Експерименти показують, що поведінка дуги змінного струму поблизу моментів зміни напрямку дугового струму (або полярності дугового напруги) істотно залежить від властивостей матеріалу електродів і умов в дуговому проміжку. При цьому поведінка дуги в ці моменти на тугоплавкої і легкоплавких електродах зовсім по-різному і залежить від напрямку зміни струму (рис. 1.4).
Це добре простежуються в дузі змінного струму при зварюванні вольфрамовим електродом в аргоні виробів з алюмінієвих сплавів. Характерною особливістю такої дуги є високий пік напруги повторного запалювання при переході з прямоїполярності (катод - вольфрамовий електрод) на зворотний (катод - алюмінієве виріб) і незначний пік цього напруги при переході з зворотної полярності на пряму. Якісно це добре пояснюється термоемісійною теорією плавиться катода і теорією автоелектронної емісії з алюмінієвого катода.
При переході з зворотної полярності на пряму розігрітий в попередньому напівперіоді вольфрамовий електрод енергійно емітує електрони. Струм емісії визначається тільки температурою електрода, яка через малу теплопровідності вольфраму не встигає помітно змінитися. Тому струм в дузі виникає при як завгодно малому відновлюється напрузі і росте разом із зростанням напруги. Спостерігається при цьому невеликий пік напруги запалювання обумовлений падаючої характеристикою дуги при малих токах. Напруга горіння дуги протягом всього напівперіоду невелика.
Мал. 1.4. Напруга на дузі при зварюванні змінним струмом вольфрамовим електродом алюмінієвих сплавів.
Різниця фізичних властивостей електрода і вироби при зварюванні вольфрамовим електродом алюмінієвих сплавів призводить до того, що напруга на дузі в одному напівперіоді різко відрізняється від напруги в іншому напівперіоді. Температура торця електрода в кілька разів вища за температуру ванни з розплавленим алюмінієм.
Через те, що напруга горіння дуги в різних напівперіодах істотно розрізняються, в зварювального ланцюга виникає постійна складова струму. Постійна складова струму при зварюванні на змінному струмі негативно позначається на роботі джерела живлення, намагнічуючи трансформатор, і знижує якість зварного з'єднання.
1. Включення в зварювальну ланцюг ємності (конденсатора).
2. Включення діод-тиристорної ланцюжка.
Включення послідовно в зварювальну ланцюг конденсатора призводить до знищення постійної складової тому конденсатор не проводить постійний струм. За такою схемою виконані вітчизняні установки УДАР-300 і УДАР-500. Недоліком такого способу боротьби з постійною складовою є великі габарити і вага конденсаторної батареї і відповідно всієї установки.
Включення діод-тиристорної осередку показано на рис. 1.5. Діод (див. Рис. 1.6 - а) - це напівпровідниковий прилад, що пропускає струм в одному напрямку. Прилад складається з двох електродів - катода «К» і анода «А». Діод пропускає струм в тому випадку, коли його анод позитивний, а катод негативний. Якщо полярність на електродах протилежна (на катоді «+», а на аноді «-«), то діод закритий і електричний струм не проходить. Тиристор (див. Рис. 1.6 - б) відрізняється від діода наявністю ще одного електрода - керуючого (УЕ). На відміну від діода тиристор пропускає струм, коли його анод позитивний, катод негативний і на його керуючому електроді поданий керуючий сигнал. Причому, керуючий сигнал може бути короткочасним (імпульсним), достатнім для часу відкривання тиристора (тиру - двері по-грецьки). Тиристор залишається відкритим і після зникнення сигналу. Закривається він зміною полярності напруги анод - катод, тобто при подачі на анод негативного напруги, а на катод - позитивного.
Таким чином, при негативної полярності на виробі (зворотна полярність) вся полуволна сінусообразную напруги подається на дугового
Мал. 1.5. Включення діод-тиристорної осередки в зварювальну ланцюг для придушення постійної складової при зварюванні змінним струмом. 1 - вимикач; 2 - зварювальний трансформатор; 3 - не плавиться; 4 - виріб; 5 - діод; 6 - тиристор.
Мал. 1.6. Зображення діода -А і тиристора - Б на принципових електричних схемах.
Мал. 1.7. Криві напруг на дузі і керуючого сигналу при включенні діод-тиристорної осередки для придушення постійної складової в зварювального ланцюга.
проміжок через діод 5 (рис.1.5). При позитивній полярності на виробі (пряма полярність) на дугового проміжок подається тільки частина синусоїди (рис. 1.7), починаючи з моменту подачі керуючого сигналу на тиристор 6.
Отже, при прямій полярності на дугового проміжок подається знижена напруга, величина якого регулюється моментом подачі керуючого імпульсу. Кут, відлічуваний від моменту переходу синусоїди через нуль до моменту подачі керуючого імпульсу на тиристор, називається кутом управління тиристора. Таким чином, змінюючи кут управління тиристором можна регулювати величину напруги на дуговому проміжку при позитивній полярності на виробі, вирівнюючи тим самим струми в обох напівхвилях напруги на дузі. Імпульс на керуючий електрод і момент його подачі формується спеціальної електронної схемою.
Такий спосіб боротьби з постійної складової застосований у вітчизняних установках для аргонодугового зварювання неплавким електродом алюмінієвих сплавів УДГ - 301 і УДГ - 501.
Необхідно відзначити, що повторне напруга запалювання дуги при переході струму через нуль з прямоїполярності на зворотну становить кілька сотень вольт, якого явно не забезпечує зварювальний трансформатор. Тому в розглянутих установках застосовують спеціальні пристрої, що подають на дугу в цей момент короткі високовольтні (до 600 В) імпульси, звані стабілізуючими. Стабілізуючі імпульси допомагають збудитися дузі при зміні полярності з прямою на зворотну.