#專業技術篇
交流TIG焊接過程中直流分量的產生及消除
在生產實踐中,焊接鋁、鎂及其合金時一般都採用交流電,這樣在交流焊接過程,工件為陰極的時候,有去除氧化膜的作用,它可以清除熔池表面形成的氧化膜;鎢極為陰極的時候,鎢極可以得到冷卻,同時可發射足夠的電子,有利於電弧穩定,使兩者都能兼顧,焊接過程又能順利進行。
但是使用交流電源的同時,也產生了如下問題:一是會產生直流分量,是有害的;二是交流電源每秒鐘有100次經過零點,必須採取穩弧措施。
下面主要介紹一下直流分量的產生及消除
在交流電弧的情況下,由於電極和母材的電、熱物理性能以及幾何尺寸等方面存在差異,造成在交流電兩半週期中的弧柱導電率、電場強度和電弧電壓不對稱,使電弧電流也不對稱。
在鎢極為陰極的半周,弧柱電導率高,電場強度小,電弧電壓低而電流大;在母材為陰極的半周中則情況恰恰相反,電弧電壓高而電流小。
由於兩半周的電流不對稱,因而交流電弧的電流可看成是由兩部分組成,一是交流電流,另一是疊加在交流部分上的直流電流,後者為直流分量。
這種交流電弧中產生直流分量的現象,稱為鎢極交流氬弧焊的整流作用。這種整流作用不僅在交流TIG焊鋁時存在,凡兩種電極材料物理性能差別較大時都會出現。用交流焊接銅、鎂等合金時,同樣都有這個問題。
即使用同種材料交流焊接時,由於電極與工件幾何形狀和散熱條件的差異,也會有直流分量,只是數值很小,不影響設備正常工作而已。
如果母材與電極的電、熱物理性能相差越大,則上述不對稱的情況越嚴重,直流分量也越大。
反之,母材與電極的電、熱物理性能相差不大,兩者散熱能力的差異只是由於幾何尺寸不同引起的,整流作用不明顯。如熔化極氬弧焊時,焊絲和工件通常用同一種材料,則上述的不對稱情況就不明顯,直流分量小的可以忽略不計。
直流分量的方向與鎢極為陰極的半周內的電流方向相同,由母材流向鎢極,相當於在焊接時迴路中存在一個正極性的直流電源。
由於直流分量的存在,首先會使陰極去除氧化膜作用減弱,其次會使焊接變壓器的鐵芯中相應地產生一部分直流磁通,這部分直流磁通疊加在原來的交變磁通上,使鐵芯在一方向上可能達到磁飽和狀態,從而導致變壓器激磁電流大大增加。這樣,一方面使變壓器的鐵損和銅損增加,效率降低,溫升提高;另一方面還會使焊接電流的波形嚴重畸變,降低功率因數。這些都會給電弧的穩定燃燒帶來不利影響。
為此,有必要採取措施消除直流分量。
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