Различают два режима работы этой системы: 1) статический, когда величины напряжения и тока в системе в течение достаточно длительного времени не изменяются; 2) переходной (динамический), когда величины напряжения и тока в системе непрерывно изменяются. Однако во всех случаях режим горения сварочной дуги определяется током (I_Д), напряжением (U_Д), величиной промежутка между электродами (так называемым дуговым промежутком) и связью между ними.

В дуговом промежутке I_Д (рис.

Устойчивость сварочной дуги определяется соотношением между током и напряжением. Графическое изображение этой зависимости (рис. 2) при постоянной длине дуги называется статической вольт-амперной характеристикой дуги. На графике отчетливо видны три основных участка: увеличение тока на участке I сопровождается понижением напряжения на дуге; на участке II напряжение на дуге изменяется мало; на участке III напряжение возрастает. Режимы горения сварочной дуги, соответствующие первому участку, неустойчивы при напряжениях существующих источников питания. Практически сварочная дуга будет устойчивой на втором и третьем участках вольт-амперной характеристики. С увеличением или уменьшением длины дуги характеристики сместятся соответственно в положение 2 и 3 (см. рис. 2). Для электродов меньшего диаметра характеристики смещаются влево, большего диаметра — вправо.

Рис. 1. Сварочная дуга, горящая между неплавящимися электродами:а — схема дуги, б — зависимость напряжения дуги (Уд) от величины дугового промежутка (/д): 1 — анодная область, 2 — катодная область, 3 — столб дуги

Рис.2 Вольт-амперная характеристика дуги (ВАХ)

Показанная на рис. 2 вольт-амперная характеристика дуги снята при постоянной длине сварочной дуги. При сварке плавящимся электродом непрерывно меняется длина дугового промежутка. В этих случаях следует пользоваться характеристиками, определяющими зависимость между напряжением и током дуги при постоянной скорости подачи электродной проволоки (рис. 3, кривые 1 и 2). Каждой скорости подачи соответствует определенный диапазон токов, при котором устойчиво горит сварочная дуга и плавится электрод. В этом случае при малых изменениях тока напряжение изменяется в больших пределах. Эту зависимость принято называть характеристикой устойчивой работы. Она так же, как и вольт-амперная характеристика, зависит от длины вылета электрода и скорости подачи.

Эти закономерности справедливы для постоянного и переменного тока, так как род тока не влияет на форму вольт-амперных характеристик электрической дуги. На форму характеристики влияют геометрия и материал электродов, условия охлаждения столба дуги и характер среды, в которой происходит разряд.

Устойчивость сварочной дуги и режима сварки зависят от условий существования дугового разряда и свойств, параметров источников питания и электрической цепи. Внешней характеристикой источника питания (кривая 3 на рис. 3) называется зависимость напряжения на его зажимах от тока нагрузки. Различаются следующие внешние характеристики источников питания (рис. 4): падающая 1, полого-падающая 6, жесткая 5, возрастающая 3 и вертикальная 2. Источник питания с той или иной внешней характеристикой выбирается в зависимости от способа сварки. Регулировочное устройство каждого источника дает ряд внешних характеристик («семейство характеристик»). Установившийся режим работы системы: «сварочная дуга — источник питания» определяется точкой пересечения А внешней характеристики источника питания (1, 2, 3, 5 или 6) и вольт-амперной характеристики 7 сварочной дуги.

Рис.3 Вольт-амперная характеристика сварочной дуги (ВАХ) 1,2 при постоянной скорости подачи проволоки (характеристика устойчивой работы) и внешние характеристики источников питания 3, 4 и 5

Рис.4 Внешние характеристики источников питания 1, 2, 3, 5, 6 и вольт-амперные характеристики сварочной дуги 4, 7

Процесс сварки будет устойчив, если в течение длительного времени дуговой разряд существует непрерывно при заданных значениях напряжения и тока. Как видно из рис. 4, в точках А и В пересечения внешних характеристик дуги 7 и источника питания будет иметь место равновесие по току и напряжению. Если по какой-либо причине ток в сварочной дуге, соответствующий точке А, уменьшится, напряжение ее окажется меньше установившейся величины напряжения источника питания; это приведет к увеличению тока, т. е. к возврату в точку А. Наоборот, при случайном увеличении тока установившиеся напряжения источника питания оказываются меньше напряжения дуги; это приведет к уменьшению тока и, следовательно, к восстановлению режима горения сварочной дуги. Из аналогичных рассуждений ясно, что в точке Б сварочная дуга горит неустойчиво. Всякие случайные изменения тока развиваются до тех пор, пока он не достигнет величины, соответствующей точке устойчивого равновесия А или до обрыва дуги. При пологопадающей внешней характеристике (кривая 6) устойчивое горение дуги будет также происходить в точке А.

При работе на падающем участке вольт-амперной характеристики дуги внешняя характеристика источника в рабочей точке должна быть более крутопадающей, чем статическая характеристика сварочной дуги. При возрастающих характеристиках дуги внешние характеристики источника могут быть жесткими 5 или даже возрастающими 3.

При ручной сварке, когда возможны изменения длины дуги, она должна обладать достаточным запасом устойчивости.

При прочих равных условиях запас устойчивости возрастает с ростом крутизны внешней характеристики источника питания. Поэтому для ручной сварки применяют источники с крутопадающими характеристиками: сварщик может удлинить дугу, не опасаясь, что она оборвется, или укоротить ее, не боясь чрезмерного увеличения тока.

