2.8.2. Импульсное управление переносом металла в дуге

Чтобы сделать перенос металла мелкокапельным или струй­ным, обычно требуются большие токи, особенно при сварке на токе прямой полярности. Электромагнитные силы пропорцио­нальны квадрату тока, поэтому, подавая периодически кратковре­менные импульсы увеличенного тока I_п » I _б (рис. 2.45), можно обеспечить мелкокапельный перенос металла порциями с частотой воздействия импульсов.

При этом в несколько раз уменьшается нижний допустимый предел I_б сварочного тока. Основными пара­метрами импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом по­мимо ранее упомянутых параметров сварки являются: амплитуда импульса I_п; длительности импульса (t_и), паузы (t_п) и цикла (t_ц = t_и + t_п); частота импульсов f = 1/ t_ц; ток в промежутках между импульсами - базовый ток I _б.

В свою очередь, импульсные параметры могут быть подобра­ны для каждой скорости подачи проволоки так, что с каждым им­пульсом будет переноситься только одна капля присадочного ме­талла. В результате можно получить хорошо управляемую дугу без брызг во всех диапазонах тока, обеспечивающую процесс формирования высококачественных швов в разных пространст­венных положениях. Такое управление сварочным процессом на­зывается синергетическим.

Синергетическая импульсная сварка плавящимся электродом достаточно полно реализуется при использовании инверторных источников питания, обеспечивающих управление длительностя­ми импульса и паузы в интервале от 1 мс до 5 с при частоте пуль­саций до 300 Гц и выше. Импульсное управление переносом ме­талла позволяет влиять также и на металлургию процесса, регули­руя выгорание (окисление) отдельных элементов.

2.9. Сварочные дуги переменного тока

2.9.1. Особенности дуги переменного тока

По сравнению с дугой постоянного тока дуга переменного тока имеет следующие главные особенности.

В конце каждого полупериода (т. е. через 0,01 с при частоте колебаний переменного тока f = 50 Гц) электрический ток в дуге меняет свое направление, а напряжение - полярность. Катод и анод «меняются местами», и дуга возбуждается вновь. Кривые то­ка и напряжения для дуги переменного тока не являются сину­соидальными.

Повторное возбуждение дуги облегчается остаточной термо­электронной эмиссией электродов или остаточной ионизацией ду­гового промежутка. В каждом полупериоде существует пик зажи­гания U₃ > U_д. Дуга повторно возбуждается, если соблюдается со­отношение U_msinψ ≥ U₃. Угол у сдвига фаз между напряжением U и током I источника питания зависит от сопротивления дуги, а также от индуктивного и активного сопротивлений цепи дуги.

Фазу у, при которой возбуждается дуга, можно найти из соот­ношения

Поскольку амплитуда напряжения источников питания U_m ог­раничена (по соображениям безопасности), уменьшать ψ можно только путем снижения пика зажигания U₃.

Дуга переменного тока может гореть не весь полупериод, а только часть его. Время перерыва в горении дуги обычно тем больше, чем меньше время существования остаточной термо­эмиссии электронов, чем быстрее происходит распад плазмы стол­ба дуги, чем длиннее дуга и чем хуже динамические свойства ис­точника питания.