19.11.2018
В последние годы всё большее количество люде используют для обшивки фасадной части своего жилого здания металлический сайдинг (из...


19.11.2018
Горячекатаный швеллер в последние годы считается весьма популярным типом металлического проката. Он нашёл широчайшее во многих...


19.11.2018
Участие профессионального адвоката в уголовном производстве в настоящий момент считается важнейшим условием для того, чтобы моно...


19.11.2018
Наличие надежных дверных замков в рабочем состоянии — залог того, что квартира и все ее имущество останутся целыми. Это защита от...


17.11.2018
Сантехнические ревизионные люки являются технологичными углублениями или же, иными словами, колодцами, где располагаются счётчики...


17.11.2018
Рекуператор является одним из видов теплообменного оборудования, основным предназначением которого называют возвращение тёплых...


Устойчивость горения дуги в сварочной цепи, содержащей индуктивность с насыщенным стальным магнитопроводом

12.07.2018
Искажение формы кривой тока в сварочной цепи вызывается двумя причинами: несинусоидальной формой кривой напряжения дуги и значительным насыщением стальных магнитопроводов реактивных катушек, а в некоторых случаях и трансформаторов. При правильно выбранном напряжении холостого хода трансформатора и ненасыщенной магнитной цепи реактивной катушки кривая тока близка к синусоиде. Поэтому на форму кривой тока решающее влияние оказывает насыщение стальных магнитопроводов реактивных катушек (шунтов сварочных трансформаторов).

Искажение кривой тока дуги приводит к снижению мощности и коэффициента мощности всей установки.

Коэффициент мощности дуги всегда меньше единицы. При одинаковых эффективных значениях напряжения и тока дуги величина коэффициента мощности дуги уменьшается с увеличением искажения кривых. Вследствие этого для повышения мощное и дуги и коэффициента мощности целесообразно стремиться к минимальному искажению кривых тока и напряжения. При непрерывном горении дуги и линейных сопротивлениях сварочной цепи коэффициент мощности дуги находится в пределах 0,97...0,99. При сильном насыщении магнитопроводов в кривой тока появляется значительная третья гармоника, находящаяся в противофазе с третьей гармоникой кривой напряжения дуги. В результате этого коэффициент мощности дуги снижается до 0,8 и ниже.

Степень насыщения магнитопровода индуктивности в сварочной цепи оказывает значительное влияние на устойчивость горения дуги. В момент повторного возбуждения дуги справедливо соотношение

U — напряжение холостого хода; ф — начальная фаза; Uз — напряжение зажигания дуги; w — число витков индуктивности; Ф — магнитный поток в стальном магнитопроводе; I — мгновенное значение тока.

Считаем, что при минимальном напряжении холостого хода, достаточном для непрерывного горения дуги, ее возбуждение происходит в момент t = 0.

Дальнейший ход кривой dI/dt = f(t) существенно зависит от степени насыщения магнитопроводов индуктивностей сварочной цепи.

Если магнитопровод не насыщен, то есть индуктивность неизменна, то при повторном возбуждении дуги напряжение на дуговом промежутке скачкообразно изменяется от значения напряжения зажигания до напряжения горения (рис. 3). Сразу же вслед за возбуждением дуги скорость нарастания тока скачкообразно увеличивается от нулевого до конечного значения.
Устойчивость горения дуги в сварочной цепи, содержащей индуктивность с насыщенным стальным магнитопроводом

Иная картина наблюдается при наличии в сварочной цепи индуктивности с насыщенным магнитопроводом. В этом случае изменение напряжения на дуговом промежутке от величины напряжения зажигания до напряжения горения происходит не мгновенно, а в течение конечного промежутка времени. Скорость нарастания тока dI/dt увеличивается плавно от нулевого значения до максимума (рис. 1). При этом резко снижается надежность повторных возбуждений и устойчивость горения дуги.

В сварочной дуге переменного тока температура разрядного промежутка сильно колеблется, достигая минимума вслед за прохождением тока через нулевое значение. Невозможность мгновенных изменений напряжения на дуговом промежутке способствует увеличению времени, в течение которого дуга не горит. Это приводит к еще большему снижению температуры разрядного промежутка, теряющего значительные количества тепловой энергии и заряженных частиц. Разрядный промежуток сильно деионизируется, охлаждаются пятна на электроде и изделии, что затрудняет повторное возбуждение дуги. Для зажигания дуги требуются повышенные напряжения.

