры назначаются на основе компромисса между отдельными требованиями. В современных же конструкциях с обратными связями и программным управлением возможно полное удовлетворение всех требований на основе управляемого переноса металла.

Циклический режим сварки короткой дугой без разбрызгивания (режим сварки с периодическими короткими замыканиями).

Данный процесс сварки характерен для сварки электродными проволоками диаметром 0,5—1,6 мм при короткой дуге с напряжением 15—22 В и токе 100—200 А.

После очередного короткого замыкания (8 и 9 на рис. 6.17) силой поверхностного натяжения расплавленный металл на торце электрода стягивается в каплю, приближая ее к правильной сфере (1—3), создавая тем самым благоприятные условия для плавного объединения со сварочной ванной. В результате длина и напряжение дуги становятся максимальными.

Читать еще:  Завод машин точечной сварки

Рис. 6.17. Циклический режим сварки короткой дугой без разбрызгивания электродного металла: 1—9 — стадии переноса

Во всех стадиях процесса скорость подачи электродной проволоки постоянна, а скорость ее плавления изменяется и в периоды 3 и 4 меньше скорости подачи. Поэтому торец электрода с каплей приближается к сварочной ванне (длина дуги и ее напряжение уменьшаются) до короткого замыкания (4). Во время короткого замыкания капля расплавленного электродного металла переходит в сварочную ванну. Далее процесс повторяется.

При коротком замыкании резко возрастает сварочный ток — до 150—200 А и как результат этого увеличивается сжимающее действие электромагнитных сил, совместное действие которых разрывает перемычку жидкого металла между электродом и деталью (рис. 6.18). Капля мгновенно отрывается, обычно разрушаясь и разлетаясь в стороны, что приводит к разбрызгиванию. Кроме того, ток такой величины, пытаясь пройти через узкую перемычку, образовавшуюся между каплей и ванной, приводит к выплеску металла.

Для уменьшения разбрызгивания электродного металла необходимо сжимающее усилие, возникающее в проводнике при коротком замыкании, сделать более плавным. Это достигается введением в источник сварочного тока регулируемой индуктивности. Эффект индуктивности иллюстрируют кривые на рис. 6.19. Изгиб кривой А показывает изменение тока во времени при наличии в цепи индуктивности, кривая В — при отсутствии индуктивности.

Рис. 6.18. Иллюстрация сжимающего эффекта при циклическом режиме сварки короткой дугой

Рис. 6.19. Изменение тока во времени с индуктивностью и без индуктивности в цепи

Максимальная величина сжимающего усилия определяется уровнем тока короткого замыкания, который зависит от конструкции блока питания. Величина индуктивности определяет скорость нарастания сжимающего усилия. При малой индуктивности капля будет быстро и сильно сжата — электрод начинает брызгать. При большой индуктивности увеличивается время отделения капли, и она плавно переходит в сварочную ванну. Сварной шов получается более гладким и чистым.

Частота периодических замыканий дугового промежутка при циклическом режиме сварки короткой дугой может изменяться в пределах 90—450 замыканий в секунду. Для каждого диаметра электродной проволоки в зависимости от материала, защитного газа и существует диапазон сварочных токов, в котором возможна сварка с короткими замыканиями. Данный режим удобен для сварки тонколистового металла и пригоден для полуавтоматической сварки во всех пространственных положениях. При оптимальных параметрах процесса потери электродного металла на разбрызгивание не превышают 7%.

