RU2807974C1 - Direct compressed arc ignition method - Google Patents
Direct compressed arc ignition method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807974C1 RU2807974C1 RU2023104894A RU2023104894A RU2807974C1 RU 2807974 C1 RU2807974 C1 RU 2807974C1 RU 2023104894 A RU2023104894 A RU 2023104894A RU 2023104894 A RU2023104894 A RU 2023104894A RU 2807974 C1 RU2807974 C1 RU 2807974C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- arc
- nozzle
- product
- auxiliary
- working
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 23
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract description 12
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 16
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 6
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 6
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 3
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области дуговой плазменной сварки и может использоваться в машиностроении. The invention relates to the field of plasma arc welding and can be used in mechanical engineering.
Известен способ зажигания трехфазной сжатой дуги, горящей между двумя вольфрамовыми электродами, установленными в камере плазмотрона и изделием, питаемой от трехфазного сварочного трансформатора. С помощью разряда осциллятора, подключенного последовательно или параллельно в цепь вольфрамовых электродов, между ними зажигается дуга косвенного действия и затем, при соответствующей ее мощности дистанции между вольфрамовыми электродами и изделием, зажигаются рабочие дуги между вольфрамовыми электродами и изделием. В процессе действия рабочих дуг при переходе тока в изделии через ноль межэлектродная дуга периодически горит и поддерживает устойчивость повторных зажиганий дуг электроды – изделие. Дуга между вольфрамовыми электродами настолько устойчива, что осциллятор после зажигания рабочих дуг отключают. При этом металлическое сопло плазмотрона не участвует в зажигании рабочих дуг. Это повышает устойчивость зависимых дуг в отношении возникновения аварийного режима двойного дугообразования (см. В.П. Сидоров. Энергетические характеристики сжатой сварочной дуги в аргоне. – Тольятти, ТГУ, 2011. Раздел 2.2. Зажигание сжатой трехфазной дуги. С.47-54). There is a known method of igniting a three-phase compressed arc, burning between two tungsten electrodes installed in the plasma torch chamber and the product, powered from a three-phase welding transformer. With the help of an oscillator discharge connected in series or parallel to a chain of tungsten electrodes, an indirect arc is ignited between them and then, at a corresponding power distance between the tungsten electrodes and the product, working arcs are ignited between the tungsten electrodes and the product. During the operation of working arcs, when the current in the product passes through zero, the interelectrode arc periodically burns and maintains the stability of repeated ignitions of the electrode-product arcs. The arc between the tungsten electrodes is so stable that the oscillator is turned off after the working arcs are ignited. In this case, the metal nozzle of the plasmatron does not participate in the ignition of working arcs. This increases the stability of dependent arcs with respect to the occurrence of an emergency mode of double arc formation (see V.P. Sidorov. Energy characteristics of a compressed welding arc in argon. - Togliatti, TSU, 2011. Section 2.2. Ignition of a compressed three-phase arc. P.47-54) .
Известен также способ бесконтактного зажигания свободной дуги между вольфрамовым электродом и изделием в среде аргона с помощью высоковольтного высокочастотного разряда, который поддерживается встроенным в источник питания устройством зажигания. Это устройство работает в режиме зажигания дуги постоянного тока прямой полярности при сварке высоколегированных сталей или в режиме зажигания и поддержания повторного зажигания при смене полярности в дуге с разнополярными импульсами тока прямоугольной формы при сварке алюминиевых сплавов в универсальных инверторных источниках питания. Как показали исследования авторов, такой способ зажигания может быть осуществлен и для сжатой дуги прямого действия, горящей в плазмотроне. There is also a known method for non-contact ignition of a free arc between a tungsten electrode and a product in an argon environment using a high-voltage, high-frequency discharge, which is supported by an ignition device built into the power source. This device operates in the mode of ignition of a direct current arc of direct polarity when welding high-alloy steels or in the mode of ignition and maintenance of re-ignition when changing polarity in an arc with multi-polar rectangular current pulses when welding aluminum alloys in universal inverter power sources. As the authors' research has shown, this ignition method can also be implemented for a compressed direct arc burning in a plasma torch.
Процесс прямого зажигания сжатой дуги с разнополярными импульсами тока прямоугольной формы описан в статье В.П. Сидорова, Д.Э. Советкина The process of direct ignition of a compressed arc with multipolar rectangular current pulses is described in the article by V.P. Sidorova, D.E. Sovetkina
«Расплавление точек на алюминии сжатой дугой с разнополярными импульсами тока». - Химия. Экология. Урбанистика. Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Г. Пермь, 18-19 апреля 2019.- г. Пермь: Изд-во ПНИПУ, Т.2. –2019. –С.545–549. “Melting of points on aluminum by a compressed arc with opposite-polarity current pulses.” - Chemistry. Ecology. Urbanism. Materials of the All-Russian scientific and practical conference with international participation. Perm, April 18-19, 2019 - Perm: PNIPU Publishing House, T.2. –2019. –P.545–549.
Технической проблемой данного способа зажигания сжатой дуги является его низкая надежность при малых плотностях тока в канале сопла, требующая сокращения дистанции зажигания. Это приводит к необходимости уменьшения длин сжатого и открытого участков столба дуги и снижает ее энергетические и технологические возможности. The technical problem of this method of igniting a compressed arc is its low reliability at low current densities in the nozzle channel, which requires a reduction in the ignition distance. This leads to the need to reduce the lengths of the compressed and open sections of the arc column and reduces its energy and technological capabilities.
Также технической проблемой данного способа, является то, что при увеличении плотности тока в канале плазмотрона зажигание происходит таким образом, что высоковольтный высокочастотный разряд шунтируется соплом плазмотрона и распадается на два участка – один между вольфрамовым электродом и соплом и второй между соплом и изделием. Это приводит к возникновению режима двойной дуги, также состоящей из двух участков: «электрод – сопло» и «сопло-изделие». При действии двойной дуги сопло подвержено расплавлению и интенсивной эрозии. До определенной плотности тока режим двойной дуги самопроизвольно прекращается и сжатая дуга начинает гореть в нормальном режиме. При превышении некоторой плотности тока, длины сжатого участка, снижении диаметра сопла режим двойной дуги не прекращается и сопло быстро выходит из строя. Повышение плотности тока требует снижения длины канала сопла и ухудшает энергетические характеристики сжатой дуги.Another technical problem with this method is that when the current density in the plasmatron channel increases, ignition occurs in such a way that the high-voltage high-frequency discharge is shunted by the plasmatron nozzle and splits into two sections - one between the tungsten electrode and the nozzle and the second between the nozzle and the product. This leads to the emergence of a double arc mode, also consisting of two sections: “electrode-nozzle” and “nozzle-product”. When exposed to a double arc, the nozzle is subject to melting and intense erosion. Up to a certain current density, the double arc mode spontaneously stops and the compressed arc begins to burn in normal mode. When a certain current density is exceeded, the length of the compressed section is exceeded, or the nozzle diameter is reduced, the double arc mode does not stop and the nozzle quickly fails. An increase in current density requires a reduction in the length of the nozzle channel and worsens the energy characteristics of the compressed arc.
Известен способ зажигания сжатой дуги прямого действия с использованием вспомогательной дуги косвенного действия между вольфрамовым электродом плазмотрона, подключенным к полюсу вспомогательного источника питания и металлическим соплом, соединенным со вторым полюсом вспомогательного источника питания, с использованием для зажигания вспомогательной дуги высоковольтного высокочастотного разряда от подключаемого параллельно к разрядному промежутку вспомогательной дуги устройства зажигания, подключаемого к электроду и соплу, причем ток вспомогательной дуги ограничивают, плазменную струю вспомогательной дуги выдувают в направлении изделия с помощью потока плазмообразующего газа, и после зажигания вспомогательной дуги зажигают с помощью ее плазменной струи рабочую дугу, оставляя дежурную дугу включенной при выполнении сварки.There is a known method of igniting a compressed arc of direct action using an auxiliary arc of indirect action between a tungsten electrode of a plasma torch connected to the pole of the auxiliary power source and a metal nozzle connected to the second pole of the auxiliary power source, using a high-voltage high-frequency discharge to ignite the auxiliary arc from a discharge connected in parallel to the discharge the auxiliary arc gap of the ignition device connected to the electrode and the nozzle, wherein the auxiliary arc current is limited, the plasma jet of the auxiliary arc is blown in the direction of the product using a flow of plasma-forming gas, and after ignition of the auxiliary arc, the working arc is ignited using its plasma jet, leaving the pilot arc on when performing welding.
В аналоге это описывается следующим образом. Посредством высоковольтных импульсов переменного напряжения в несколько тысяч вольт сначала возбуждается слабая непередающая дуга между водоохлаждаемым медным соплом и электродом, так называемая дежурная дуга. Она остается включенной и при выполнении сварки. Дежурная дуга осуществляет первоначальную ионизацию последующего участка дуги для бесконтактного зажигания дуги при включении цепи основного тока (см. руководство фирмы EWM «Справочное руководство EWM по плазменной сварке», издание 1, 2004 г. EWM HIGHTEC WELDING GmbH Dr.-Günter-Henle-Strasse 8 · D-56271 Mündersbach mailto:info@ewm.de - 16 с. Раздел 4.1. Управление и рис. 5 на стр.5. Непередающей дугой в этом источнике информации назвали вспомогательную дугу косвенного действия между электродом и соплом. In the analogue this is described as follows. By means of high-voltage pulses of alternating voltage of several thousand volts, a weak non-transmitting arc is first excited between the water-cooled copper nozzle and the electrode, the so-called pilot arc. It remains on while welding is performed. The pilot arc performs the initial ionization of the subsequent arc section for non-contact ignition of the arc when the main current circuit is turned on (see EWM manual "EWM Plasma Welding Reference Manual", edition 1, 2004 EWM HIGHTEC WELDING GmbH Dr.-Günter-Henle-Strasse 8 · D-56271 Mündersbach mailto:info@ewm.de - 16 pp. Section 4.1 Control and Fig. 5 on page 5. The non-transmitting arc in this source of information was called the indirect auxiliary arc between the electrode and the nozzle.
Техническими проблемами данного способа зажигания является большая длительность перехода к установившемуся режиму вспомогательной дуги и недостаточная надежность поддержания горения рабочей дуги переменного тока. При горении рабочей дуги переменного тока необходимо действие с такой же частотой вспомогательной дуги. Это сложно реализовать из-за различия в напряжениях вспомогательной и рабочей дуги, наличия разных постоянных составляющих тока каждой из дуг. Горение маломощной вспомогательной дуги также приводит к большой длительности перехода рабочей дуги к установившемуся режиму и требует сокращения дистанции зажигания, что снижает возможности сжатия дуги путем удлинения формирующего канала сопла и длины открытого участка дуги и не всегда обеспечивает надежное повторное зажигание при смене полярности в рабочей дуге переменного тока. Кроме того, постоянное горение вспомогательной дуги при сварке или другом технологическом процессе приводит к эрозии сопла и способствует возникновению аварийного режима двойного дугообразования. Питание вспомогательной дуги от специального источника питания усложняет и удорожает способ, так как требуется подвод специального провода к соплу и его крепление, что увеличивает его габариты и вес, то есть ограничивает маневренность плазмотрона.The technical problems of this ignition method are the long duration of transition to the steady state of the auxiliary arc and the insufficient reliability of maintaining the burning of the working AC arc. When burning an AC working arc, it is necessary to operate at the same frequency as the auxiliary arc. This is difficult to implement due to the difference in the voltages of the auxiliary and working arcs, and the presence of different direct current components for each of the arcs. The burning of a low-power auxiliary arc also leads to a long transition of the working arc to a steady state and requires a reduction in the ignition distance, which reduces the possibility of compressing the arc by lengthening the forming channel of the nozzle and the length of the open section of the arc and does not always ensure reliable re-ignition when changing the polarity in the working arc of alternating current. current In addition, the constant burning of an auxiliary arc during welding or other technological processes leads to erosion of the nozzle and contributes to the occurrence of an emergency mode of double arc formation. Powering the auxiliary arc from a special power source complicates and increases the cost of the method, since it requires a special wire to be supplied to the nozzle and its fastening, which increases its dimensions and weight, that is, it limits the maneuverability of the plasma torch.
В известном способе зажигания сжатой дуги прямого действия с использованием вспомогательной дуги между электродом плазмотрона и соплом с образованием плазменной струи, выдуваемой плазмообразующим газом к изделию, зажигание вспомогательной дуги производят с помощью высоковольтного высокочастотного разряда от специального устройства зажигания. In the known method of igniting a compressed direct arc using an auxiliary arc between a plasmatron electrode and a nozzle to form a plasma jet blown by a plasma-forming gas to the product, the auxiliary arc is ignited using a high-voltage, high-frequency discharge from a special ignition device.
В отличие от прототипа, второй полюс высоковольтного высокочастотного источника подключают к изделию, для зажигания вспомогательной дуги соединяют изделие и сопло накоротко, включают основной источник питания и устройство зажигания, а после зажигания вспомогательной дуги размыкают соединение изделия с соплом, зажигая рабочую дугу. Unlike the prototype, the second pole of the high-voltage high-frequency source is connected to the product, to ignite the auxiliary arc, the product and the nozzle are short-circuited, the main power source and the ignition device are turned on, and after the auxiliary arc is ignited, the connection of the product to the nozzle is opened, igniting the working arc.
