Способ зажигания сжатой дуги прямого действия Российский патент 2023 года по МПК B23K10/02 B23K9/16 B23K9/95 B23K9/67 

Изобретение относится к области дуговой плазменной сварки и может использоваться в машиностроении.

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).

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.

Процесс прямого зажигания сжатой дуги с разнополярными импульсами тока прямоугольной формы описан в статье В.П. Сидорова, Д.Э. Советкина

«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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Короткое замыкание между соплом плазмотрона и изделием можно осуществлять их непосредственным касанием.

Также короткое замыкание между соплом плазмотрона и изделием можно осуществлять специальным размыкателем.

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.

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.

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.

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.

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.

На фиг. 1 показана схема прямого зажигания сжатой дуги прямого действия с помощью высоковольтного высоковольтного высокочастотного источника.

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. ).

U_C < U_К +U_А,

где U_C – падение напряжения на формирующем столб дуги участке сопла, В, U_К и U_А – катодное и анодное падение напряжения двойной дуги, В.

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 L_C и длину открытого участка дуги L_O. 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.

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.

На фиг. 3 представлена схема зажигания сжатой дуги по предлагаемому способу.

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.

На фиг. 4 представлена циклограмма токов дуги с разнополярными импульсами прямоугольной формы.

Кривая 11 показывает форму и длительности импульсов рабочей дуги. Длительность импульса обратной полярности t_EP, прямой полярности t_EN, амплитудные значения токов I_EP, I_EN. 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.

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.

В таблице 1 представлена зависимость мощности, поглощаемой плазмообразующим газом Р_Г, от длины канала сопла L_C. 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 D_С = 0,5 см, расход плазмообразующего аргона G = 0,15 г/с.

Таблица 1

L_C, см 0,2 0,4 0,6 0,8 P_C, Вт 1608 2339 2989 3601 Q_C, Вт 197 553 991 1479 Р_Г, Вт 1411 1788 1998 2122

С увеличением длины канала сопла L_C возрастает выделяемая в нем электрическая мощность P_C и мощность, отводимая в сопло плазмотрона Q_C, а разность расходуется на нагрев плазмообразующего газа. Эта разность Р_Г увеличивается с увеличением длины канала сопла L_C. 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.

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 Е_ПР определяется по формуле

Е_ПР =U_C/Δ,

где U_C- падение напряжения на участке столба сжатой дуги внутри формирующего столб дуги канала, В;

Δ – минимальная толщина непроводящего слоя плазмообразующешго аргона в конечном сечении сопла, см.

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.

Таблица 2

I, A 80 100 120 140 E_ПР, В/см 2004 2915 3958 5123

С ростом тока Е_ПР интенсивно нарастает. Причиной этого является одновременное увеличение U_C и уменьшение Δ.

В таблице 3 представлена зависимость пробойной напряженности при возникновении двойной дуги от длины канала сопла L_C.

Таблица 3

L_C, см 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 E_ПР, В/см 1158 2043 2915 3786 4656 5526

С ростом L_C, Е_ПР также интенсивно нарастает. Причиной этого является одновременное увеличение U_C и уменьшение Δ. Для таблицы 3 I=100 A, расход аргона 0,5 л/мин, диаметр сопла 0,3 см.

В таблице 4 представлена зависимость пробойной напряженности при возникновении двойной дуги от диаметра канала сопла D_C.

Таблица 4

D_C, см 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 E_ПР, В/см 12940 2915 1011 444 226

Для таблицы 3 I=100 A, расход аргона 0,5 л/мин, длина L_C =0,3 см. Изменение диаметра сопла очень сильно влияет на Е_ПР.

Приведенные расчеты показывают, что повышение дистанции зажигания по предлагаемому способу позволяет повысить тепловую и технологическую эффективность сжатой дуги.

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 L_В =1 мм, диаметр цилиндрического канала D_C = 3 мм, длина цилиндрического канала L_С =3 мм, предполагалась длина открытого участка L_О = 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 L_О = 3 мм. Рабочая дуга горела стабильно. В процессе горения рабочей дуги продолжалось действие устройства зажигания, обеспечивающее устойчивость повторных зажиганий.

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 L_О = 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.

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 L_О = 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.

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.

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.

Изобретение относится к области дуговой плазменной сварки и может использоваться в машиностроении. В предложенном способе зажигания сжатой дуги прямого действия используют вспомогательную дугу между электродом плазмотрона и соплом с образованием плазменной струи, выдуваемой плазмообразующим газом к изделию. Зажигание вспомогательной дуги производят с помощью высоковольтного высокочастотного разряда от устройства зажигания, встроенного в инверторный источник питания. Второй полюс высоковольтного высокочастотного источника подключают к изделию, для зажигания вспомогательной дуги соединяют изделие и сопло накоротко. После этого включают основной источник питания и устройство зажигания. Вслед за зажиганием вспомогательной дуги размыкают соединение изделия с соплом, зажигая рабочую дугу. Обеспечивается сокращение длительности перехода к установившемуся режиму вспомогательной дуги, сокращение длительности перехода рабочей дуги к установившемуся режиму. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 4 табл., 3 пр.

1. Способ зажигания сжатой дуги прямого действия, включающий создание вспомогательной дуги между электродом плазмотрона и соплом с образованием плазменной струи, выдуваемой плазмообразующим газом к изделию, при котором зажигание вспомогательной дуги производят с помощью высоковольтного высокочастотного разряда от устройства зажигания, второй полюс высоковольтного высокочастотного источника подключают к изделию, для зажигания вспомогательной дуги соединяют изделие и сопло накоротко, включают основной источник питания и устройство зажигания, после зажигания вспомогательной дуги размыкают соединение изделия с соплом, зажигая рабочую дугу.

2. Способ зажигания сжатой дуги по п.1, отличающийся тем, что короткое замыкание между соплом плазмотрона и изделием осуществляют их непосредственным касанием.

3. Способ зажигания сжатой дуги по п.1, отличающийся тем, короткое замыкание между соплом плазмотрона и изделием осуществляют размыкателем.