РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАЗМЕННОЙ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ И
ЭФФЕКТИВНОСТИ НАГРЕВА ПЛАЗМЕННОЙ ДУГОЙ
ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА
2.1. Усовершенствование методики экспериментального определения электроэнергетических характеристик дугового разряда
Широкое применение в сварочной технике нашла плазменная сварка в аргоне неплавящимся электродом. Но возможности такой дуги еще далеко не исчерпаны. Большой интерес представляет дуга переменного тока, которая обладает преимуществами дуг прямой и обратной полярностей и весьма перспективна, особенно при сварке алюминиевых сплавов. Теоретические и экспериментальные исследования такой дуги затруднены из - за термодинамического неравновесия между столбом и областями активных пятен, кратковременности протекания процессов и динамичности электрических и геометрических параметров дуги [158]. Получили дальнейшее развитие исследования по определению электроэнергетических характеристик плазменных процессов. В результате замены в схеме управления электромагнитных контакторов на электронные регуляторы и пускатели на порядок увеличилась точность синхронизации исследовательских приборов: скоростной кино- и фотокамеры, осветителей катодного и шлейфового осциллографов, схем включения процесса сварки и наплавки. Усовершенствованная методика экспериментального определения электроэнергетических характеристик дугового разряда переменного тока была основана на применениии скоростной киносъемки (кинокамерой СКС-1м), синхронизированной с записью электрических параметров электроннолучевым С1-67 и магнитоэлектрическим осциллографам Н-102. Работа регистрирующей аппаратуры согласовывалась с помощью электронного устройства управления ЭУУ, подававшего сигналы на включение и выключение осциллографа МЭО типа Н-102, кинокамеры СКС-1м, фотокамеры ФК типа "Зенит-Е". Кино-, фото- кадры и осциллограммы совмещались по записи калиброванных по частоте и длительности импульсов напряжения (меток времени, подаваемых с ЭУУ на неоновую лампу НЛ кинокамеры СКС-1м) и через магазин сопротивлений МС на соответствующие шлейфы магнитоэлектрического осциллографа МЭО [158]. Период следования импульсов ( меток времени), их длительность устанавливались и контролировались с помощью электронносчетного цифрового частотомера ЦЧ, работающего в режиме измерения периода или длительности импульсов соответственно.
Функциональная схема установки представлена на рис.2.1, принципиальная схема установки представлена на рис.2.2.
В состав установки входят: сварочная установка ? СУ; скоростная кинокамера СКС-1м; электроннолучевой осциллограф ? ЭЛО; магнитоэлектрический осциллограф ? МЭО; цифровой частотомер ? ЦЧ; фотокамера ? ФК; магазин сопротивлений ? МС; электронное устройство управления ? ЭУУ.
В свою очередь, электронное устройство управления ЭУУ включает в себя: реле времени разгона и длительности регистрации сварочного процесса кинокамерой СКС-1м и магнито-электрическим осциллографом МЭО - РВРР; генератор меток времени - ГМВ; блок питания - ЭУУ; электроспуск фотокамеры ФК - ЭС (см. Приложение Б.1).
На кинограммах отчетливо видно изменение столба дуги, начиная от погасания (почти полная потеря свечения) и кончая максимальным расширением. Период такой пульсации равен периоду изменения электрического поля, задаваемого источником питания. Яркость столба дуги усиливается по мере увеличения тока.
Внутри светящегося факела появляется резко отличающийся по яркости светящегося факела столб. Он возникает через 1.10-3 с после возбуждения. За это время ток дуги успевает возрасти до 50-70 А. С помощью скоростной киносъемки обнаружено, что в столбе дуги (при достаточной плотности тока) возникает ярко светящееся контрагированное ядро диаметром, равным 1/4 диаметра столба дуги. Контрагирование наиболее заметно в полупериод обратной полярности при погасании дуги. Ядро становится заметным при токе около 50 А. Во время существования ядра размеры (ранее возникшего) столба не изменяются почти до момента погасания. Диаметр ядра, напротив, за этот период увеличивается в 2-3 раза. Время деионизации дугового промежутка возрастает с повышением степени сжатия дуги при возрастании плотности тока и в некоторых пределах - при увеличении расхода газа. С ростом потока газа через канал сопла повышается напряжение на дуге, причем напряжение максимально в полупериод прямой полярности. На кинограммах процесса сварки алюминиевых сплавов в момент перехода тока через нулевое значение иногда удается обнаружить (в момент прямой полярности) встречный поток с анода. Поток с анода - изделия в момент погасания и возбуждения дуги облегчает начало процесса, т.к. создает среду с меньшим, чем у аргона потенциалом ионизации [467, 484] .
2.2. Исследование вольт-амперных характеристик
2.2.1. Определение статических вольт-амперных характеристик.
Была проведена серия экспериментов, необходимых для сравнений условий существования и свойств разряда при плазма-ТИГ сварке: при фактически неплавящихся электродах; при интенсивно испарающемся электроде-изделии.
В качестве свариваемого металла и второго электрода служили пластины из алюминия, сплава АМг6, меди, графита, а также вольфрамовый стержень диаметром 10 мм, запресованный в медный водоохлаждаемый держатель. Сварка велась с полным проплавлением алюминия и сплава АМг6 на медной нерасплавляемой прокладке. В экспериментах использовали плазмотрон, имеющий диаметр медного сопла 2 - 3 мм, диаметр вольфрамового электрода - 8 мм. В качестве источника использовался трансформатор с UХХ = 120 В. Дуга возбуждалась с помощью осциллятора, который отключался в момент стабилизации горения дуги.
В результате проведенных экспериментов с применением усовершенство
- Київ+380960830922