Короткое замыкание между соплом плазмотрона и изделием можно осуществлять их непосредственным касанием. A short circuit between the plasma torch nozzle and the product can be achieved by directly touching them.
Также короткое замыкание между соплом плазмотрона и изделием можно осуществлять специальным размыкателем. Also, a short circuit between the plasma torch nozzle and the product can be accomplished using a special circuit breaker.
Техническим результатом данного способа зажигания является сокращение длительности перехода к установившемуся режиму вспомогательной дуги, которая является следствием использования мощной вспомогательной дуги от рабочего источника питания. Энергия мощной дуги с высокой скоростью нагревает активное пятно дуги на металлическом сопле, что способствует быстрому достижению стационарного состояния этого пятна или пятен при использовании переменного тока. При использовании сжатой дуги переменного тока данный эффект проявляется в наибольшей степени. Энергия выделяемая мощной вспомогательной дугой, горящей на сопло, может регулироваться длительностью протекания тока и она суммарно значительно меньше, чем при зажигании по известному способу. The technical result of this ignition method is to reduce the duration of the transition to the steady state of the auxiliary arc, which is a consequence of the use of a powerful auxiliary arc from the working power source. The energy of a powerful arc heats the active arc spot on the metal nozzle at high speed, which helps to quickly achieve a stationary state of this spot or spots when using alternating current. When using a compressed alternating current arc, this effect is most pronounced. The energy released by a powerful auxiliary arc burning on the nozzle can be regulated by the duration of the current flow and it is in total significantly less than when igniting using a known method.
Аналогично другим техническим результатом является снижение длительности перехода рабочей дуги к установившемуся режиму в связи с переходом мощной дуги с сопла на изделие при их размыкании. При зажигании вспомогательной дуги параллельно протекает интенсивный нагрев зоны будущего активного пятна рабочей дуги или пятен при использовании сжатой дуги переменного тока. Это облегчает зажигание рабочей дуги и ускоряет ее переход в установившееся состояние. Similarly, another technical result is a reduction in the duration of the transition of the working arc to a steady state due to the transition of a powerful arc from the nozzle to the product when they are opened. When the auxiliary arc is ignited, intense heating of the zone of the future active spot of the working arc or spots occurs in parallel when using a compressed alternating current arc. This facilitates the ignition of the working arc and accelerates its transition to a steady state.
Важным техническим результатом является отсутствие источника питания вспомогательной дуги и необходимости постоянного подвода проводника от источника к соплу. Это снижает габариты и массу плазмотрона, повышает его маневренность при ручном ведении процессов обработки рабочей дугой.An important technical result is the absence of a power source for the auxiliary arc and the need for a constant supply of conductor from the source to the nozzle. This reduces the dimensions and weight of the plasma torch and increases its maneuverability during manual processing with a working arc.
Отсутствие вспомогательной дуги при горении рабочей снижает эрозию сопла и вероятность возникновения аварийного режима двойного дугообразования. Это позволяет увеличить плотность выделения энергии в канале сопла, повысить давление плазменной струи и эффективную мощность дуги. Увеличение максимальной дистанции устойчивого зажигания позволяет увеличивать длины канала сопла и открытого участка столба дуги. Увеличение длины канала позволяет повысить давление плазменной струи и ее мощность, а увеличение длины открытого участка, помимо аналогичного эффекта, позволяет еще снизить негативное влияние коротких замыканий брызг расплавленного металла сварочной ванны на сопло. The absence of an auxiliary arc when the working arc is burning reduces erosion of the nozzle and the likelihood of an emergency mode of double arc formation. This makes it possible to increase the energy release density in the nozzle channel, increase the plasma jet pressure and the effective arc power. Increasing the maximum distance of stable ignition allows you to increase the length of the nozzle channel and the open section of the arc column. Increasing the length of the channel makes it possible to increase the pressure of the plasma jet and its power, and increasing the length of the open section, in addition to a similar effect, can further reduce the negative impact of short circuits of splashes of molten metal from the weld pool on the nozzle.
На фиг. 1 представлена схема прямого зажигания сжатой дуги, на фиг.2 - схема известного способа зажигания сжатой дуги, на фиг.3 – схема зажигания дуги по предлагаемому способу, на фиг. 4 – циклограмма тока дуги с разнополярными импульсами прямоугольной формы. In fig. Fig. 1 shows a diagram of direct ignition of a compressed arc, Fig. 2 is a diagram of a known method of igniting a compressed arc, Fig. 3 is a diagram of ignition of an arc according to the proposed method, Fig. 4 – cyclogram of arc current with multi-polar rectangular pulses.
На фиг. 1 показана схема прямого зажигания сжатой дуги прямого действия с помощью высоковольтного высоковольтного высокочастотного источника. In fig. Figure 1 shows a diagram of direct ignition of a compressed arc of direct action using a high-voltage high-voltage high-frequency source.
Изделие 1 и вольфрамовый электрод 2, подключают к рабочему источнику питания 3 постоянного или переменного тока. Сопло 4 плазмотрона электрически нейтрально. Оно имеет отверстие, формирующее столб сжатой дуги. В цепи рабочего источника питания 3 параллельно подключено высоковольтное высокочастотное устройство зажигания 5. В сопло 4 подается плазмообразующий аргон. Между соплом плазмотрона 4 и изделием 1 устанавливается дистанция 1-2 мм. Сопло 4 плазмотрона обычно изготавливается из меди и интенсивно охлаждается водой. В сопло 4 подают плазмообразующий газ – аргон. На промежуток «вольфрамовый электрод- изделие» подается рабочее напряжение от рабочего источника 3 и сразу же включается высоковольтный высокочастотный разряд от устройства зажигания 5. Возникает двойная дуга 6, открытая часть которой наблюдается визуально через светофильтр и горящая между изделием 1 и соплом 4. При малых токах и длинах канала сопла 4 эта дуга 6 движется в сторону формирующего отверстия канала сопла 4 и переходит в нормальный режим горения в виде дуги прямого действия 7. При более высоких токах перехода в нормальный режим не наблюдается и двойная дуга 6 расплавляет сопло 4. При осмотре сопла 4 с внутренней стороны и после малых токов видны следы опорного пятна внутреннего участка столба двойной дуги. По –видимому, дуга подчиняется известному принципу минимума напряжения Штеенбека – дуга стремится гореть по пути с наименьшим напряжением и для устойчивого перехода к нормальному режиму горения сумма приэлектродных падений напряжений двойной дуги должна быть больше суммы падения напряжения в канале сопла (см. Быховский Д.Г. Плазменная резка. Л.: Машиностроение, 1972. - 166 с. ). Product 1 and tungsten electrode 2 are connected to a working power source 3 of direct or alternating current. Nozzle 4 of the plasma torch is electrically neutral. It has a hole that forms a column of compressed arc. In the circuit of the working power source 3, a high-voltage high-frequency ignition device 5 is connected in parallel. Plasma-forming argon is supplied to the nozzle 4. Between the nozzle of plasma torch 4 and product 1, a distance of 1-2 mm is established. The nozzle 4 of the plasma torch is usually made of copper and is intensively cooled with water. Plasma-forming gas – argon – is supplied to nozzle 4. The “tungsten electrode-product” gap is supplied with operating voltage from the working source 3 and a high-voltage high-frequency discharge from the ignition device 5 is immediately switched on. A double arc 6 appears, the open part of which is observed visually through a light filter and burning between the product 1 and the nozzle 4. At low currents and lengths of the nozzle channel 4, this arc 6 moves towards the forming hole of the nozzle channel 4 and goes into the normal combustion mode in the form of a direct arc 7. At higher currents, the transition to the normal mode is not observed and the double arc 6 melts the nozzle 4. Upon inspection nozzle 4 from the inside and after low currents traces of the reference spot of the inner section of the double arc column are visible. Apparently, the arc obeys the well-known Steenbeck principle of minimum voltage - the arc tends to burn along the path with the lowest voltage and for a stable transition to the normal combustion mode, the sum of the near-electrode voltage drops of the double arc must be greater than the sum of the voltage drop in the nozzle channel (see Bykhovsky D.G. Plasma cutting. Leningrad: Mashinostroenie, 1972. - 166 pp.).