Невозможность мгновенного скачкообразного изменения напряжения на дуговом промежутке объясняется невозможностью мгновенного изменения напряжения на индуктивности с насыщенным магнитопроводом. Потери на вихревые токи и перемагничивание магнитопровода возрастают пропорционально квадрату индукции. Размагничивающее действие вихревых токов может быть представлено эквивалентным короткозамкнутым контуром. Известно, что при наличии такого контура невозможно мгновенное изменение напряжения на индуктивности. Наличие значительных потерь на перемагничивание также делает невозможным мгновенное изменение напряжения.

Можно привести и такое соображение. Известно, что катушка со стальным магнитопроводом может быть представлена схемой замещения, в которой индуктивность зашунтирована активным сопротивлением, эквивалентным потерям в магнитопроводе. Чем меньше это сопротивление, тем, при прочих равных условиях, медленнее может нарастать напряжение на параллельно соединенных индуктивности и сопротивлении.

Аналогичные явления могут наблюдаться и в тех случаях, когда реактивная катушка работает в ненасыщенной части кривой намагничивания. Причиной может служить наличие короткозамкнутых контуров, близость к обмотке массивных ферромагнитных деталей, стенок кожуха и др. Этим, в частности, может быть объяснено известное на практике недостаточно устойчивое горение дуги в сварочных цепях, содержащих реактивные катушки с ненасыщенными магнитопроводами, но относительно малыми воздушными зазорами и большим объемом стали в магнитопроводе.

В работе мы установили, что мгновенное изменение напряжения на дуговом промежутке, зашунтированном электропроводной флюсовой оболочкой, теоретически невозможно. Скорость протекания переходного процесса с момента погасания до повторного возбуждения дуги определяется величиной шунтирующего сопротивления и характеристикой магнитной цепи индуктивности.

Положив, что в момент t = 0 ток через шунтирующее сопротивление равен нулю (Iш = 0), получим:

Из (3) найдем скорость нарастания тока в момент t = 0:

Как видим, скорость нарастания тока тем больше, чем менее насыщен магнитопровод индуктивности, то есть чем меньше величина производной dФ/dIш. С другой стороны, величина dIш/dt возрастает с повышением напряжения холостого хода сварочного трансформатора U.

По величине dIш/dt можно судить о скорости нарастания напряжения между электродами dUэ/dt = Rш dIш/dt, определяющей надежность повторных возбуждений дуги. Последние в свою очередь в значительной мере определяют устойчивость горения дуги.

Помимо критерия (4), устойчивость горения дуги, зашунтированной флюсовой электропроводной оболочкой, должна быть также оценена по ходу кривой dI/dt = f(t) после возбуждения дуги, аналогично тому, как это описано выше.

Практически, при сварке под распространенными в настоящее время кислыми флюсами АН-348, ОСЦ-45 электропроводностью флюсовой оболочки, окружающей дугу в процессе сварки, можно пренебречь. При этом устойчивость горения дуги можно с успехом оценить по наличию разрыва в кривой dI/dt = f(t) в момент повторного возбуждения дуги.

На основании изложенного выше можно сформулировать критерий устойчивого горения дуги: в момент повторного возбуждения дуги производная dI/dt должна иметь разрыв, скачкообразно изменяя свое значение в пределах, обусловленных данными сварочной цепи и режима сварки.

С целью проверки высказанных положений мы провели соответствующие опыты, сопровождавшиеся осциллографированием напряжения, пропорционального производной dI/dt.

В качестве примера на рис. 1 приведена осциллограмма, снятая при горении дуги под флюсом АН-348. В сварочную цепь был включен дроссель РСТЭ-53 с замкнутым магнитопроводом. Напряжение холостого хода трансформатора с Ek = 5,5 % равнялось 85 В. Режим сварки характеризовался следующими данными: Uд - 32...35 В; Iд = 900 А; vсв = 25 м/ч. При этом индукция в магнитопроводе дросселя достигала 19,5*10в3 г. Как видим, в моменты прохождения тока дуги через нулевое значение скорость его нарастания dI/dt равна нулю. Скорость остается также небольшой и в последующие за возбуждением дуги моменты времени. Повторные возбуждения дуги крайне затруднены; заметны перерывы в горении дуги. Пики зажигания достигают четырехкратных значений напряжения горения дуги.

На рис. 2 приведена осциллограмма, отличающаяся от предыдущей несколько меньшей индукцией в магнитопроводе дросселя (15*10в3 г).