Саморегулирование сварочной дуги. При автоматической или полуавтоматической сварке плавящимся электродом скорость подачи его (va) равна скорости плавления. При случайном уменьшении дугового промежутка (кривая 4 на рис. 4) ток увеличивается и проволока начнет плавиться быстрее. В итоге дуговой промежуток постепенно увеличится и сварочная дуга достигнет первоначальной длины. То же произойдет при случайном удлинении дуги. Это явление называется саморегулированием сварочной дуги, так как восстановление исходного режима происходит без воздействия какого-либо регулятора. Саморегулирование происходит тем активнее, чем положе внешняя характеристика источника питания и больше скорость подачи электрода. Поэтому для механизированной сварки плавящимся электродом следует выбирать источники питания с пологопадающими внешними характеристиками. При сварке на постоянном токе в защитных газах, когда статическая характеристика сварочной дуги приобретает возрастающую форму, для систем саморегулирования рационально применять источники с жесткой характеристикой. Однако их напряжение холостого хода невелико и может быть даже меньше рабочего напряжения дуги, что затрудняет ее первоначальное возбуждение. В этих случаях желательно применение источников питания, у которых внешняя характеристика в рабочей части жесткая или пологовозрастающая вольт-амперная характеристика, а напряжение холостого хода несколько повышенное, как это показано пунктиром на рис. 4.

Сварочная дуга переменного тока требует от источников питания надежного повторного возбуждения сварочной дуги. Это достигается правильным выбором соотношений между напряжениями холостого хода, зажигания и горения дуги и параметрами сварочной цепи. Наиболее простой способ получения устойчивой сварочной дуги — включение в сварочную цепь реактивного сопротивления. Благодаря этому, в момент повторного возбуждения дуги напряжение на дуге может резко увеличиться (рис. 5) до значения напряжения зажигания (U3). Пунктирная кривая t/xx изображает напряжение источника питания при холостом ходе. При нагрузке, в связи с наличием реактивного сопротивления, сварочный ток отстает по времени от напряжения.

При обрыве дуги напряжение на дуговом промежутке должно подняться до величины, соответствующей мгновенному значению напряжения холостого хода источника питания. Благодаря отставанию тока от напряжения, такое напряжение оказывается достаточным для повторного возбуждения сварочной дуги (Un).

Перенос металла в сварочной дуге и требования к динамическим свойствам источников питания. Различают следующие виды переноса металла электрода в сварочную ванну: крупнокапельный, характерный для малых плотностей тока; мелкокапельный, струйный, когда металл стекает с электрода очень мелкими каплями. Капли расплавленного металла периодически замыкают дуговой промежуток, либо если не происходят короткие замыкания, периодически изменяют длину дуги. При большой плотности тока в электроде наблюдается мелкокапельный перенос металла, без заметных колебаний длины и напряжения сварочной дуги.

Напряжение, ток и длина дуги претерпевают периодические изменения от холостого хода к короткому замыканию; в рабочем режиме происходит горение дуги, образование и рост капли. В дальнейшем при коротком замыкании между каплей и ванной ток резко увеличивается. Это приводит к сжатию капли и к разрушению мостика между каплей и электродом. Напряжение почти мгновенно возрастает и сварочная дуга снова возбуждается, т. е. процесс периодически повторяется. Смена режимов происходит в течение долей секунды. Поэтому источник питания должен обладать высокими динамическими свойствами, т. е. большой скоростью повышения напряжения при разрыве цепи и нужной скоростью нарастания тока.

Рис. 5 Осциллограмма тока и напряжения дуги при сварке переменным током.

При малой скорости нарастания тока в ванну поступает нерасплавленная проволока. Она сравнительно медленно разогревается па большом участке, которым затем разрушается. Если ток возрастает слишком быстро, мостик между ванной и каплей электродного металла быстро перегревается и разрушается со взрывом. Часть расплавленного металла разбрызгивается и не попадает в шов.

Чтобы избежать разбрызгивания, необходимо повысить электромагнитную инерцию источника питания путем увеличения индуктивности сварочной цепи.

Сварочная дуга – это… Что такое Сварочная дуга?

Сварочная дуга

        электрическая дуга, образующаяся в зоне сварки (См. Сварка) (или резки) при прохождении электрического тока через газ между электродами. С. д. — наиболее развитая форма разряда в газах (см. Дуговой разряд), характеризующаяся малым напряжением, большим током, наличием ионизации газов в дуговом промежутке. Ионизируемый газ столба дугового разряда ярко светится и имеет температуру 6000—10000 °С в осевой части столба разряда. Основной фактор ионизации — высокая температура, поддерживаемая притоком энергии из питающей цепи. Напряжение С. д., т. е. напряжение между концами электродов, существенно зависит от длины дуги, силы тока, материала и размера сварочных электродов, состава и давления газа и других факторов. Для управления свойствами С. д. изменяют длину дуги от 0,01 до 1 см, силу тока от 0,5 до 3000 а, давление газа от 10² до 10⁵ н/м² (от 0,001 до 1 кгс/см²), материал, форму и размеры одного из электродов, защищают зону горения газами, сжимают дугу и т. д.

         Тепловая мощность С. д. лежит в пределах от 10 до 10⁵вт при концентрации от 10² до 10⁵ вт/см². Широкий диапазон мощностей позволяет применять С. д. для сварки и резки различных материалов толщиной от 0,05 до 100 мм за один или несколько проходов.

         Г. И. Лесков.

        

        Схема дугового разряда при сварке: 1 — катод; 2 — столб дугового разряда; 3 — анод; 4 — пламя сварочной дуги.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

• Сварочная горелка
• Сварочное железо

Смотреть что такое “Сварочная дуга” в других словарях:

• сварочная дуга — Стабильный разряд электричества в ионизированной атмосфере газов и паров металла, возникающий между основным металлом и электродом. [http://sl3d.ru/o slovare.html] Тематики машиностроение в целом …   Справочник технического переводчика

• сварочная дуга — suvirinimo lankas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. welding arc vok. Schweißlichtbogen, m rus. сварочная дуга, f pranc. arc de soudage, m …   Automatikos terminų žodynas

• сварочная дуга косвенного действия — Сварочная дуга, при которой объект сварки не включён в цепь сварочного тока. [http://sl3d.ru/o slovare.html] Тематики машиностроение в целом …   Справочник технического переводчика

• сварочная дуга прямого действия — Сварочная дуга, при которой объект сварки включен в цепь сварочного тока. [http://sl3d.ru/o slovare.html] Тематики машиностроение в целом …   Справочник технического переводчика

• сварочная дуга с возрастающей характеристикой — Сварочная дуга с зависимостью тока дуги от напряжения. [http://sl3d.ru/o slovare.html] Тематики машиностроение в целом …   Справочник технического переводчика

• сварочная дуга с жёсткой характеристикой — Сварочная дуга без зависимости тока дуги от напряжения. [http://sl3d.ru/o slovare.html] Тематики машиностроение в целом …   Справочник технического переводчика

• короткая сварочная дуга — Сварочная дуга небольшой длины. [http://sl3d.ru/o slovare.html] Тематики машиностроение в целом …   Справочник технического переводчика

• сварочная цепь — 3.11 сварочная цепь: Цепь, которая включает в себя все проводящие элементы, через которые будет протекать сварочный ток. Примечания 1 При дуговой сварке дуга является частью сварочной цепи. 2 В некоторых процессах дуговой сварки дуга может быть… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Сварка —         технологический процесс соединения твёрдых материалов в результате действия межатомных сил, которое происходит при местном сплавлении или совместном пластическом деформировании свариваемых частей. С. получают изделия из металла и… …   Большая советская энциклопедия

• Сварка — Сварщик за работой Сварка  это технологический процесс получения неразъёмного соединения посредством установления межатомных и межмолекулярных связей между свариваемыми частями изделия при их нагреве (местном или общем), и/или …   Википедия

Сварочная дуга

В современной промышленности сварка имеет большое значение, она имеет очень широкую область применения во всех отраслях промышленности. Для осуществления сварочного процесса необходима сварочная дуга.

Содержание страницы

Что такое сварочная дуга, ее определение

Сварочной дугой считается очень большой по величине мощности и длительности электрический разряд, который существует между электродами, на которые подано напряжение, в смеси газов. Ее свойства отличаются высокой температурой и плотностью тока, благодаря которым она способна расплавлять металлы, имеющие температуру плавления выше 3000 градусов. Вообще можно сказать, что электрическая дуга – это проводник из газа, который преобразует электрическую энергию в тепловую. Электрическим зарядом называется прохождение электрического тока через газовую среду.

Существует несколько видов электрического разряда:

• Тлеющий разряд. Возникает в низком давлении, применяется в люминесцентных лампах и плазменных экранах;
• Искровой разряд. Возникает, когда давление равно атмосферному, отличается прерывистой формой. Искровому разряду соответствует молния, также применяется для зажигания двигателей внутреннего сгорания;
• Дуговой разряд. Применяет при сварке и для освещения. Отличается непрерывистой формой, возникает при атмосферном давлении;
• Коронный. Возникает, когда тело электрода шероховато и неоднородно, второй электрод может отсутствовать, то есть возникает струя. Применяется для очистки газов от пыли;

Природа и строение

Природа сварочной дуги не так уж и сложна, как может показаться на первый взгляд. Электрический ток, проходя через катод, затем проникает в ионизированный газ, происходит разряд с ярким свечением и очень высокой температурой, поэтому температура электрической дуги может достигать 7000 – 10000 градусов. После этого ток перетекает на обрабатываемый свариваемый материал. Так как температура настолько высока дуга выделяет вредное для человеческого организма ультрафиолетовое и инфракрасное излучения, оно может навредить глазам или оставить световые ожоги на коже, поэтому при проведении сварочного процесса необходима надлежащая защита.

Строение сварочной дуги представляет собой три главные области: анодная, катодная и столб дуги. Во время горения дуги на катоде и аноде образуются активные пятна – области, в которых температура достигает самых высоких значений, именно через данные области проходит весь электрический ток, анодные и катодные области представляют собой более большие падения напряжения. А сам столб располагается между этими областями падение напряжения в столбе очень незначительно. Таким образом, длина сварочной дуги представляет собой сумму вышеперечисленных областей, обычно длина равна нескольким миллиметрам, когда анодные и катодные области, соответственно, равны 10-4 и 10-5 см. Самая благоприятная длина примерно равна 4-6мм, при такой длине обеспечивается постоянная и благоприятная температура.

Разновидности

Виды сварочной дуги отличаются схемой подвода сварочного тока и средой, в которой они возникают, наиболее распространенными вариантами являются:

• Прямое действие. При таком способе сварочный располагается параллельно свариваемой металлической конструкции и дуга возникает под углом девяносто градусов по отношению к электроду и металлу;
• Сварочная дуга косвенного действия. Возникает, когда используется два электрода, которые располагаются под углом 40-60 градусов к поверхности свариваемой детали, дуга возникает между электродами и сваривает металл;

Также существует классификация в зависимости от атмосферы, в которой они возникают:

• Открытый тип. Дуга данного типа горит на воздухе и вокруг нее образовывается газовая фаза, содержащая пары свариваемого материала, электродов и их покрытий;
• Закрытый тип. Горение такой дуги происходит под слоем флюса, в газовую фазу, образовавшуюся вокруг дуги входят пары металла, электрода и флюса;
• Дуга с подачей газов. В горящую дугу подаются сжатые газы – гелий, аргон, углекислый газ, водород и другие различные смеси газов, подаются они для того, чтобы не окислялся свариваемый металл, их подача способствует восстановительной или нейтральной среде. В газовую фазу вокруг дуги входят – подающийся газ, пары металла и электрода;

Также различают по длительности действия – стационарная (для долгого применения) и импульсная (для однократного), по материалу используемого электрода – угольные, вольфрамовые – неплавящиеся электроды и металлические – плавящиеся. Самый распространенный плавящийся электрод – стальной. На сегодняшний день наиболее часто применяется сварка с неплавящимся электродом. Таким образом, виды сварочных дуг разнообразны.

Условия горения

При стандартных условиях, то есть температуре в 25 градусов и давлении в 1 атмосферу газы не способны проводить электрический ток. Для того, чтобы образовалась дуга необходимо, чтобы газы между электродами были ионизированы, то есть имели в своем составе различные заряженные частицы – электроны или ионы (катионы или анионы). Процесс образования ионизированного газа будет называться ионизацией, а работа, которую необходимо затратить на отрыв электрона у атомной частицы для образования электрона и иона – работой ионизации, которая измеряется в электрон-вольтах и называется потенциалом ионизации. Какую именно энергию необходимо затратить для отрыва электрона от атома зависит от природы газовой фазы, значения могут быть от 3,5 до 25 эВ. Самый маленький потенциал ионизации имеют металлы щелочной и щелочно-земельной группы – калий, кальций и, соответственно, их химический соединения. Такими соединениями покрывают электроды, для того, чтобы они способствовали устойчивому существованию и горению сварочной дуги.

Также для возникновения и горения дуги необходима постоянная температура на катод, которая зависит от природы катода, его диаметра, размера и температуры окружающей среды. Температура электрической дуги поэтому должна быть постоянной и не колебаться, благодаря огромным значениям силы тока температура может достигать 7 тысяч градусов, таким образом, сваркой можно присоединять абсолютно все материалы. Постоянная температура обеспечивается с помощью исправного источника питания, поэтому его выбор при конструировании сварочного аппарата очень важен, он оказывает влияние на свойства дуги.

Возникновение

Она возникает при быстром замыкании, то есть когда электрод соприкасается с поверхность свариваемого материала, из-за колоссальной температуры поверхность материала расплавляется, а между электродом и поверхность образуется небольшая полоса из расплавившегося материала. К моменту расхождения электрода и свариваемого материала образуется шейка из материала, которая моментально разрывается и испаряется из-за высокого значений плотности тока. Газ ионизируется и возникает электрическая дуга. Возбудить ее можно с помощью касания или чирканья.

Особенности

Она имеет следующие особенности по сравнению с другими электрическими зарядами:

• Высокая плотность тока, которая достигает нескольких тысяч ампер на квадратный сантиметр, благодаря чему достигается очень высокая температура;
• Неравномерность распределения электрического поля в пространстве между электродами. Вблизи электродов падение напряжения очень велико, когда в столбе – наоборот;
• Огромная температура, которая достигает самых больших значений в столбе из-за высокой плотности тока. При увеличении длины столба температура уменьшается, а при сужении – наоборот увеличивается;
• С помощью сварочных дуг можно получать самые различные вольт-амперные характеристики – зависимости падения напряжения от плотности тока при постоянной длине, то есть установившемся горении. На данный момент существует три вольтамперные характеристики.

Первая – падающая, когда при увеличении силы и ,соответственно, плотности тока, напряжение падает. Вторая- жесткая, когда изменение силы тока никак не влияет на значение величины напряжения итретья – возрастающая, когда при увеличении силы тока напряжение также увеличивается.

Таким образом, сварочную дугу можно назвать самым лучшим и надежным способом скрепления металлических конструкций. Сварочный процесс оказывает большое влияние на сегодняшнюю промышленность, потому что только высокая температура сварочной дуги способна скреплять большинство металлов. Для получения качественных и надежных швов необходимо правильно и верно учитывать все характеристики дуги, следить за всеми значениями, благодаря этому процедура пройдет быстро и наиболее эффективно. Также необходимо учитывать свойства дуги: плотность тока, температуру и напряжение.

Определение сварочной дуги, ее строение, условия зажигания и горения. Сварка

Определение сварочной дуги, ее строение, условия зажигания и горения

Электрической сварочной дугой называют устойчивый электрический разряд в сильно ионизированной смеси газов и паров материалов, происходящий при давлении, близком к атмосферному, используемом при сварке, и характеризуемый высокой плотностью тока и высокой температурой.

Температура в столбе сварочной дуги достигает 5 000–12000 °C и зависит от плотности тока, состава газовой среды дуги, материала и диаметра электрода. А потому сварочная дуга является мощным концентрированным источником теплоты. Электрическая энергия, потребляемая дугой, в основном превращается в тепловую энергию.

В столбе сварочной дуги протекают следующие процессы:

1. Столб дуги заполнен заряженными частицами – электронами и ионами. В нем присутствуют также и нейтральные частицы – атомы и даже молекулы паров веществ, из которых сделаны электроды. Под действием электродинамических сил частицы перемещаются. Скорость их перемещения различна. Быстрее всего перемещаются электроны. Они легко разгоняются и, сталкиваясь с атомами и ионами, передают им свою энергию. Столкновения электронов с атомами могут быть упругими и неупругими. При упругих столкновениях атомы начинают двигаться быстрее – увеличивается их кинетическая энергия. В результате повышается температура плазмы дуги.

2. Электрон, который в электрическом поле приобрел достаточно большую энергию, является источником неупругих столкновений. Столкнувшись с атомом, он возбуждает его, а когда удар достаточно силен, то и выбивает из атома его собственные электроны.

Энергию, которая должна быть сообщена электрону для ионизации какого-либо атома, выражают в электронвольтах (эВ) и называют потенциалом ионизации. Величина потенциала ионизации зависит от строения атома. Чем меньше номер группы и больше номер периода в таблице элементов Менделеева, тем меньше энергии необходимо затратить для ионизации. Наименьшим потенциалом ионизации (3,9 эВ) обладает атом цезия, поскольку он самый тяжелый из всех щелочных металлов. Самый легкий из инертных газов – элемент последней, нулевой группы – гелий обладает наивысшим потенциалом ионизации (24,5 эВ).

Энергия, расходуемая на диссоциацию (разделение) различных молекул, также различна. Так, например, для диссоциации молекулы водорода необходимо затратить 4,48 эВ, фтора – 1,6 эВ, а углекислого газа – 9,7 эВ. Эти величины имеют для сварщиков особое значение. При разработке электродных покрытий, флюсов и проволок приходится учитывать, молекулы каких веществ диссоциируют раньше, а каких – позже, какие элементы ионизируются легче, а какие – труднее, и сколько для этого потребуется энергии.

В зависимости от числа электродов и способов включения электродов и свариваемой детали в электрическую цепь различают следующие виды сварочных дуг (рис. 46):

1. Прямого действия, когда дуга горит между электродом и изделием.

2. Косвенного действия, когда дуга горит между двумя электродами, а свариваемое изделие не включено в электрическую цепь.

3. Трехфазную дугу, возбуждаемую между двумя электродами, а также между каждым электродом и основным металлом.

Рис. 46.

Виды сварочных дуг:

а – прямого; б – косвенного; в – комбинированного действия (трехфазная)

По роду тока различают дуги, питаемые переменным и постоянным током. При использовании постоянного тока различают сварку на прямой и обратной полярности.

При прямой полярности электрод подключается к отрицательному полюсу и служит катодом, а изделие – к положительному полюсу и служит анодом.

При обратной полярности электрод подключается к положительному полюсу и служит анодом, а изделие – к отрицательному и служит катодом.

В зависимости от материала электрода различают дуги между неплавящимися электродами (угольными, вольфрамовыми) и плавящимися металлическими электродами.

Сварочная дуга обладает рядом физических и технологических свойств, от которых зависит эффективность использования дуги при сварке.

К физическим свойствам относятся электрические, электромагнитные, кинетические, температурные, световые.

К технологическим свойствам относятся мощность дуги, пространственная устойчивость, саморегулирование.

Электрическим разрядом в газе называют электрический ток, проходящий через газовую среду благодаря наличию в ней свободных электронов, а также отрицательных и положительных ионов, способных перемещаться между электродами под действием приложенного электрического поля (разности потенциалов между электродами.

Сварка дугой переменного тока имеет некоторые особенности. Вследствие того, что мгновенные значения тока переходят через нуль 100 раз в 1 с, меняет свое положение катодное пятно, являющееся источником электронов, ионизация дугового промежутка менее стабильна и сварочная дуга менее устойчива по сравнению с дугой постоянного тока.

Общепринятой мерой повышения стабилизации сварочной дуги переменного тока является включение в сварочную цепь последовательно с дугой индуктивного сопротивления. Последовательное включение в сварочную цепь катушек со стальным сердечником (дросселей) позволяет вести сварочные работы металлическими электродами на переменном токе при напряжении сварочного трансформатора 60–65 В.

Процесс, при котором из нейтральных атомов и молекул образуются положительные и отрицательные ионы, называют ионизацией. При обычных температурах ионизацию можно вызвать, если уже имеющимся в газе электронам и ионам сообщить при помощи электрического поля большие скорости. Обладая большой энергией, эти частицы могут разбивать нейтральные атомы и молекулы на ионы. Кроме того, ионизацию можно вызвать световыми, ультрафиолетовыми, рентгеновскими лучами, а также излучением радиоактивных веществ.

В обычных условиях воздух, как и все газы, обладает весьма слабой электропроводностью. Это объясняется малой концентрацией свободных электронов и ионов в газах. Поэтому, чтобы вызвать в газе мощный электрический ток, т. е. образовать электрическую дугу, необходимо ионизировать воздушный промежуток (или другую газообразную среду) между электродами.

Ионизацию можно произвести, если приложить к электродам достаточно высокое напряжение, тогда имеющиеся в газе свободные электроны и ионы будут разгоняться электрическим полем и, получив энергию, смогут разбить нейтральные молекулы на ионы.

Однако при сварке, исходя из правил техники безопасности, нельзя пользоваться высокими напряжениями. Поэтому применяют другой способ. Так как в металлах имеется большая концентрация свободных электронов, то надо извлечь эти электроны из объема металла в газовую среду и затем использовать для ионизации молекул газа.

Существует несколько способов извлечения электронов из металлов. Из них для процесса сварки имеют значения два: термоэлектронная и автоэлектронная эмиссии.

Во время термоэлектронной эмиссии происходит «испарение» свободных электронов с поверхности металла благодаря высокой температуре. Чем выше температура металла, тем большее число свободных электронов приобретают энергии, достаточные для преодоления «потенциального барьера» в поверхностном слое и выхода из металла.

Во время автоэлектронной эмиссии извлечение электронов из металла производится при помощи внешнего электрического поля, которое несколько изменяет потенциальный барьер у поверхности металла и облегчает выход тех электронов, которые внутри металла имеют достаточно большую энергию и могут преодолеть этот барьер.

Ионизацию, вызванную в некотором объеме газовой среды, принято называть объемной.

Объемная ионизация, полученная благодаря нагреванию газа до очень высоких температур, называется термической. При высоких температурах значительная часть молекул газа обладает достаточной энергией для того, чтобы при столкновениях могло произойти разбиение нейтральных молекул на ионы. Кроме того, с повышением температуры увеличивается общее число столкновений между молекулами газа. При очень высоких температурах в процессе ионизации начинает также играть заметную роль излучение газа и раскаленных электродов.

Ионизация газовой среды характеризуется степенью ионизации, т. е. отношением числа заряженных частиц в данном объеме к первоначальному числу частиц (до начала ионизации). При полной ионизации степень ионизации будет равна единице.

При температуре 6000–8000 °C такие вещества, как калий, натрий, кальций, обладают достаточно высокой степенью ионизации. Пары этих элементов, находясь в дуговом промежутке, обеспечивают легкость возбуждения и устойчивое горение дуги. Это свойство щелочных металлов объясняется тем, что атомы этих металлов обладают малым потенциалом ионизации. Поэтому для повышения устойчивости горения электрической дуги эти вещества вводят в зону дуги в виде электродных покрытий или флюсов.

Электрическая дуга постоянного тока возбуждается при соприкосновении торца электрода и кромок свариваемой детали. Контакт в начальный момент осуществляется между микровыступами поверхностей электрода и свариваемой детали. Высокая плотность тока способствует мгновенному расплавлению этих выступов и образованию пленки жидкого металла, которая замыкает сварочную цепь на участке «электрод – свариваемая деталь». При последующем отводе электрода от поверхности детали на 2–4 мм пленка жидкого металла растягивается, а сечение уменьшается, вследствие чего возрастает плотность тока и повышается температура металла.

Эти явления приводят к разрыву пленки и испарению вскипевшего металла. Возникшие при высокой температуре интенсивные термоэлектронная и автоэлектронная эмиссии обеспечивают ионизацию паров металла и газов межэлектродного промежутка. В образовавшейся ионизированной среде возникает электрическая сварочная дуга. Процесс возбуждения дуги кратковременен и осуществляется в течение долей секунды.

В установившейся сварочной дуге различают три зоны: катодную, анодную и столба дуги.

Катодная зона начинается с раскаленного торца катода, на котором расположено так называемое катодное пятно. Отсюда вылетает поток свободных электронов, осуществляющих ионизацию дугового промежутка. Плотность тока на катодном пятне достигает 60–70 А/мм² к катоду устремляются потоки положительных ионов, которые бомбардируют и отдают ему свою энергию, вызывая нагрев до температуры 2500–3000 °C.

Анодная зона расположена у торца положительного электрода, в котором выделяется небольшой участок, называемый анодным пятном. К анодному пятну устремляются и отдают свою энергию потоки электронов, разогревая его до температуры 2500–4000 °C.

Столб дуги, расположенный между катодной и анодной зонами, состоит из раскаленных ионизированных частиц. Температура в этой зоне достигает 6000–7000 °C в зависимости от плотности сварочного тока.

Для возбуждения дуги в начальный момент необходимо несколько большее напряжение, чем при ее последующем горении. Это объясняется тем, что при возбуждении дуги воздушный зазор недостаточно нагрет, степень ионизации недостаточно высокая и необходимо большее напряжение, способное сообщить свободным электронам достаточно большую энергию, чтобы при их столкновении с атомами газового промежутка могла произойти ионизация.

Увеличение концентрации свободных электронов в объеме дуги приводит к интенсивной ионизации дугового промежутка, а отсюда к повышению его электропроводности. Вследствие этого напряжение тока падает до значения, которое необходимо для устойчивого горения дуги. Зависимость напряжения дуги от тока в сварочной цепи называют статической вольт-амперной характеристикой дуги.

Вольт-амперная характеристика дуги имеет три области: падающую, жесткую и возрастающую.

В первой (до 100 А) с увеличением тока напряжение значительно уменьшается. Это происходит в связи с тем, что при повышении тока увеличивается поперечное сечение, а следовательно, и проводимость столба дуги.

Во второй области (100–1000 А) при увеличении тока напряжение сохраняется постоянным, так как сечение столба дуги и площади анодного и катодного пятен увеличиваются пропорционально току. Область характеризуется постоянством плотности тока.

В третьей области увеличение тока вызывает возрастание напряжения вследствие того, что увеличение плотности тока выше определенного значения не сопровождается увеличением катодного пятна ввиду ограниченности сечения электрода.

Дуга первой области горит неустойчиво и поэтому имеет ограниченное применение. Дуга второй области горит устойчиво и обеспечивает нормальный процесс сварки.

Необходимое напряжение для возбуждения дуги зависит от рода тока (постоянный или переменный), материала электрода и свариваемых кромок, дугового промежутка, покрытия электродов и ряда других факторов. Значения напряжений, обеспечивающих возникновение дуги в дуговых промежутках, равных 2–4 мм, находятся в пределах 40–70 В.

Напряжение для установившейся сварочной дуги определяется по формуле:

U= a + b ? l,

где: а – коэффициент, по своей физической сущности составляющий сумму падений напряжений в зонах катода и анода, В;

b – коэффициент, выражающий среднее падение напряжения на единицу длины дуги, В/мм;

1 – длина дуги, мм.

Рис. 47.

Схема сварочной дуги и падения напряжений в ней:

1 – электрод; 2 – изделие; 3 – анодное пятно;

4 – анодная область дуги; 5 – столб дуги;

6 – катодная область дуги; 7 – катодное пятно

Длиной дуги называется расстояние между торцом электрода и поверхностью сварочной ванны. Короткой дугой называют дугу длиной 2–4 мм. Длина нормальной дуги составляет 4–6 мм. Дугу длиной более 6 мм называют длинной.

Оптимальный режим сварки обеспечивается при короткой дуге. При длинной дуге процесс протекает неравномерно, дуга горит неустойчиво – металл, проходя через дуговой промежуток, больше окисляется и азотируется, увеличиваются угар и разбрызгивание металла.

При помощи магнитных полей, создаваемых вокруг дуги и в свариваемой детали, электрическая сварочная дуга может быть отклонена от своего нормального положения. Эти поля действуют на движущиеся заряженные частицы и тем самым оказывают воздействие на всю дугу. Такое явление называют магнитным дутьем. Воздействие магнитных полей на дугу прямо пропорционально квадрату силы тока и достигает заметного значения при сварочных токах более 300 А.

Магнитные поля оказывают отклоняющее действие на дугу при неравномерном и несимметричном расположении поля относительно дуги. Наличие вблизи сварочной дуги значительных ферромагнитных масс нарушает симметричность магнитного поля дуги и вызывает отклонение дуги в сторону этих масс.

В некоторых случаях магнитное дутье затрудняет процесс сварки, и поэтому принимаются меры по снижению его действия на дугу. К таким мерам относятся:

• сварка короткой дугой;

• подвод сварочного тока в точке, максимально близкой к дуге;

• наклон электрода в сторону действия магнитного дутья;

• размещение у места сварки ферромагнитных масс.

При использовании переменного тока анодное и катодное пятна меняются местами с частотой, равной частоте тока. С течением времени напряжение и ток периодически изменяются от нулевого значения до наибольшего. При переходе значения тока через нуль и перемене полярности в начале и в конце каждого полупериода дуга гаснет, температура активных пятен и дугового промежутка снижается. Вследствие этого происходят деионизация газов и уменьшение электропроводности столба дуги. Интенсивнее падает температура активного пятна, расположенного на поверхности сварочной ванны, в связи с отводом теплоты в массу основного металла.

Повторное зажигание дуги в начале каждого полупериода возможно только при повышенном напряжении, называемом пиком зажигания. При этом установлено, что пик зажигания несколько выше, когда катодное пятно находится на основном металле.

Для облегчения повторного зажигания, снижения пика зажигания дуги и повышения устойчивости ее горения применяют меры, позволяющие снизить эффективный потенциал ионизации газов в дуге. В этом случае электропроводность дуги после ее угасания сохраняется дольше, пик зажигания снижается, дуга легче возбуждается и горит устойчивее.

Применение различных стабилизирующих элементов (калий, натрий, кальций и др.), вводимых в зону дуги в виде электродных покрытий или в виде флюсов, относится к этим мерам.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Классификация сварочных дуг | Машкрепеж

Сварочная дуга представляет собой мощный электрический разряд в ионизированной области, образовавшейся в процессе сварки и включающей смесь газов, паров металла, флюса и компонентов покрытия сварочного электрода. Ионизированный воздушный промежуток в электрическом поле между металлом и сварочным электродом способствует большому выделению теплоты при прохождении через эту среду электрического тока с высоким значением плотности, которое зависит от расстояния между анодом и катодом, а также от вида источника питания и подаваемого к месту сварки напряжения.

Для возбуждения (зажигания) сварочной дуги при ручной дуговой сварке и образования начальной ионизации сварочный электрод сначала приводят в соприкосновение с поверхностью металла, а затем быстро отводят на некоторое расстояние. Это способствует значительному нагреванию материала изделия в точке соприкосновения с электродом и быстрому началу процесса испарения нагретого до высоких температур металла с поверхности изделия. При высокой температуре паров ионизация промежутка электрод-металл получается настолько существенной, что приводит к образованию сварочного дугового разряда. Если все факторы, поддерживающие ионизацию промежутка, являются стабильными во времени, то образовавшийся разряд продолжает существовать в виде стационарной устойчивой электрической сварочной дуги.

Классификация сварочных дуг производится по:

• виду подключаемого источника питания (прямого, косвенного и комбинированного действия).

• применяемым электродам (плавкие и неплавкие).

• степени сжатия дуги (свободная или сжатая).

• роду и полярности тока (переменного тока; постоянного тока прямой и обратной полярности).