UC < UК +UА, U C < U K +U A ,
где UC – падение напряжения на формирующем столб дуги участке сопла, В, UК и UА – катодное и анодное падение напряжения двойной дуги, В. where U C is the voltage drop on the section of the nozzle forming the arc column, V, U K and U A are the cathode and anode voltage drop of the double arc, V.
Исследования авторов показали, что непосредственное зажигание сжатой дуги с разнополярными импульсами тока прямоугольной формы прямого действия между электродом плазмотрона и изделием от инверторного источника питания свободной дуги с напряжением холостого хода U0=60 В возможно только при малой дистанции от электрода до изделия, включающей длину формирующего канала сопла LC и длину открытого участка дуги LO. Суммарно общую максимальную дистанцию можно оценить в 5-6 мм. Это обуславливает необходимость использования весьма малой длины открытого участка порядка 1-2 мм, что приводит к частым замыканиям капель расплавленного изделия на сопло. Зажигание почти всегда протекает с образованием вначале двойной дуги и лишь затем, при определенных условиях горение переходит в нормальный режим. Это показала скоростная видеосъемка процесса зажигания со скоростью 1000 кадров в секунду. Такое явление приводит к быстрому разрушению сопла. Чем больше параметры сжатия дуги (выше ток, меньше диаметр сопла и меньше расход плазмообразующего аргона), тем менее вероятен переход к нормальному режиму горения дуги. Прямое зажигание сжатой дуги прямого действия ограничивает ее энергетические и технологические возможности. The authors' studies have shown that direct ignition of a compressed arc with multi-polar current pulses of a rectangular shape of direct action between the plasmatron electrode and the product from a free-arc inverter power source with an open circuit voltage U 0 = 60 V is possible only at a short distance from the electrode to the product, including the length of the forming nozzle channel L C and the length of the open arc section L O . In total, the total maximum distance can be estimated at 5-6 mm. This necessitates the use of a very short length of the open section of the order of 1-2 mm, which leads to frequent short circuits of drops of the molten product to the nozzle. Ignition almost always proceeds with the formation of a double arc at first and only then, under certain conditions, combustion goes into normal mode. This was shown by high-speed video filming of the ignition process at a speed of 1000 frames per second. This phenomenon leads to rapid destruction of the nozzle. The greater the arc compression parameters (higher current, smaller nozzle diameter and lower consumption of plasma-forming argon), the less likely the transition to normal arc combustion mode. Direct ignition of a direct compressed arc limits its energy and technological capabilities.
На фиг. 2 показано зажигание сжатой дуги по известному способу. Изделие 1 и вольфрамовый электрод 2, подключенные к рабочему источнику питания 3 переменного тока. Вольфрамовый электрод 2 и сопло плазмотрона 4 подключены к вспомогательному источнику тока 8, который должен по частоте и фазе совпадать с частотой рабочего источника питания 3. Также параллельно в цепи вспомогательного источника тока 8 подключено устройство зажигания 5 вспомогательной дуги 9. В сопло 4 подается плазмообразующий газ, который выдувает факел вспомогательной дуги 9 к изделию 1. После зажигания вспомогательной дуги 9 между электродом 2 и соплом 4 после разогрева ей изделия 1 в течение некоторого времени включают рабочий источник питания 3 и зажигают рабочую дугу 7. Между соплом плазмотрона 4 и изделием 1 устанавливается дистанция длиной в несколько миллиметров. Ток вспомогательной дуги 9 ограничивают с целью уменьшения подплавления и эрозии сопла 4. Дистанция между соплом 4 и изделием 1 зависит от мощности вспомогательной дуги 9. Чем больше мощность вспомогательной дуги 9, тем больше дистанция, при которой обеспечивается стабильное зажигание рабочей дуги 7. Сопло 4 плазмотрона обычно изготавливается из меди и интенсивно охлаждается водой. Вспомогательная дуга 9 остается включенной при выполнении сварки и становится таким образом дежурной. Высоковольтное высокочастотное устройство зажигания 5 после зажигания вспомогательной дуги 9 отключается, если используется дуга постоянного тока. Если используется рабочая дуга переменного тока, то источник питания вспомогательной дуги должен по частоте обеспечивать совпадение смены полярности с рабочей дугой, что сложно обеспечить из-за разности напряжений дуг. Горение вспомогательной дуги 9 на сопло 4 в процессе сварки облегчает возникновение аварийного режима двойной дуги, так как наличие готового активного пятна вспомогательной дуги 9 на сопле 4 способствует этому. In fig. Figure 2 shows the ignition of a compressed arc using a known method. Product 1 and tungsten electrode 2 connected to operating AC power source 3. The tungsten electrode 2 and the nozzle of the plasma torch 4 are connected to an auxiliary current source 8, which must match the frequency and phase with the frequency of the working power source 3. Also, in parallel in the circuit of the auxiliary current source 8, an ignition device 5 of the auxiliary arc 9 is connected. Plasma-forming gas is supplied to the nozzle 4 , which blows the torch of the auxiliary arc 9 to product 1. After igniting the auxiliary arc 9 between the electrode 2 and the nozzle 4, after warming up the product 1 for some time, turn on the working power source 3 and ignite the working arc 7. Between the nozzle of the plasma torch 4 and product 1 is installed a distance of several millimeters. The current of the auxiliary arc 9 is limited in order to reduce melting and erosion of the nozzle 4. The distance between the nozzle 4 and the product 1 depends on the power of the auxiliary arc 9. The greater the power of the auxiliary arc 9, the greater the distance at which stable ignition of the working arc 7 is ensured. Nozzle 4 The plasma torch is usually made of copper and intensively cooled with water. The auxiliary arc 9 remains on during welding and thus becomes standby. The high-voltage high-frequency ignition device 5 is switched off after the auxiliary arc 9 is ignited if a direct current arc is used. If an AC working arc is used, then the auxiliary arc power source must ensure that the frequency of the polarity change coincides with the working arc, which is difficult to ensure due to the difference in arc voltages. The burning of the auxiliary arc 9 on the nozzle 4 during the welding process facilitates the occurrence of a double arc emergency mode, since the presence of a ready active spot of the auxiliary arc 9 on the nozzle 4 contributes to this.
