Дослідження параметрів електричного розряду у захисних газах методом осцилографування Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2016, № 1 48 Абрамов О.О., Завгородній В.В. Хмельницький національний університет, м. Хмельницький, Україна E-mail: tribosenator@gmail.com ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ЕЛЕКТРИЧНОГО РОЗРЯДУ У ЗАХИСНИХ ГАЗАХ МЕТОДОМ ОСЦИЛОГРАФУВАННЯ УДК 621.891 Представлено методику отримання осцилограм, визначення величини відносного пробивного зазору і па- раметрів іскрового розряду в середовищі різних газів лабораторним способом. Розглянуто вплив газового середови- ща на стійкість електричного розряду, дана порівняльна характеристика кожного з середовищ. Визначені величини відносного пробивного зазору і параметрів розряду: напруги і струму. Приведені значення відносного пробивного зазору, напруги пробою і струму електричних розрядів у міжелектродних проміжках. Гази вибрані з умови їх най- більшого використання в зварювальному виробництві: повітря, вуглекислий газ, аргон і суміш аргону з вуглекислим газом. Ключові слова: електричний розряд, повітря, напруга пробою, пробивний зазор, аргон. Вступ При проведенні зварювальних робіт з використанням автоматів і навпівавтоматів дуже важли- вим е збереження працездатності струмопідводячих наконечників. Ресурс роботи наконечника залежить від величини його механічного і електроерозійного зношування. Електроерозійний знос з’являється вна- слідок нещільного контакту між електродним дротом і внутрішньою поверхнею каналу наконечника і за- лежить від хімічного складу проміжку між ними. Хімічний склад проміжку формується парами матеріа- лів дроту, наконечника і захисних газів середовища, у якому проводиться зварювання. Визначення впли- ву кожної складової вказаних факторів має метою знаходження методів покращення роботи зварюваль- них наконечників. Методика і результати розрахунків Дослідження впливу газового середовища на електроерозію проводили шляхом визначення ве- личини пробивного зазору і параметрів електричного розряду кожного з досліджуваних газів. Для досяг- нення цієї мети було вирішено використовувати випробувальну камеру (рис. 1) подібну тій, що для ви- значення впливу вологості вуглекислого газу на параметри електричного розряду. Частина корпуси ка- мери зробили з плексигласу. Це дозволило фіксувати момент появи розряду візуально. В середину каме- ри подавалося повітря, вуглекислий газ, аргон і суміш аргону з вуглекислим газом. Такий вибір дослі- джуваних газів пов’язаний с тим, що вуглекислий газ і аргон, а також їх суміші набули найбільшого по- ширення у зварювальному процесі. Джерелом живлення для проведення іспитів був, як і при проведенні раніше досліджень, зварювальний випрямляч ВКСМ-1000, але у цьому випадку у схемі використовував- ся тільки один баластний реостат РБ-302, вольтметр й амперметр у складі вимірювального блоку. Функ- цією вимірювального блоку стало контролювання у електричному ланцюгу наявності напруги і струму. Рис. 1 – Схема дослідницької установки З метою дослідження особливостей формування електричного розряду у газовому середовищі при проведенні експериментів додатково був застосований осцилятор для зняття його характеристик у вигляді осцилограм. Була зібрана електрична схема підключення вищевказаного приладу до комп’ютера (рис. 2). Дослідження параметрів електричного розряду у захисних газах методом осцилографування Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2016, № 1 49 Джерело живлення 1 подає постійну напругу на електрод 3 і електрод - пластину 7, між якими при зміні відстані виникає іскровий розряд. Для правильного проведення замірів у силовий ланцюг дода- тково підключається без індукційний шунт 8 з заздалегідь визначеним опором. До електрода-пластини паралельно шунту підключається осцилятор 5 для реєстрації