При изучении свойств сварочной дуги и определении требований к источнику питания для дуговой сварки пользуются понятиями ста­тических и динамических характеристик сварочной дуги. Рассмот­рим статические характеристики сварочной дуги.

Зависимость напряжения на дуге от длины дуги. Проводимость разрядного промежутка, являющегося нелинейным участком свароч­ного контура, зависит от длины дуги /д и от физических условий, в которых существует дуга. Как показано выше, 1дш1ст. Если ток ду­ги /=const и неизменны все факторы, влияющие на физические ус­ловия существования дуги, то зависимость между UR и /д, которые связаны в этом случае соотношением

ил=Т7Г**> (!-6)

Y$cr

линейная (рис. 1.6). Действительно, это справедливо для изотроп­ных сред, В которых У = бст/Ест = const [см. формулу (1.2)] И Sст = = const. Заметим, что для малоамперных сварочных дуг (см. ниже) эта зависимость нелинейна.

Зависимость напряжения на дуге от тока дуги. Вольт-амперная характеристика нелинейного участка сварочного контура, которая строится по данным эксперимента, представляет собой зависимость напряжения на дуге t/д от тока дуги при данных длине дуги /№ про­водимости G разрядного промежутка и постоянстве остальных фи­зических факторов, влияющих на условия существования и горения сварочной дуги. При проведении эксперимента питание дуги осуще­ствляется от специального отдельного источника постоянного тока

с регулируемым выходным напряжением. Расчеты электрических нелинейных це­пей производятся, как правило, графо­аналитическими методами. Для расчета вводится понятие дифференциального со­противления [14] нелинейного участка це­пи (в нашем случае разрядного проме­жутка, где горит дуга). Дифференциаль­ное сопротивление равно отношению бес­конечно малого приращения напряжения на дуге к бесконечно малому приращению сварочного тока:

Яд„Ф=Нт -^-=4^- (1>7)

д/-*о

Форма вольт-амперной характеристи­ки сварочной дуги отражает свойства ду­ги данной длины /д, существующей в опре­деленных физических условиях, которые обусловливают проводи­мость G разрядного промежутка. Проведение опыта для построения по его данным вольт-амперной характеристики дуги связано со зна­чительными трудностями из-за сложности измерения длины дуги /д и поддержания неизменными физических условий в разрядном промежутке. Действительно, даже при неизменных напряженности Е электрического поля в разрядном промежутке и длине дуги /д физические условия изменяются с изменением тока, так как изме­няется ряд факторов, оказывающих влияние на физические условия существования дуги: Получение опытных данных для построения вольт-амперных характеристик сварочной дуги с неплавящимся электродом хотя и представляет определенные трудности, но воз­можно. Длину дуги /д в этом случае можно установить и поддер­живать во время опыта постоянной при практической неизменности всех остальных физических условий. Понятие статической вольт - амперной характеристики для дуги с плавящимся электродом, стро­го говоря, является несостоятельным, так как в реальных условиях при горении дуги происходит непрерывное изменение /д в связи с переносом через разрядный промежуток капель жидкого металла в ванну на изделии. Даже если этот перенос не сопровождается замыканием разрядного промежутка каплей, то все же неизбежны в определенных пределах изменения ДЛИНрІ дуги при прохождении капли в ванну. В этом случае, по-видимому, целесообразно говорить.

не об одной характеристике UR=f(I), а о некотором семействе ха­рактеристик или зоне, ограниченной характеристиками Up,—f (I), которые соответствуют предельным значениям проводимостей G разрядного промежутка данного процесса сварки при неизменности всех прочих параметров, обусловливающих физические условия су­ществования дуги.

Статическая вольт-амперная характеристика дает представле­ние о том, как изменяется в определенных условиях проводимость Gr дугового промежутка длиной /д при изменении величины напря­жения, подводимого к дуге.

Поскольку напряжение цд на дуговом промежутке есть сумма разностей потенциалов в приэлектродных областях и в столбе дуги

Рис. 1.7. Вольт-амперные характеристики дуги:
о —падающие; б —жесткие; в — возрастающие; 1 — /д1, Од1; 2 — ід2, бд2; для 1 и *

1М<1Л2 и СД1'>0Д2

(1.3), то от характера изменения каждой составляющей в зависимо­сти от тока при неизменных физических условиях в разрядном промежутке зависит вид статической вольт-амперной характерис­тики.

Известны статические вольт-амперные характеристики свароч­ных дуг трех видов:

падающая — с ростом сварочного тока I UR уменьшается (рис. 1.7, а)

жесткая — с ростом I UR остается практически неизменным (рис.1.7, б);

возрастающая — рост / вызывает увеличение UR (рис. 1.7, в).

Падающие вольт-амперные характеристики имеют свободные малоамперные дуги, горящие в атмосфере воздуха и в - среде арго­на при токах от нескольких ампер до 70—80 А. Причиной снижения напряжения на дуге является уменьшение напряжения столба дуги Пет - С ростом тока более интенсивно протекает ионизация газа столба дуги, проводимость столба дуги увеличивается, а площадь поперечного сечения столба возрастает. Разности потенциалов в анодной ца и в катодной ик областях практически не зависят от ве­личины тока, а только от физических условий, в которых существует дуга. При неизменной длине дуги с ростом тока уменьшается ис, и напряжение на дуге; при этом дифференциальное сопротивление /?диф<0, так как угол |3Д тупой (рис. 1.7, а).

Жесткую вольт-амперную характеристику имеют сварочные дуги с токами от 80 А и выше при ручной дуговой и механизированной сварке под флюсом (рис. 1.7, б). С ростом сварочного тока увеличи­вается площадь столба дуги, в результате чего проводимость раз­рядного промежутка практически не изменяется. Увеличение тока с одновременным увеличением площади столба дуги приводит к то­му, что плотность тока в столбе дуги и напряженность электрическо­го поля Ест остаются постоянными. Этим объясняется то, что при постоянстве Ма И Мк Напряжение Мот практически не зависит от ве­личины тока. При /д=const напряжение ия с ростом тока не изменя­ется, ПрИ ЭТОМ /?диф=0.

При механизированной сварке под флюсом, когда диаметр элект­родной проволоки невелик, плотность тока в электроде несколько больше таковой при свободной малоамперной дуге, горящей в воз­духе или в аргоне. Начиная примерно с 300—400 А и выше вольт - амперная характеристика дуги, горящей под флюсом, становится пологовозрастающей. На рис. 1.7, б такая характеристика показана пунктиром. Жесткие и пологовозрастающие характеристики дуги обычно строят по эмпирической формуле, связывающей напряжение на дуге с величиной сварочного тока, в которую вводится опытный коэффициент учитывающий увеличение плотности тока при дан­ном диаметре электродной проволоки:

U=U^ + U, (1-8)

где f/драсч— расчетное рабочее напряжение. Значения коэффициен­та £ даются, как правило, в технических описаниях источников пи­тания.

При сварке плавящимся электродом в среде углекислого газа и сжатой дугой в среде аргона неплавящимся электродом вольт-ам - перная характеристика сварочной дуги крутовозрастающая. С рос­том сварочного тока напряжение на дуге возрастает, при этом Rm§> >0 и угол рд<я/2. Плотность тока бэ в электроде для указанных способов сварки больше, чем плотность тока при сварке свободной малоамперной дугой в атмосфере воздуха и в среде аргона, а также при ручной дуговой сварке и при сварке под флюсом.

Динамическая вольт-амперная характеристика. Зависимость между мгновенными'значениями сварочного тока и напряжения ду­ги называют динамической характеристикой дуги. Динамическая вольт-амперная характеристика дуги строится по данным осцилло­грамм, полученных с помощью светолучевого осциллографа. Запись осциллограммы источника питания дуги осуществляется в реальных условиях его работы; нагрузкой является сварочная дуга. Форма ди­намической вольт-амперной характеристики определяется в основ­ном свойствами источника питания. Так, если сварочная дуга при одинаковых статических вольт-амперных характеристиках питается от источциков*с^икзу1ичными свойствами, ее динамические вольт-ам - перные характеристики будут различными. С помощью динамиче­ской вольт-амперной характеристики дуги можно оценивать при­годность данного источника для питания данной дуги.