На фиг. 3 представлена схема зажигания сжатой дуги по предлагаемому способу. In fig. Figure 3 shows a diagram of the ignition of a compressed arc according to the proposed method.
Изделие 1 и вольфрамовый электрод 2 подключают к рабочему источнику питания 3 разнополярных импульсов тока прямоугольной формы. Параллельно к изделию 1 и вольфрамовому электроду 2 подключено высоковольтное высокочастотное устройство зажигания 5. В медное водоохлаждаемое сопло 4 плазмотрона подается плазмообразующий газ. В начальный момент зажигания изделие 1 и сопло 4 электрически связаны между собой путем контакта между ними или специального размыкателя 10 при наличии некоторой дистанции между изделием 1 и соплом 4. Включается рабочий источник питания 3 и затем высоковольтное высокочастотное устройство зажигания 5. Между электродом 2 и соплом 4 быстро возникает вспомогательная разнополярная дуга 11 большой мощности. Факел этой мощной вспомогательной разнополярной дуги 11 выдувается в направлении изделия и нагревает зону будущего активного пятна рабочей дуги 7. Через небольшое время, установленное на специальном устройстве, производят размыкание электрического контакта между изделием 1 и соплом 4 или отвод сопла 4 от изделия 1. Вследствие этого напряжение рабочего источника питания 3 прикладывается к промежутку «электрод-изделие» и совместно с действующим потоком плазмы вспомогательной разнополярной дуги 11 под действием продолжающего работать источника высоковольтных высокочастотных импульсов устройства зажигания 5 зажигается рабочая разнополярная дуга 7. После зажигания рабочей разнополярной дуги 7 устройство зажигания 5 продолжает работу, обеспечивая устойчивость повторных зажиганий рабочей дуги 7. Отсутствие горения вспомогательной дуги 11 на сопло 4 после зажигания рабочей дуги повышает его стойкость к эрозии, расплавлению и возникновению аварийной двойной дуги. Product 1 and tungsten electrode 2 are connected to a working power source of 3 different-polar rectangular current pulses. In parallel, a high-voltage, high-frequency ignition device 5 is connected to product 1 and the tungsten electrode 2. Plasma-forming gas is supplied to the copper water-cooled nozzle 4 of the plasma torch. At the initial moment of ignition, product 1 and nozzle 4 are electrically connected to each other by contact between them or a special switch 10 if there is a certain distance between product 1 and nozzle 4. The working power source 3 is turned on and then the high-voltage high-frequency ignition device 5. Between electrode 2 and nozzle 4, an auxiliary multi-polar arc 11 of high power quickly arises. The torch of this powerful auxiliary multi-polar arc 11 is blown in the direction of the product and heats the area of the future active spot of the working arc 7. After a short time, set on a special device, the electrical contact between the product 1 and the nozzle 4 is opened or the nozzle 4 is removed from the product 1. As a result of this the voltage of the working power source 3 is applied to the “electrode-product” gap and, together with the current plasma flow of the auxiliary multi-polar arc 11, under the influence of the continuing operating source of high-voltage high-frequency pulses of the ignition device 5, the working multi-polar arc 7 is ignited. After the ignition of the working multi-polar arc 7, the ignition device 5 continues work, ensuring the stability of repeated ignitions of the working arc 7. The absence of burning of the auxiliary arc 11 on the nozzle 4 after the ignition of the working arc increases its resistance to erosion, melting and the occurrence of an emergency double arc.
На фиг. 4 представлена циклограмма токов дуги с разнополярными импульсами прямоугольной формы. In fig. Figure 4 shows a cyclogram of arc currents with multipolar rectangular pulses.
Кривая 11 показывает форму и длительности импульсов рабочей дуги. Длительность импульса обратной полярности tEP, прямой полярности tEN, амплитудные значения токов IEP, IEN. В периоды времени смены полярности между электродами действует высоковольтный высокочастотный разряд 12, обеспечивающий надежность такой смены. Этот же разряд используется при начальном бесконтактном зажигании дуги. Curve 11 shows the shape and duration of the working arc pulses. Pulse duration of reverse polarity t EP , normal polarity t EN , amplitude values of currents I EP , I EN . During periods of polarity change, a high-voltage, high-frequency discharge 12 operates between the electrodes, ensuring the reliability of such a change. The same discharge is used during the initial non-contact ignition of the arc.
Для питания таких дуг используются частоты импульсов от 30 до 200 Гц. Смена полярности в таких дугах осуществляется с высокой скоростью. Источники питания такой дуги позволяют регулировать, как минимум соотношение времени длительности импульсов, а во многих случаях и амплитуду их тока. Такой вид дуги используется для сварки алюминиевых сплавов вольфрамовым электродом, при сварке под флюсом и при сварке плавящимся электродом в защитных газов. Применение данного вида дуги для плазменной сварки алюминиевых сплавов описано в статье Гринюк А.А., Коржик В.Е., Шевченко Е.Н. и др. Основные тенденции развития плазменно-дуговой сварки алюминиевых сплавов // Автоматическая сварка. –2015. – № 11. – С. 39 – 50.To power such arcs, pulse frequencies from 30 to 200 Hz are used. Polarity changes in such arcs occur at high speed. Power supplies for such an arc make it possible to regulate at least the time ratio of the pulse duration, and in many cases the amplitude of their current. This type of arc is used for welding aluminum alloys with a tungsten electrode, submerged arc welding and gas shielded consumable electrode welding. The use of this type of arc for plasma welding of aluminum alloys is described in the article by Grinyuk A.A., Korzhik V.E., Shevchenko E.N. and others. Main trends in the development of plasma-arc welding of aluminum alloys // Automatic welding. –2015. – No. 11. – P. 39 – 50.
В таблице 1 представлена зависимость мощности, поглощаемой плазмообразующим газом РГ, от длины канала сопла LC. Зависимость получена расчетом по математической модели сжатой дуги (В.П. Сидоров. Энергетические характеристики сжатой сварочной дуги в аргоне. – Тольятти, ТГУ, 2011. Раздел 5.3. Расчет эффективной мощности сжатой трехфазной дуги. С.168-178). Ток дуги I = 200 А. Диаметр сопла DС = 0,5 см, расход плазмообразующего аргона G = 0,15 г/с. Table 1 shows the dependence of the power absorbed by the plasma-forming gas RG on the length of the nozzle channel L C . The dependence was obtained by calculation using a mathematical model of a compressed arc (V.P. Sidorov. Energy characteristics of a compressed welding arc in argon. - Tolyatti, TSU, 2011. Section 5.3. Calculation of the effective power of a compressed three-phase arc. P. 168-178). Arc current I = 200 A. Nozzle diameter D C = 0.5 cm, plasma argon flow rate G = 0.15 g/s.
Таблица 1Table 1
С увеличением длины канала сопла LC возрастает выделяемая в нем электрическая мощность PC и мощность, отводимая в сопло плазмотрона QC, а разность расходуется на нагрев плазмообразующего газа. Эта разность РГ увеличивается с увеличением длины канала сопла LC. Соответственно возрастает температура газа и снижается его плотность, возрастает газокинетичсекое давление струи. Большая часть мощности, переносимой газом, передается изделию. Мощность может возрастать и дальше на открытом участке сжатой дуги, но с меньшей интенсивностью. Давление дуги погружает активное пятно дуги в сварочную ванну, что способствует повышению глубины проплавления изделия. Аналогичная зависимость имеет место при увеличении тока и уменьшении диаметра сопла. Поэтому прямое зажигание между электродом и изделием снижает энергетические и технологические возможности сжатой дуги. As the length of the nozzle channel L C increases, the electrical power P C released in it and the power discharged into the plasma torch nozzle Q C increases, and the difference is spent on heating the plasma-forming gas. This difference RG increases with increasing nozzle channel length L C . Accordingly, the temperature of the gas increases and its density decreases, and the gas-kinetic pressure of the jet increases. Most of the power carried by the gas is transferred to the product. The power can increase further in the open section of the compressed arc, but with less intensity. Arc pressure immerses the active arc spot into the weld pool, which increases the depth of penetration of the product. A similar dependence occurs with increasing current and decreasing nozzle diameter. Therefore, direct ignition between the electrode and the product reduces the energy and technological capabilities of the compressed arc.
В таблице 2 представлена зависимость пробойной напряженности при возникновении двойной дуги от тока дуги. Пробойная напряженность является критерием опасности возникновения двойной дуги. Чем выше пробойная напряженность, тем выше возможнее возникновение двойной дуги. Пробойная напряженность ЕПР определяется по формуле Table 2 shows the dependence of the breakdown voltage when a double arc occurs on the arc current. The breakdown voltage is a criterion for the danger of a double arc. The higher the breakdown voltage, the higher the possibility of a double arc occurring. The breakdown voltage E PR is determined by the formula
ЕПР =UC/Δ,E PR =U C /Δ,
где UC- падение напряжения на участке столба сжатой дуги внутри формирующего столб дуги канала, В; where U C is the voltage drop in the section of the compressed arc column inside the channel forming the arc column, V;
Δ – минимальная толщина непроводящего слоя плазмообразующешго аргона в конечном сечении сопла, см. Δ – minimum thickness of the non-conducting layer of plasma-forming argon in the final section of the nozzle, see
Данный критерий обоснован в книге В.П. Сидоров. Энергетические характеристики сжатой сварочной дуги в аргоне. – Тольятти, ТГУ, 2011. Раздел 4. Обоснование критерия аварийного режима двойного дугообразования. С.121-150). Длина и диаметр канала сопла 0,3 см, расход плазмообразующего аргона 0,5 л/мин. This criterion is substantiated in the book by V.P. Sidorov. Energy characteristics of a compressed welding arc in argon. – Togliatti, TSU, 2011. Section 4. Justification of the emergency mode criterion for double arc formation. P.121-150). The length and diameter of the nozzle channel is 0.3 cm, the flow rate of plasma-forming argon is 0.5 l/min.
Таблица 2table 2
С ростом тока ЕПР интенсивно нарастает. Причиной этого является одновременное увеличение UC и уменьшение Δ. As the current E increases, the PR increases rapidly. The reason for this is the simultaneous increase in U C and decrease in Δ.
В таблице 3 представлена зависимость пробойной напряженности при возникновении двойной дуги от длины канала сопла LC. Table 3 shows the dependence of the breakdown voltage when a double arc occurs on the length of the nozzle channel L C .
Таблица 3Table 3
С ростом LC, ЕПР также интенсивно нарастает. Причиной этого является одновременное увеличение UC и уменьшение Δ. Для таблицы 3 I=100 A, расход аргона 0,5 л/мин, диаметр сопла 0,3 см. With increasing LC , E PR also increases intensively. The reason for this is the simultaneous increase in U C and decrease in Δ. For table 3 I = 100 A, argon flow 0.5 l/min, nozzle diameter 0.3 cm.
В таблице 4 представлена зависимость пробойной напряженности при возникновении двойной дуги от диаметра канала сопла DC. Table 4 shows the dependence of the breakdown voltage when a double arc occurs on the diameter of the nozzle channel D C .
Таблица 4Table 4
Для таблицы 3 I=100 A, расход аргона 0,5 л/мин, длина LC =0,3 см. Изменение диаметра сопла очень сильно влияет на ЕПР. For Table 3, I = 100 A, argon flow rate 0.5 l/min, length L C = 0.3 cm. Changing the nozzle diameter greatly affects E PR .
Приведенные расчеты показывают, что повышение дистанции зажигания по предлагаемому способу позволяет повысить тепловую и технологическую эффективность сжатой дуги. The above calculations show that increasing the ignition distance using the proposed method makes it possible to increase the thermal and technological efficiency of the compressed arc.
Пример 1. Зажигали сжатую дугу с импульсами тока прямоугольной формы частотой 50 Гц от источника питания свободной дуги БРИМА-200. Источник рассчитан на номинальный ток импульсов 200 А, имеет штыковую внешнюю характеристику. Схема источника позволяет регулировать длительность импульса обратной полярности от 10% до 90% в периоде тока. При этом амплитуда импульсов регулируется, но для обеих полярностей одинакова. Параметры получения сжатой дуги были следующие: диаметр вольфрамового электрода 3 мм, форма его торца полусферы, расстояние от торца электрода до начального сечения цилиндрического канала LВ =1 мм, диаметр цилиндрического канала DC = 3 мм, длина цилиндрического канала LС =3 мм, предполагалась длина открытого участка LО = 1 мм. Ток импульсов на источнике устанавливали I=110 А. Расход плазмообразующего аргона составлял 1 л/мин. В качестве изделия использовалась пластина из алюминиевого сплава АМц размерами 150х50х4 мм. Сопло прижимали к изделию под углом 15 градусов и включали рабочее напряжение источника питания, обеспечивая короткое замыкание между соплом и пластиной. При этом срабатывал высоковольтный высокочастотный разряд и в течение доли секунды зажигалась мощная вспомогательная дуга на медное сопло. Ее ток составлял 110 А, так как при штыковой форме внешней характеристики источника ток не зависит от напряжения дуги. Факел этой дуги под углом выходил из сопла плазмотрона и образовывал на поверхности пластины пятно нагрева длиной примерно 20 мм. Отрывали сопло от изделия на дистанцию 5 мм и в тот же момент зажигалась рабочая дуга. Поворачивали сопло так, чтобы ось сопла была перпендикулярна пластине. Устанавливали требуемую рабочую длину открытого участка дуги LО = 3 мм. Рабочая дуга горела стабильно. В процессе горения рабочей дуги продолжалось действие устройства зажигания, обеспечивающее устойчивость повторных зажиганий.Example 1. A compressed arc was ignited with rectangular current pulses with a frequency of 50 Hz from a free arc power source BRIMA-200. The source is designed for a rated pulse current of 200 A and has a bayonet external characteristic. The source circuit allows you to adjust the duration of the reverse polarity pulse from 10% to 90% in the current period. In this case, the amplitude of the pulses is adjustable, but is the same for both polarities. The parameters for obtaining a compressed arc were as follows: the diameter of the tungsten electrode is 3 mm, the shape of its hemispherical end, the distance from the end of the electrode to the initial section of the cylindrical channel L B = 1 mm, the diameter of the cylindrical channel D C = 3 mm, the length of the cylindrical channel L C = 3 mm , the length of the open section was assumed to be L O = 1 mm. The pulse current at the source was set to I=110 A. The flow rate of plasma-forming argon was 1 l/min. The product used was a plate made of aluminum alloy AMts with dimensions of 150x50x4 mm. The nozzle was pressed against the workpiece at an angle of 15 degrees and the operating voltage of the power source was turned on, providing a short circuit between the nozzle and the plate. At the same time, a high-voltage high-frequency discharge was triggered and within a split second a powerful pilot arc was ignited onto the copper nozzle. Its current was 110 A, since with a bayonet form the external characteristic of the source does not depend on the arc voltage. The torch of this arc exited the plasmatron nozzle at an angle and formed a heating spot approximately 20 mm long on the surface of the plate. The nozzle was torn away from the product at a distance of 5 mm and at the same moment the working arc was ignited. The nozzle was rotated so that the nozzle axis was perpendicular to the plate. The required working length of the open section of the arc was set to L O = 3 mm. The working arc burned stably. During the burning of the working arc, the operation of the ignition device continued, ensuring the stability of repeated ignitions.
Пример 2. При параметрах процесса, приведенных в примере 1 осуществляли зажигание рабочих дуг по предлагаемому способу с помощью размыкателя. Предварительно устанавливали рабочую дистанцию между соплом и пластиной LО = 4 мм. Специальным медным размыкателем соединяли деталь с соплом и включали рабочее напряжение источника питания, обеспечивая короткое замыкание между соплом и пластиной. При этом срабатывал высокочастотный высоковольтный разряд и в течение доли секунды зажигалась мощная вспомогательная дуга на медное сопло. Ее ток составлял 110 А, так как при штыковой форме внешней характеристики источника ток не зависит от напряжения дуги. Факел этой дуги выходил из сопла плазмотрона и образовывал на поверхности пластины пятно диаметром примерно 20 мм. Отключали размыкателем изделие от сопла и в тот же момент зажигалась рабочая дуга. Рабочая дуга горела стабильно. В течение 5 секунд получили наплавленную точку на поверхности пластины диаметром 6 мм. В процессе горения рабочей дуги продолжалось действие устройства зажигания, обеспечивающее устойчивость повторных зажиганий.Example 2. With the process parameters given in example 1, the working arcs were ignited according to the proposed method using a circuit breaker. The working distance between the nozzle and the plate was preliminarily set to L O = 4 mm. A special copper disconnector was used to connect the part to the nozzle and turn on the operating voltage of the power source, providing a short circuit between the nozzle and the plate. At the same time, a high-frequency high-voltage discharge was triggered and within a split second a powerful pilot arc was ignited onto the copper nozzle. Its current was 110 A, since with a bayonet form the external characteristic of the source does not depend on the arc voltage. The torch of this arc came out of the plasmatron nozzle and formed a spot with a diameter of approximately 20 mm on the surface of the plate. The product was disconnected from the nozzle using a circuit breaker and at the same moment the working arc was ignited. The working arc burned stably. Within 5 seconds, a deposited point was obtained on the surface of a plate with a diameter of 6 mm. During the burning of the working arc, the operation of the ignition device continued, ensuring the stability of repeated ignitions.
Пример 3. При параметрах процесса, приведенных в примере 1 осуществляли зажигание рабочих дуг по предлагаемому способу с помощью размыкателя. Процесс вели в режиме использования источника питания БРИМА-200 в режиме постоянного тока прямой полярности. В качестве детали использовали пластины высоколегированной стали. Предварительно устанавливали рабочую дистанцию между соплом и пластиной LО = 4 мм. Специальным медным размыкателем соединяли деталь с соплом и включали рабочее напряжение источника питания, обеспечивая короткое замыкание между соплом и пластиной. При этом срабатывал высокочастотный высоковольтный разряд и в течение доли секунды зажигалась мощная вспомогательная дуга на медное сопло. Ее ток составлял 110 А, так как при штыковой форме внешней характеристики источника ток не зависит от напряжения дуги. Факел этой дуги выходил из сопла плазмотрона и образовывал на поверхности пластины пятно диаметром примерно 15 мм. После прямого зажигания вспомогательной дуги на таком режиме высокочастотный источник отключается. Отключали размыкателем изделие от сопла и в тот же момент зажигалась рабочая дуга. Рабочая дуга горела стабильно. В течение 5 секунд получили наплавленную точку на поверхности пластины диаметром 7 мм. Example 3. With the process parameters given in example 1, the working arcs were ignited according to the proposed method using a circuit breaker. The process was carried out using the BRIMA-200 power source in direct current mode of direct polarity. High-alloy steel plates were used as parts. The working distance between the nozzle and the plate was preliminarily set to L O = 4 mm. A special copper disconnector was used to connect the part to the nozzle and turn on the operating voltage of the power source, providing a short circuit between the nozzle and the plate. At the same time, a high-frequency high-voltage discharge was triggered and within a split second a powerful pilot arc was ignited onto the copper nozzle. Its current was 110 A, since with a bayonet form the external characteristic of the source does not depend on the arc voltage. The torch of this arc came out of the plasmatron nozzle and formed a spot with a diameter of approximately 15 mm on the surface of the plate. After direct ignition of the pilot arc in this mode, the high-frequency source is turned off. The product was disconnected from the nozzle using a circuit breaker and at the same moment the working arc was ignited. The working arc burned stably. Within 5 seconds, a deposited point was obtained on the surface of a plate with a diameter of 7 mm.
Предлагаемый способ позволяет производить зажигание без использования вспомогательного источника питания, снижается длительность перехода к установившемуся режиму вспомогательной дуги и повышается надежность поддержания горения вспомогательной дуги переменного тока. Большая мощность вспомогательной дуги позволяет существенно увеличить дистанцию надежного зажигания рабочей дуги. Также сокращается время достижения рабочей дугой установившегося режима. Отсутствие вспомогательной дуги при сварке или другом технологическом процессе приводит к снижению эрозии сопла и повышает стойкость к возникновению аварийного режима двойного дугообразования. Не требуется постоянного крепления специального провода к соплу, что повышает маневренность плазмотрона, уменьшает его вес. Горение высокочастотного стабилизатора дуги в процессе сварки обеспечивает устойчивость повторных зажиганий сжатой дуги на уровне, не уступающей устойчивости в свободной дуге. Увеличение дистанции устойчивого зажигания позволяет увеличивать суммарную длину канала сопла и открытого участка, варьировать их соотношение, уменьшать диаметр сопла, тем самым повышая энергетические характеристики сжатой дуги.The proposed method allows ignition without the use of an auxiliary power source, reduces the duration of the transition to the steady state of the auxiliary arc and increases the reliability of maintaining the burning of the auxiliary alternating current arc. The high power of the pilot arc allows you to significantly increase the distance of reliable ignition of the working arc. The time it takes for the working arc to reach a steady state is also reduced. The absence of an auxiliary arc during welding or other technological processes leads to a reduction in nozzle erosion and increases resistance to the occurrence of an emergency double arcing mode. There is no need to permanently attach a special wire to the nozzle, which increases the maneuverability of the plasma torch and reduces its weight. The combustion of a high-frequency arc stabilizer during the welding process ensures the stability of repeated ignitions of a compressed arc at a level not inferior to the stability in a free arc. Increasing the distance of stable ignition makes it possible to increase the total length of the nozzle channel and the open section, vary their ratio, and reduce the diameter of the nozzle, thereby increasing the energy characteristics of the compressed arc.
Применение способа не требует каких-либо новых и сложных устройств. Для его реализации достаточно простой электрической схемы, обеспечивающей небольшую продолжительность горения вспомогательной дуги порядка нескольких десятых долей секунды. Application of the method does not require any new and complex devices. To implement it, a simple electrical circuit is sufficient, providing a short burning duration of the auxiliary arc of the order of a few tenths of a second.
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2807974C1 true RU2807974C1 (en) | 2023-11-21 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4033316A (en) * | 1975-06-03 | 1977-07-05 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Sustained arc ignition system |
| SU772763A1 (en) * | 1978-09-28 | 1980-10-23 | Тольяттинский политехнический институт | Method of generating compressed a.c. arc |
| SU829366A1 (en) * | 1979-02-14 | 1981-05-15 | Усть-Каменогорский Строительно- Дорожный Институт | Method of welding by compressed arc |
| RU2686505C1 (en) * | 2018-06-25 | 2019-04-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Method of plasma processing of metal products |
| RU2763912C1 (en) * | 2021-03-30 | 2022-01-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" | Method for plasma surfacing and welding by combination of arcs |
| RU2763808C1 (en) * | 2021-03-11 | 2022-01-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" | Welding method by combination of compressed and free arcs |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4033316A (en) * | 1975-06-03 | 1977-07-05 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Sustained arc ignition system |
| SU772763A1 (en) * | 1978-09-28 | 1980-10-23 | Тольяттинский политехнический институт | Method of generating compressed a.c. arc |
| SU829366A1 (en) * | 1979-02-14 | 1981-05-15 | Усть-Каменогорский Строительно- Дорожный Институт | Method of welding by compressed arc |
| RU2686505C1 (en) * | 2018-06-25 | 2019-04-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Method of plasma processing of metal products |
| RU2763808C1 (en) * | 2021-03-11 | 2022-01-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" | Welding method by combination of compressed and free arcs |
| RU2763912C1 (en) * | 2021-03-30 | 2022-01-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" | Method for plasma surfacing and welding by combination of arcs |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8735766B2 (en) | Cathode assembly and method for pulsed plasma generation | |
| US9024230B2 (en) | Method for starting a multi-gas plasma arc torch | |
| CS218814B1 (en) | Method of generating the plasma in the plasma electric arc generator and device for executing the same | |
| US5530220A (en) | Plasma torch arc transfer circuit | |
| RU2807974C1 (en) | Direct compressed arc ignition method | |
| CA2695902C (en) | Cathode assembly and method for pulsed plasma generation | |
| RU2763808C1 (en) | Welding method by combination of compressed and free arcs | |
| US6566625B1 (en) | Welding apparatus and method | |
| US3997756A (en) | Method for striking main arc between the electrode of plasmatron and workpiece, and contrivance embodying same | |
| RU2643010C2 (en) | Method of plasma-arc welding by consumable electrode | |
| SU1698001A1 (en) | Method of arc welding and facing of metals in vacuum | |
| RU2113331C1 (en) | Plant for plasma cutting of metal | |
| JPH0337833B2 (en) | ||
| JPH0337834B2 (en) | ||
| RU1802768C (en) | Method of igniting three-phase plasma arc | |
| Lapin et al. | Arc stability in TIG welding thin sheets of aluminium and its alloys | |
| JPH036868B2 (en) | ||
| Saiepour et al. | Continuous sinusoidal HF arc initiation | |
| RU2174065C2 (en) | Method increasing service life of plasma generator used for plasma-arc machining of materials | |
| JPH03234365A (en) | Device for supplying ac square wave welding power source for arc welding | |
| SU546444A1 (en) | Plasma arc cutting torch | |
| RU2061286C1 (en) | Method of and device for producing electric discharge | |
| SU1542734A1 (en) | Method of plasma working with plasmatron provided with sectionalized duct | |
| Zheng et al. | Arc interference and a unique push-pull arc solution in alternating current plasma arc welding of aluminium alloys | |
| WO1997033458A2 (en) | Device for plasma cutting of metals |