величини напруги. Осцилятором виміряють падіння напруги на шунту і потім проводиться перерахунок сили струму. Осцилятор з’єднується через USB - порт з комп’ютером. Для захисту осциляторів від перевантажень використовувався додатковий опір 6 на 100 Ом. З метою недопущення перенавантажень електродів при виникненні розряду у ланцюг увімкнутий плавкий запобіжник 2, розрахований на струм 1А. На рис. 3 представлені осцилограми напруги на шунті при іскровому розряді у середовищу пові- тря, вуглекислого газу, аргону і суміші у складі 80 % Ar + 20 % CO2. Проведення безпосереднього виміру напруги розряду не дозволяло обмеження працездатності програми комп’ютера. Запис і аналіз осцилог- рам на шунті дозволяє спостерігати за процесом у мініатюрі і дає можливість перерахувати і визначити значення сили струму у розрядному проміжку. Осцилограми представляють собою сітку з квадратів. Кожен квадрат містить у вертикальному напрямку значення напруги 50 мВ і у горизонтальному значення часу 2 мс. Рис. 2 – Електрична схема підключення осциляторів до комп’ютера: 1 – джерело живлення; 2 – плавкий запобіжник; 3 – електрод; 4 – комп’ютер с USB портом; 5 – осцилятор для реєстрації напруги; 6 – додатковий опір 100 Ом; 7 – електрод-пластина; 8 – безіндукційний шунт на 150 А Як видно з приведених осцилограм з моменту виникнення розряд де який час був дуже нестій- ким, особливо це стосується вуглекислого газу. Зміна напруги відбувається дуже стрімко. Розряди у се- редовищі аргону і повітрі проходять значно повільніше і мають більш плавні контури коливань напруги. Розряд у суміші аргону з вуглекислим газом має риси розрядів обох компонентів одночасно: стрімкість розряду у вуглекислому газі і відсутність значних коливань напруги при ії зростанні при розряді у сере- довищ аргону. а б Дослідження параметрів електричного розряду у захисних газах методом осцилографування Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2016, № 1 50 в г Рис. 3– Осцилограми напруги на шунті при виникненні іскрового розряду у газовому середовищі: а – у повітрі; б – у вуглекислому газі; в – у аргоні; г – у суміші 20% CO2 + 80% Ar У протязі де якого часу при зменшенні зазору між електродом і електродом-пластиною розряд переходить у коротке замикання. У кожному випадку фіксувалось падіння напруги на шунті шU і про- водився перерахунок максимального струму розряду рI . Для підрахунку максимального струму розряду необхідно знати опір шунта. З паспортних даних виявляється, що шунт розрахований при падінні напру- ги шU 0 = 75 мВ на струм кзI 0 = 150 А. Таким чином, опір шунта шR склав: 0005,0 0 0  кз ш ш I U R Ом. (1) Максимальний струм розряду підрахувати за формулою: ш ш р R U I  . (2) Як і у випадку з вуглекислим газом, для кожного з досліджуваних газів проводилось по чотири виміри пробивного зазору, розраховувався відносний пробивний зазор k стосовно повітря і усі дані ви- пробувань заносилися у таблицю: П Г l l k    ; (3) де Гl – значення пробивного зазору досліджуваного газу; Пl – значення пробивного зазору повітря. Для кожного з досліджуваних газів проводилось по чотири виміри пробивного зазору, розрахо- вувався відносний пробивний зазор k і усі дані заносилися у таблицю. Таблиця Величини параметрів іскрового розряду досліджуваних газів Склад досліджуваного газу Вологість,  , % Відносний пробивний зазор k Напруга джерела живлення U , B Напруга на шунті шU , мВ Максимальний струм розряду рI , А Повітря 75 1,00 80 65 130 СО2 60 0,59 80 75 150 Ar 60 0,43 80 80 160 20% CO2 + 80% Ar 60 0,48 80 78 156 Дослідження параметрів електричного розряду у захисних газах методом осцилографування Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2016, № 1 51 Висновки 1. Середній пробивний зазор повітря, сухого вуглекислого газу (вологість 60 %), суміші 80 % Ar + 20 % CO2 більше середнього пробивного зазору аргону у 2,3; 1,4 і 1,1 рази. Падіння напруги на шунті і максимальний струм розряду у аргоні перевищує ці показники роз- ряду у повітрі з вологістю 75 % у 1,23 рази. По тим самим параметрам розряд у вуглекислому газі пере- більшує розряд у повітрі в 1,16 рази, а розряд у суміші 80 % Ar + 20 % CO2 – у 1,2 рази. 2. З точки зору динаміки процесу розряд у аргоні проходить без значних коливань напруги і роз- вивається достатньо повільно, у той самий час, розряд у вуглекислому газі супроводжується досить зна- чними коливаннями параметрів (напруги) і протікає дуже швидко. Розряд у суміші аргону і вуглекислого газ у з точки зору динаміки процесу знаходиться у проміжному положенні між розрядами у аргоні і вуг- лекислому газі. Таким чином, найдене додаткове підтвердження, що дугове зварювання у середовищі аргону і його сумішах і його сумішах носить більш стійкий характер, чим при зварюванні у середовищі вуглеки- слого газу. Література 1. Абрамов А.А., Завгородний В.В. Износостойкость меди и хромоциркониевой бронзы в усло- виях механического и електроэрозионного воздействия // Вісник ДДМА. – 2011. – № 1. – С. 6–11. 2. Бригидин В.Я. О работе токоподводящих наконечников при дуговой сварке // Сварочное про- изводство. – 1979. – № 8. – С. 20-21. 3. Гуляев А.И. Технология и оборудование контактной сварки. Учебн. для маш. техн. – М.: Ма- шиностроение, 1985. – 256 с. 4. Калашников С.Г. Электричество. – М.: Наука, 1964. – 668 с. 5. Мик Дж., Крэгс Дж. Электрический пробой в газах. – М.: Изд-во иностр. лит. – 1960. – 605 с. 6. Оботуров В.И. Дуговая сварка в защитных газах. – М.: Стройиздат, 1989. – 232 с. 7. Потапьевский А.Г. Сварка в углекислом газе.М.:Машиностроение.– 1984. – 81 с. 8. Хольм Р. Электрические контакты / Под ред. Д.Э. Брусникина, А.А. Рудницкого. – М.: Изд-во иностр. лит., 1961. – 464 с. Поступила в редакцію 10.02.2016 П р о б л е м и т р и б о л о г і ї “P r o b l e m s o f T r i b o l o g y” E-mail: tribosenator@gmail.com Дослідження параметрів електричного розряду у захисних газах методом осцилографування Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2016, № 1 52 Abramov O.O., Zavgorodniy V.V. Doslidzhennya the electrical discharge in protective gases by oscillography. The methods of obtaining ostsillohram, the determination of the relative breakdown gap and spark discharge parameters among different gases laboratory method. The influence of gas environment on the stability of the electric discharge, given comparative characteristics of each media. Ante relative breakdown discharge gap and parameters: voltage and current. The values of the relative gap breakdown, breakdown voltage and current electrical discharges in interelectrode gaps. Gases selected from the conditions of their greatest use in welding production: air, carbon dioxide, argon and argon mixture with carbon dioxide. Keywords: electric discharge, the air, breakdown voltage, punchy gap, argon. References 1. Abramov A.A., Zavgorodnij V.V. Iznosostojkost' medi i hromocirkonievoj bronzy v uslovijah me- hanicheskogo i elektrojerozionnogo vozdejstvija, Vіsnik DDMA, 2011, No1, pp. 6–11. 2. Brigidin V.Ja. O rabote tokopodvodjashhih nakonechnikov pri dugovoj svarke, Svarochnoe proiz- vodstvo, 1979, No 8, pp. 20-21. 3. Guljaev A.I. Tehnologija i oborudovanie kontaktnoj svarki, Uchebn. dlja mash. tehn., M.: Mashinos- troenie, 1985, 256 p. 4. Kalashnikov S.G. Jelektrichestvo, M.: Nauka, 1964, 668 p. 5. Mik Dzh., Krjegs Dzh. Jelektricheskij proboj v gazah, M.: Izd-vo inostr. lit., 1960, 605 p. 6. Oboturov V.I. Dugovaja svarka v zashhitnyh gazah, M.: Strojizdat, 1989, 232 p. 7. Potap'evskij A.G. Svarka v uglekislom gaze.M.:Mashinostroenie, 1984, 81 p. 8. Hol'm R. Jelektricheskie kontakty / Pod red. D.Je. Brusnikina, A.A. Rudnickogo, M.: Izd-vo inostr. lit., 1961, 464 p.