Короткое замыкание при сварке

Сварочные материалы и оборудование для дуговой сварки‌

Источники питания‌ при сварке

Качественного сварного шва невозможно добиться без обеспечения стабильного горения сварочной дуги, т. е. без устойчивого протекания сварочного процесса. В значительной степени это зависит от источника питания дуги, которая загорается при коротком замыкании – в момент контакта электрода с изделием. Это сопровождается выделением теплоты и быстрым повышением температуры в зоне контакта.
Для начала сварочного процесса требуется повышенное напряжение сварочного тока, но потом в результате эмиссии электронов с катода и развития объемной ионизации газов в сварочной дуге наблюдаются снижение сопротивления дугового промежутка и, как следствие, падение напряжения до того минимума, который необходим для устойчивого горения сварочной дуги.
Сварочная цепь переживает многократные и частые короткие замыкания, которыми сопровождается переход капель металла электрода в сварочную ванну. И в каждый такой момент напряжение достигает нулевой отметки. Одновременно с этим колеблется длина сварочной дуги. Чтобы она восстановилась, надо, чтобы напряжение поднялось до рабочего, т. е. до 25–30 В, причем в минимальный промежуток времени, иначе поддерживать горение сварочной дуги будет невозможно. Кроме того, надо иметь в виду, что при коротких замыканиях возникают большие токи, которые могут привести к перегреву проводки и обмотки источников тока. Таковы в общих чертах сварочный процесс и явления, которые ему сопутствуют.
Итак, электрическая сварочная дуга, по сравнению с другими потребителями электроэнергии, имеет ряд отличительных черт:
необходимость более высокого напряжения для возбуждения сварочной дуги
по сравнению с тем, которое требуется для ее поддержания;
наличие в процессе горения сварочной дуги особого состоянии электрической цепи, которая претерпевает разрыв или короткое замыкание;
колебания напряжения сварочной дуги и, соответственно, силы сварочного тока в связи с изменением длины дуги;
падение напряжения между электродом и свариваемым изделиями до нуля при коротком замыкании, в момент которого происходит возбуждение сварочной дуги.
Специфическими особенностями сварочной дуги при ручной дуговой сварке (при других видах дуговой сварки они могут быть иными) обусловлены те требования, которые предъявляются к источникам питания, в частности:
для возбуждения сварочной дуги нужно, чтобы напряжение холостого хода превосходило напряжение сварочной дуги в 2– 3 раза (максимум напряжения холостого хода
должен быть не более 80 и 90 В для источников питания постоянного и переменного тока соответственно), но при этом оставалось безопасным для сварщика (разумеется, при соблюдении им техники безопасности);
изменение напряжения устойчивого горения дуги (рабочее напряжение), наблюдающееся при изменении ее длины (при увеличении последней напряжение должно возрастать, а при уменьшении – быстро снижаться), не должно приводить к большим изменениям силы сварочного тока и связанного с этим теплового режима сварки;
в момент короткого замыкания сила тока должна быть ограничена определенным пределом, предотвращающим возгорание проводов. Достаточно, чтобы ток короткого замыкания превышал сварочный примерно в 1,1–1,5 раза, т. е. не более чем на 40–50 %. Источник тока должен быть рассчитан и выдерживать длительные короткие замыкания, иначе он не сможет защищать обмотку от
перегрева и разрушения;
промежуток, в течение которого напряжение после короткого замыкания восстанавливается, не должен быть длительным. Необходимо, чтобы после каждого короткого замыкания, т. е. при переносе капель расплавленного металла электрода на свариваемое изделие, на подъем напряжения от нуля до рабочего (25 В) затрачивалось не более 0,05 секунды, более длительный промежуток негативно сказывается на устойчивости сварочной дуги;
источник тока должен быть мощным, чтобы обеспечивать выполнение сварочных работ и иметь соответствующую внешнюю характеристику;
источник питания дуги должен быть оснащен устройством, регулирующим сварочный ток (предел регулирования должен составлять приблизительно 30-130 % от номинального сварочного тока), тем более что это требуется для осуществления сварки электродами различного диаметра.
Источники питания отличаются своими свойствами, для описания которых введены следующие параметры:
Внешняя статическая характеристика. Это зависимость между напряжением на выходных зажимах источника питания и величиной сварочного тока. Различаются несколько типов внешних вольт-амперных характеристик источников питания (рис. 17), в частности:
крутопадающая;
пологопадающая;
жесткая;
возрастающая.

Читать еще:  Устройство вентиляции подпола в деревянном доме

Рис. 17. Типы внешних вольт-амперных

характеристик: 1 – крутопадающая; 2 –

пологопадающая; 3 – жесткая; 4 – возрастающая

Каждому способу сварки должен соответствовать тип внешней характеристики. Для ручной дуговой сварки подходят источники с крутопадающей внешней характеристикой, поскольку у них при коротком замыкании напряжение падает до нуля, благодаря чему сила тока короткого

замыкания не растет. Но при возбуждении сварочной дуги, когда ток минимален, мгновенно возникает повышенное напряжение. Источники питания с такой внешней характеристикой позволяет удлинять дугу, не опасаясь при этом, что она быстро оборвется, и сокращать ее без риска значительного увеличения тока.

Оставшиеся типы внешней характеристики источников питания (пологопадающая, жесткая и возрастающая) позволяют обеспечить существенное изменение величины сварочного тока при изменении длины дуги, что приводит к быстрому возрастанию или снижению скорости плавления электродной проволоки.

Источники питания с пологопадающей вольт-амперной характеристикой предназначаются для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом, а с

Источники:

http://studopedia.ru/14_40700_ustoychivost-pri-svarke-s-korotkimi-zamikaniyami.html
http://bstudy.net/685139/tehnika/tsiklicheskiy_rezhim_svarki_korotkoy_dugoy_razbryzgivaniya_rezhim_svarki_periodicheskimi_korotkimi_zamykan
http://sinref.ru/000_uchebniki/03400metalurg/006_Svarochnyie%20raboty.%20Praktichiesa%20Sierikova/011.htm

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector