ность производных уравнений характеристики дуги и источника питания будет положительной. Коэффициент устойчивости

у - \ а/ев а/ .п )--

Если статическая характеристика дуги падающая (- < 0 ,

то для обеспечения устойчивого горения внешняя характеристика источника питания тока должна быть падающей, причем в точке А она должна иметь большую крутизну, чем статическая характеристика дуги. Физически это можно объяснить следующим образом. Если по какой-либо причине ток в дуге, соответствующий точке Л, уменьшится, напряжение ее окажется меньше установившейся величины напряжения источника питания; это приведет к увеличению силы тока, т. е. к возврату в точку А. Наоборот, при случайном увеличении силы тока установившееся напряжение источника питания оказывается меньше напряжения дуги; это приводит к уменьшению тока и, следовательно, к восстановлению режима горения дуги. Из аналогичных рассуждений ясно, что

в точке Б дуга горит неустойчиво {-Щ---f! < . Всякие

\ ОУсв О/и. п /

случайные изменения тока развиваются до тех пор, пока ток не достигает величины, соответствующей точке устойчивого равновесия А или до обрыва дуги. При пологопадающей внешней характеристике (кривая 2) устойчивое горение дуги также происходит в точке А.

При работе на падающем участке вольт-амперной характеристики дуги внешняя характеристика источника в рабочей точке должна быть более крутопадающей, чем статическая характеристика дуги. При возрастающих характеристиках дуги внешние характеристики источника могут быть жесткими или даже возрастающими. При изменении характеристики дуги (например, кривая 6) или при изменении внешней характеристики источника питания (например, кривая 7, соответствующая другому регулировочному положению источника /) дуга будет гореть устойчиво при других параметрах тока и напряжения (точки В и Д). Аналогично определяются условия существования дуги при постоянной скорости подачи электрода (точка А, рис. 8-5).

В реальных условиях, особенно при ручной сварке, возможны резкие изменения длины дуги, поэтому она должна обладать достаточным запасом устойчивости (эластичностью). Очевидно, что эластичность дуги тем больше, чем меньше отклонение тока от заданного значения при колебаниях длины дуги. При возрастающей статической характеристике дуги эластичность наибольшая и при падающей - наименьшая. При прочих равных условиях эластичность тем больше, чем больше крутизна падения внешней характеристики источника питания. Поэтому для ручной сварки применяют источники с падающими характеристиками.

Это дает возможность сварщику удлинять дугу, не опасаясь ее обрыва, или уменьшать дуговой промежуток без чрезмерного увеличения тока.

При автоматической или полуавтоматической сварке плавящимся электродом последний подается в зону сварки со скоростью V, равной скорости его плавления v j,. При случайном уменьшении дугового промежутка (точка В кривой 6 на рис. 8-6) увеличивается ток. Поскольку скорость плавления электрода, в первом приближении, пропорциональна току дуги, то проволока начинает плавиться быстрее. В итоге дуговой промежуток постепенно удлинится и приобретет первоначальную длину. Аналогичный процесс произойдет при случайном удлинении дуги.

Описанное явление называют саморегулированием дуги, так как восстановление исходного режима происходит без воздействия внешнего автоматического регулятора. Это явление проявляется тем значительнее, чем положе внешняя характеристика источника питания (характеристика, соответствующая точке Е на кривой 2) и больше скорость подачи электрода (см. рис. 8-5). Для систем саморегулирования рационально применять источники с пологопадающей или жесткой характеристикой. Однако напряжение холостого хода таких источников невелико и может быть меньше рабочего напряжения дуги, что затрудняет ее первоначальное возбуждение. В этих случаях желательно применение источников питания, у которых внешняя характеристика в рабочей части будет жесткой или пологовозрастающей, а напряжение холостого хода несколько повышенное, как это показано штриховой линией на рис. 8-6.

Сварочная дуга переменного тока предъявляет дополнительные требования к источникам питания в части надежного повторного возбуждения дуги. Для этого напряжение холостого хода источника питания должно быть выше напряжения зажигания. Наиболее простым способом получения непрерывного устойчивого дугового разряда является включение в сварочную цепь реактивного сопротивления. Благодаря ему в момент повторного возбуждения дуги напряжение на дуге может резко увеличиться (рис. 8-7) до значения напряжения зажигания U. Кривая U, характеризует напряжение источника питания при холостом ходе. При нагрузке в связи с наличием реактивного сопротивления сварочный ток отстает от напряжения на угол ф.

Если формирование разряда при повторном возбуждении дуги задер-

Рис. 8-7. Изменение напряжения холостого хода источника питания Ux, х тока /д и напряжения дуги Uf во времени-

t [Время цикла)

Рис. 8-8.

Зависимость силы тока и напряжения дуги от времени и отдельные стадии перехода капли с электрода в ванну

3 - время восстановления напряжения после разрушения шейки капли,

/ - средняя величина тока, - напряжение дуги

жалось, т. е. электрическая цепь разорвалась, напряжение на дуговом промежутке должно подняться до величины, соответствующей мгновенному значению напряжения холостого хода источника питания t/. х- Благодаря сдвигу фаз это напряжение оказывается достаточным для повторного возбуждения дуги Uy

Перенос металла в дуге и требования к динамическим свойствам источников питания. Динамические характеристики системы дуга - источник питания обусловлены механизмом первоначального возбуждения и в последующем, при горении дуги, - характером переноса электродного металла в сварочную ванну. Капли расплавленного металла периодически замыкают дуговой промежуток, периодически изменяя силу тока и длину дуги (рис. 8-8): происходит переход от холостого хода к короткому замыканию, далее к рабочему режиму - горению дуги (образование и рост капли) - Tj, потом к короткому замыканию, которое происходит при контакте между каплей и ванной - Tg. При этом ток резко увеличивается до 1., что приводит к сжатию капли и перегоранию мостика между каплей и электродом. В дальнейшем напряжение почти мгновенно возрастает и дуга вновь возбуждается, после чего процесс периодически повторяется.

Смена режимов происходит в течение долей секунд. Поэтому источник питания должен обладать высокими динамическими свойствами, обеспечивающими достаточно большую скорость повышения напряжения при разрыве цепи и нужную скорость нарастания тока. От динамических свойств источника зависит количество брызг при сварке.

При малой скорости нарастания тока в ванну поступает нерасплавленная проволока. Она сравнительно медленно разогревается на большом участке длины, затем разрушается. Если ток возрастает очень быстро, мостик между ванной и каплей электродного металла быстро перегревается и разрушается со взрывом. Часть расплавленного металла разбрызгивается, не попадая в шов. С увеличением плотности тока уменьшаются размеры капель вплоть до струйного стекания металла в сварочную ванну.