Режим сварки был сохранен прежним. Здесь уже в моменты прохождения тока через нулевое значение скорость его нарастания больше нуля. В тех полупериодах, когда катодом является свариваемое изделие, пики зажигания не превышают дву-, трехкратного значения напряжения дуги. Устойчивость горения дуги заметно повысилась.

Для сравнения на рис. 3 приведена осциллограмма тока и напряжения дуги, снятая при ненасыщенном магнитопроводе дросселя и прежних условиях сварки. Скорость нарастания тока дуги достаточно велика, на кривой dI/dt = f(t) четко видны разрывы. Пики зажигания не превышают двукратного значения. Горение дуги практически непрерывно и очень устойчиво.

Таким образом, с уменьшением насыщения магнитопроводов реактивных катушек и шунтов сварочных трансформаторов возрастает скорость нарастания напряжения на электродах и тока в моменты его прохождения через нулевые значения. Вместе с этим резко повышается устойчивость горения дуги. Проведенные опыты полностью подтверждают возможность оценки устойчивости горения дуги с помощью сформулированного выше критерия.

Отрицательно влияют на устойчивость горения дуги местные замыкания магнитопроводов дросселей. При значениях тока, близких к нулю, индуктивность сварочной цепи оказывается высокой; снижается скорость нарастания напряжения на дуговом промежутке, зашунтированном оболочкой расплавленного электропроводного флюса. Появляются перерывы в горении дуги. С ростом тока участки местного замыкания магнитоп-роводов насыщаются и перестают играть существенную роль.

Приведенные соображения подтвердились осциллографическим исследованием. В качестве примера на рис. 4 приведена осциллограмма, снятая при горении дуги под флюсом АН-348. В сварочную цепь был включен дроссель РСТЭ-53 с воздушным зазором в магнитопроводе b = 3 мм, в которой была введена стальная пластинка размером 15x15x3 мм. Эта пластинка замыкала магнитопровод, увеличивая индуктивность при значениях тока, близких к нулю. Режим сварки характеризовался следующими данными: Ux.x = 94 В; Uд = 32...38 В; Iд = 480...520 A; vсв = 30 м/ч. При этом индукция в магнитопроводе достигала 15*10в3 Г. Как видим, повторные возбуждения дуги затруднены. В те полупериоды, когда катодом является изделие, наблюдаются трех- и четырехкратные пики зажигания. Отчетливо видны перерывы в горении дуги. Дуга горит очень неустойчиво, что наглядно характеризуется осциллограммой рис. 5, снятой при скорости движения осциллографной бумаги 1 см/с.

На рис. 6 приведена осциллограмма, снятая при прежнем режиме сварки. Из воздушного зазора дросселя РСТЭ-53 прежней величины была изъята стальная пластинка. При этом возросла скорость нарастания напряжения на дуговом промежутке. Улучшились условия повторного возбуждения дуги. Увеличилась устойчивость ее горения.

Для сравнения на рис. 7 приведена осциллограмма, снятая при включении в сварочную цепь индуктивности с ненасыщенным магнитопроводом и при прежнем режиме сварки. Как видим, дуга горит практически непрерывно, вполне устойчиво. Практически местное замыкание магнитопроводов может встретиться в дросселях со стальными регулировочными винтами, в некоторых трансформаторах с насыщающимися магнитными шунтами и др. Совершенно очевидно, что это явление недопустимо.

Выводы

1. Насыщение стальных магнитопроводов индуктивностей в сварочной цепи приводит к искажению формы кривой тока. Искажение кривой тока приводит к снижению мощности дуги и коэффициента мощности всей установки.

2. При наличии в сварочной цепи индуктивности с насыщенным магнитопроводом резко снижается надежность повторных возбуждений и устойчивость горения дуги. Это объясняется малой скоростью изменения напряжения на дуговом промежутке и недостаточной скоростью нарастания тока дуги в моменты, следующие за его прохождением через нулевые значения.

3. На надежность повторных возбуждении и устойчивость горения дуги отрицательно влияют местные замыкания магнитопроподов индуктивностей сварочной цепи. Последние приводят к снижению скорости нарастания напряжения на дуговом промежутке, зашунтированном оболочкой расплавленного электропроводного флюса.

4. Для устойчивого горения сварочной дуги необходимо, чтобы в момент повторного возбуждения дуги производная dI/dt имела разрыв, скачкообразно изменяя свое значение от нуля до конечной величины, обусловленной данными сварочной цепи и режима сварки. Наличие разрыва может служить критерием устойчивости горения дуги.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: