Роботу зварювального кола та дуги потрібно розглядати при накладенні статичної ВАХ зварювальної дуги на статичну ВАХ джерела живлення (звану також зовнішньою характеристикою джерела живлення). При цьому напруга і струм джерела живлення і дуги збігаються в двох точках 1 і 2 (рис. 9,
). Сталого горіння зварювальної дуги відповідає тільки точка 1.
При зменшенні струму дуги напруга джерела побільшає напруги на дузі, так як на характеристиці джерела живлення робоча точка зміститься вліво, надлишок напруги джерела живлення призведе до збільшення струму дуги, т. Е. До повернення процесу в точку 1.
Якщо струм дуги збільшиться, то напруга джерела знизиться відповідно до зовнішньої характеристиці джерела живлення і стане менше напруги дуги, ток дуги зменшиться, режим дуги відновиться.
Точка 2 відповідає нестійкого горіння дуги, так як випадкове зміна струму дуги відбувається аж до обриву дуги або до тих пір, поки струм не досягне значення, відповідного значенню струму в точці 1 стійкого горіння дуги. Тому стійке горіння дуги підтримується тільки в тій точці перетину характеристик джерела і дуги, де зовнішня характеристика джерела живлення є більш крутопадающей, ніж статична характеристика дуги.
Ручна електрозварювання зазвичай супроводжується значними коливаннями довжини дуги. При цьому дуга повинна горіти стійко, а струм дуги не повинен сильно змінюватися. Часто потрібно збільшити довжину дуги, тому дуга повинна мати достатній запас еластичності при подовженні, т. Е. Обриватися.
Статична характеристика зварювальної дуги при ручному зварюванні звичайно є жорсткою, і відхилення струму при зміні довжини дуги залежить тільки від типу зовнішньої характеристики джерела живлення.
За інших рівних умов еластичність дуги тим вище, а відхилення струму дуги тим менше, чим більше нахил зовнішньої характеристики джерела живлення. Тому для ручного електрозварювання застосовують джерела живлення з падаючими зовнішніми характеристиками. Це дає зварнику можливість подовжувати дугу, не побоюючись її обриву, або зменшувати довжину дуги без надмірного збільшення струму.
Високу стійкість горіння дуги і її еластичність, стабільний режим зварювання, надійне початкове і повторне запалювання дуги забезпечують також підвищена напруга холостого ходу, обмежений струм короткого замикання. Обмеження цього струму дуже важливо, так як при переході краплі розплавленого металу електрода на виріб можливо коротке замикання. При великих значеннях струму короткого замикання відбуваються пропали металу, прилипання електрода, осипання покриття електрода і розбризкування розплавленого металу. Зазвичай значення струму короткого замикання більше струму дуги в 1,2-1,5 рази.
Основними даними технічних характеристик джерел живлення зварювальної дуги є напруга холостого ходу, номінальний зварювальний струм [10]. межі регулювання зварювального струму.
У процесі зварювання безперервно змінюються значення струму і напруги на дузі в залежності від способу початкового збудження дуги і при горінні дуги - характеру перенесення електродного металу в зварювальну ванну.
При зварюванні краплі розплавленого металу замикають дугового проміжок, періодично змінюючи силу струму і довжину дуги. Відбувається перехід від холостого ходу до короткого замикання, потім до горіння дуги з утворенням краплі розплавленого металу, яка знову замикає дугового проміжок. При цьому струм зростає до величини струму короткого замикання, що призводить до стиснення і перегорання містка між краплею і електродом. Напруга зростає, дуга знову порушується, і процес періодично повторюється.
Зміни струму і напруги на дузі відбуваються в частки секунди, тому джерело живлення зварювальної дуги повинен володіти високими динамічними властивостями, т. Е. Швидко реагувати на всі зміни в дузі.
Особливості фізичних процесів при газовому зварюванні
Основним інструментом газозварника є зварювальне полум'я. Воно утворюється при згорянні пального газу в кисні. Від співвідношення обсягів кисню і пального газу в їх суміші залежать зовнішній вигляд, температура і характер впливу зварювального полум'я на розплавлений метал.
(Рис. 10). Зварювальне полум'я має три чітко помітні області: ядро, відновну зону і факел.
являє собою яскраво світиться зону, в зовнішньому шарі якої згорають розпечені частинки вуглецю, що утворюються при розкладанні ацетилену.
темніша, складається з оксиду вуглецю і водню, які раскисляют розплавлений метал, відбираючи кисень від його оксидів.
- периферійна частина полум'я - являє собою зону повного згоряння вуглеводнів в кисні навколишнього середовища.
Залежно від співвідношення обсягів кисню і ацетилену отримують три основних види зварювального полум'я: нормальне, окисне і науглероживается.
Будова і види ацетиленового зварювального полум'я, розподіл температури по довжині факела:
Нормальне зварювальне полум'я
утворюється тоді, коли в пальнику на один об'єм кисню доводиться один обсяг ацетилену. У нормальному полум'я яскраво виражені всі три зони. Ядро має різко окреслену форму, близьку до циліндра, з яскраво світиться оболонкою. Температура ядра досягає 1000 ° C.
У відновної зоні, що містить продукти неповного згоряння ацетилену, проводять зварювання. Температура цієї зони в точці, віддаленій на 36 мм від ядра, становить 3150 ° C. Факел має температуру 1200-2500 ° C.
Нормальним зварювальним полум'ям здійснюють зварювання сталей всіх марок, міді, бронзи і алюмінію.
Окислювальне зварювальне полум'я
отримують при надлишку кисню, коли в пальник подають на один об'єм ацетилену більше 1,3 об'єму кисню. Ядро такого полум'я має вкорочений, конусоподібну форму. Воно набуває менш різкі обриси і більш бліде забарвлення, ніж у нормального полум'я. Протяжність відновної зони зменшується в порівнянні з нормальним полум'ям. Факел має синювато-фіолетове забарвлення. Горіння супроводжується шумом, рівень якого залежить від тиску кисню. Температура окисного полум'я вище, ніж у нормального, однак при зварюванні таким полум'ям через надлишок кисню утворюються пористі і тендітні шви.
Окислювальне полум'я застосовують при зварюванні латуні і пайку твердими припоями.
Науглероживается зварювальне полум'я
отримують при надлишку ацетилену, коли в пальнику на один об'єм ацетилену доводиться не більше 0,95 обсягу кисню. Ядро такого полум'я втрачає різкість обрисів, на його кінці з'являється зелений віночок, за наявністю якого судять про надлишок ацетилену. Відновлювальна зона істотно світліше, ніж у нормального полум'я, і майже зливається з ядром. Факел набуває жовтого забарвлення. При значному надлишку ацетилену полум'я коптить. Температура науглероживается полум'я нижче, ніж у нормального і окисного.
Злегка науглероживается полум'ям зварюють чавун і здійснюють наплавку твердих сплавів.
Регулюють і встановлюють вид зварювального полум'я «на око».
При виконанні зварювальних робіт необхідно, щоб зварювальне полум'я мало тепловою потужністю, достатньою для розплавлення металу, що зварюється. Її вибирають відповідно до товщини зварюваного металу і його теплофізичними властивостями. Ця потужність залежить від витрати ацетилену - обсягу газу, що проходить за одну годину через пальник, тому її регулюють ацетиленовим вентилем і підбором наконечника пальника.