Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



Зварювальні пристрої




Читайте также:
  1. Застосування пристроїв постійного контролю за ізоляцією
  2. Опис технічних пристроїв, які містить об’єкт захисту
  3. Повторювачі (repeater) – пристрої для відновлення і посилення сигналів в мережі з метою збільшення її довжини.
  4. Технічні пристрої на проміжних станціях
  5. Фазозсувні пристрої

Зварна дуга – це один з видів стійкого електричного розряду через газовий шар нейтральних атомів, іонів і електронів. Дуговий розряд характеризується великою щільністю струму і високою температурою. В дуговому розряді спостерігається нерівномірний розподіл електричного поля у міжелектродному просторі, який складається з трьох областей: катодної, анодної і стовпа дуги. Такий розподіл областей пов’язаний з тим, що технологічно неможливо, щоб дуга безпосередньо контактувала з електродами, оскільки температура кипіння останніх значно нижче температури стовпа. Зважаючи на це напруга дуги UД визначається падінням наруг на катодній UК, анодній області UА і безпосередньо на стовпі дуги UСТ:

. (1)

Напруга стовпа дуги розраховується за струмом дуги ІД і статичним опором стовпа дуги RCT:

. (2)

Дуга має криволінійну статичну характеристику і тому є нелінійним навантаженням. На статичній ВАХ (СВАХ) дуги, рис. 2, виділяють три ділянки: падаючу І, жорстку ІІ, зростаючу ІІІ.

Рис. 2. Статична ВАХ дуги

 

Нахил ділянок СВАХ оцінюється диференційним опором RД. На падаючій ділянці RД < 0, на жорсткій RД ≈ 0, на зростаючій RД > 0. На падаючій ділянці зменшення напруги пов’язане зі значним збільшенням площі перерізу стовпа дуги SCT і його електропровідності, на жорсткій ділянці площа перерізу стовпа дуги змінюється пропорційно величині струму, на зростаючій ділянці площа перерізу стовпа дуги залишається незмінною через обмеження діаметру електроду d. Межа між І і ІІ ділянками дуги спостерігається при струмах 50..100 А, меж між ІІ і ІІІ ділянками залежить від площі електроду d, тому визначається густиною струму стовпа дуги 100 А/мм2.

Параметри СВАХ дуги налаштовують регулюванням висоти стовпа дуги l і вибором діаметру електроду d: збільшення висоти стовпа дуги l зміщує статичну характеристику у напрямі вищих напруг, збільшення діаметру електрода збільшує довжину жорстокої ділянки СВАХ.

Рис. 3. Вплив висоти стовпа дуги l і діаметру електрода d на статичну ВАХ дуги

 

В більшості випадків в ході зварювання параметри дуги також змінюються: висота стовпа дуги змінюється за рахунок зміни відстані між електродами, струм дуги – за рахунок коливання напруги живлення джерела і т.д. Якщо значення параметрів за час 10-3..10-2 с змінюються несуттєво, баланс між подаванням і відведенням енергії з дуги знаходяться у рівновазі, тому залежність напруги від струму дуги визначається СВАХ. При швидких змінах параметрів рівновага між подачею і відводом енергії дуги настає із запізненням. В цьому випадку для розрахунку зміни струму і напруги дуги використовують динамічну ВАХ (ДВАХ). В процесі зварювання найчастіше змінюється величина струму внаслідок зміни вихідної напруги джерела живлення. Розглянемо випадок, коли струм дуги стрибком змінився зі значення ІД1 до ІД2, рис. 4. Режим роботи дуги перед стрибком струму визначається точкою 1 СВАХ з координатами ІД1, UД1, в якій статичний опір стовпа дуги рівний RСТ1. Напруга дуги для цього випадку розраховується за формулою:



. (3)

Одразу після стрибка струму до значення ІД2 статичний опір дуги RСТ1 не встигає змінитись, також залишаються постійними значення потенціалів аноду і катоду. Тому значення напруги дуги стрибком збільшується до величини:

. (4)

 

Рис. 4. Приклад побудови ДВАХ дуги

 

Зважаючи на це, ділянка 1-3 ДВАХ дуги є прямою лінією, яка проходить через точку О з координатами (ІД = 0, UД = UA + UK) і має нахил, який відповідає значенню статичного опору RСТ1. Потім струм і напруги системи «дуга-джерело живлення» змінюються в напрямі усталеного значення, яке відповідає точці 2 СВАХ, де напруга знизиться зі значення UД3 до UД2, а значення струму залишатиметься постійним і дорівнюватиме ІД2. Тому ділянка 3-2 ДВАХ є вертикальною прямою. При цьому опір стовпа дуги поступово знизиться до значення RCT2, що призведе до виникнення перехідного процесу.



Для аналізу параметрів перехідного процесу розглядається математична модель дуги. Миттєвий опір стовпа дуги rCT розраховується за миттєвими значеннями стуму і напруги стовпа дуги іθ, uθ, які визначаються по СВАХ, за формулою:

. (5)

Параметри іθ, uθ є уявними, оскільки як показано вище миттєві значення струмів і напруг у перехідному режимі відрізняються від значень розрахованих по СВАХ. Реальна напруга стовпа дуги розраховується через миттєве значення стовпа дуги і зварного струму іД:

. (6)

В перехідному режимі потужність РДЖ, яка надходить в дугу від джерела живлення і потужність Рθ, яка відводиться від дуги, не дорівнюють одна одній. У випадку, який ілюструється рис. 4, РДЖ > Рθ. Тому енергія Q, накопичена в стовпі дуги, зростає:

. (7)

Потужність джерела РДЖ визначається зварним струмом іД:

, (8)

а потужність Рθ визначається через струм іθ:

. (9)

Підстановка виразів (8) і (9) в (7) дозволяє отримати співвідношення:

, (10)

в якому перший дріб позначається сталою часу ТД. Ця величина характеризує теплову та енергетичну інерційність дуги і має порядок 10-5..10-3 с. Вона залежить від складу газу і збільшується з ростом об’єму і температури плазми дуги.



Для розглянутого прикладу, струм стрибком збільшується зі значення ІД1 до ІД2. Тому початкове значення уявного струм іθ1 = ІД1 , а зварний струм в кінці перехідного режиму рівний іД = ІД2. Підставивши ці значення до рівняння (10) і розв’завши його, отримаємо:

. (11)

При t = 0, іθ = ІД1, при t → ∞, іθ = ІД2, тобто струм іθ описує реакцію дуги на стрибкоподібну зміну струму джерела живлення. За значенням струму іθ і СВАХ дуги розраховується напруга дуги, рис. 4. З діаграми вихідної напруги видно, що стрибок струму ΔІ джерела спричинює стрибок напруги дуги ΔU = ΔІ·rCT.


Дата добавления: 2014-12-03; просмотров: 17; Нарушение авторских прав







lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2021 год. (0.01 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты