所谓焊接电弧的动特性,是指在一定的弧长下,当焊接电流快速变化时,电弧电压和电流瞬时值之问的关系。
1.直流脉动电流的电弧动特性
实验表明,当焊接电流快速变化时,电弧的伏安特性曲线并不遵循图2-2所示关系,而是如图2-4所示。
图2-4 电弧动特性曲线示意图
在图2-4中,曲线A-V是电弧的伏安特性曲线,A-V是在电弧电流缓慢变化时得到的,因此也称电弧静特性曲线。设电弧电流为脉动直流,幅值变化范围是从最低值L到最大值H,频率为f。当频率f很低时,电弧电压沿A-V曲线变化,即电弧的静特性;当频率f较高时,电流从最小值L上升到最大值H时,电压的变化轨迹是A—b—c,电流从最大值H下降到最小值L时,电压的变化轨迹是c—d—A;当频率f很高,电流从最小值L上升到最大值H时,电压的变化轨迹是m—b—n,电流从最大值H下降到最小值L时,电压的变化轨迹是n—d—m。由此可见电流脉动频率f越高(电弧电流变化得越快),电弧动特性曲线与静特性曲线的差别越大。由于电弧弧柱区的导电机制是气体电离,因此弧柱区的导电能力取决于电离程度。而电离程度主要取决于电弧温度,电弧温度又是通过电弧电流的加热作用产生的。由于电弧温度对电流的响应存在一定的惯性,因此当电弧电流的脉动频率升高时,电弧温度的相位响应滞后增加,电弧温度的幅值响应降低,电弧电压的变化轨迹将脱离静特性曲线。当电弧电流变化速度极快时,电弧温度的幅值响应趋于零。这时候电弧的动特性曲线将与OP线重合,OP是过坐标原点O和电弧静特性曲线A-V上g点的一条直线,g点是电弧电流有效值M与电弧静特性曲线A-V的交点。在高频脉动电流下电弧伏安特性呈线性电阻特性。这表明,此时电弧温度恒定不变,稳定在电弧电流有效值M与电弧静特性曲线A-V的交点g所对应的温度状态下。(www.daowen.com)
2.交流电的电弧动特性
在电弧焊中,不仅用到直流电源,也会用到交流电源,因此有必要分析一下交流电弧的动特性。交流电弧的动特性与脉动直流有很多相似的地方。交流电流下的电弧动特性与脉动直流电流的差别是存在电流过零期问,因此在交流电弧中存在电弧熄灭和电弧再引燃现象。在交流电弧中要保证电弧熄灭后能够再引燃,必须在电流过零后对电弧迅速施加较高的电压。对于正弦波交流电源要使用大电感产生足够大的电压超前角,保证电流过零时,电压已经在一个比较高的数值——超过再引燃电压。更好的方法是使用交流方波电源。正弦波交流电流作用下电弧动特性曲线如图2-5所示,可以看作是脉动直流电弧动特性在1和3两个象限的扩展。
图2-5 正弦交流电弧动特性曲线示意图
图2-5a是正弦交流电流下的电弧动特性曲线图,也就是里沙育图;图2-5b是电弧电压波形;图2-5c是电弧电流波形。Up+、Up-分别为电弧正负半波的过零再引燃电压,与电极材料、电弧气氛和电弧电流有关。当电极材料不同时,Up+与Up-不同,正负半波电流波形也将不对称,这将导致变压器存在直流分量。如果直流分量过大,可能影响变压器的正常工作。
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