• длине (короткая, нормальная и длинная).

При увеличении силы тока в промежутке между сварочным электродом и металлом изделия возрастают площадь поперечного сечения сварочной дуги и электропроводность газа в ионизированной области. Это приводит к уменьшению электрического сопротивления внутри дуги и падению напряжения в электрической цепи, то есть для поддержания большего тока в цепи требуется меньшее напряжение. Такая зависимость между силой тока в сварочной дуге и напряжением в дуговом промежутке является однозначной и существует для тока величиной до 50 Ампер при постоянных составе газовой среды, свойствах электродов и длине самой сварочной дуги. Однако, при больших значениях силы тока, которые обычно используются при дуговой сварке, напряжение электрической дуги постоянной длины остается практически неизменным. Это происходит из-за того, что электропроводность дугового промежутка при увеличении силы тока до 50 А возрастает быстрее силы тока на его вольт-амперной характеристике, а при более высоких значениях их зависимость становится прямо-пропорциональной.

Источники питания сварочной дуги включают в свой состав стационарные и передвижные источники: переменного тока, постоянного тока прямой и обратной полярности, сварочные генераторы и сварочные инверторы.

Товары каталога:

Что такое электрическая дуга | Температура сварочной дуги, вольт-амперная характеристика

Метод сварки используется людьми для герметичного соединения металлов уже больше века. Изучал его еще физик Вольт. Его работы были использованы в процессе создания первого сварочного аппарата. Генерируется электрический разряд в момент, когда между электродом и рабочей поверхностью образуется короткое замыкание. Подаваемая на сварочный аппарат электрическая энергия преобразуется в тепловую, в результате чего появляется ванна расплава. В таких условиях формируется на месте стыка образуется однородный металлический шов.

Со временем, детально проанализировав вольтамперные характеристики, ученые сделали сварку более совершенной. Были созданы современные устройства, которые отлично поддерживали стабильность сварочной дуги.

Что такое сварочная дуга

Генерируемая сварочным аппаратом электрическая дуга представляет собой ни что иное, как состоящий из ионизированных частиц проводник. Он существует в определенном временном промежутке благодаря тому, что поддерживается электрическим полем. Такой разряд образуется в способной к ионизации газовой среде, характеризуется непрерывной формой и высокой температурой.

В учебных пособиях по сварочному делу данное явление определяется как электрический разряд в плазме длительного характера. Плазма является смесью защитных, ионизированных атмосферных газов в сочетании с испарениями от металлов, которые образуются под воздействием высокой температуры.

Строение и температура сварочной дуги

Разогреть металл до температуры плавления за очень короткое время можно, но для этого потребуется мощная электрическая дуга. Основные ее характеристики – вольтаж, ампераж и плотность потока заряженных частиц. Как электротехническое явление дуговой столб представляет собой проводник между полярными полюсами, состоящий из газовой среды. При этом он обладает большим сопротивлением и способен светиться.

Детальный анализ построения дуги помогает разобраться с течением температурного воздействия на металл. Сравнительно небольшая длина электрической дуг – 5 см, которые состоят из трех зон:

• собственно, столб – это видимая светящаяся часть;
• катодная – 1 микрон;
• анодная – 10 микрон.

Поток свободных электронов определяет температуру сварочной дуги. Они формируются на катоде, который нагревается до 38% от температуры плазмы. В газовой среде отрицательные частички – электроны двигаются по направлению к аноду, в то время как положительные элементы направляются к катоду. Столб лишен какого-либо заряда и все время остается нейтральным.

Температура частиц внутри достигает 10 000 градусов Цельсия. Воздействуя на металл, они разогревают его до 2350 градусов. Точка входа электронов среди специалистов называется анодным пятном. По сравнению с катодным оно имеет температуру на 6% выше. Поскольку плазма генерирует ультрафиолетовые, световые и инфракрасные волны, то она находится в видимом для человека спектре. Но важно учесть, что данные волны вредны для человека: и для кожи, и для глаз. Поэтому для сварщиков были разработаны специальные средства защиты.

Виды сварочной дуги

Классифицируется сварочная дуга по нескольким параметрам. В зависимости от пространственного положения электрода и типу тока она бывает:

• прямого действия. Разряд располагается перпендикулярно по отношению к рабочей поверхности и параллельно относительно электрода;
• косвенного действия. Разряд образуется между электродом, который располагается относительно рабочей поверхности под углом 40-60 градусов и самим металлом.

По составу плазменный столб делится на:

• открытый. Образуется в атмосферных газах. Питающей средой являются компоненты, испаряемые из обмазки и заготовки;
• закрытый. Генерируется под флюсом при условии присутствия газообразной фазы, которая получается из частиц, испаряемых от металла, электрода и компонентов флюса;
• с подачей инертного газа или другой защитной смеси.

Сварочная дуга отличается и в зависимости от применяемого расходного материала. В работах используются электроды:

• тугоплавкие из вольфрама;
• графитовые или угольные;
• стальные с обмазкой, содержащей ионизирующие включения.

В зависимости от времени воздействия принято различать дугу постоянную и импульсную.

Читайте также: Маркировка электродов для ручной дуговой сварки

Условия горения

Сварочный процесс основан на преобразовании электрической энергии в тепловую. Сварочный столб может удерживаться как угодно долго при условии быстрой ионизации газа. Свариваемые заготовки прогреваются, воздух вокруг них теплый и насыщен испаряемыми компонентами. Альтернативный метод – в рабочую зону специально подается газ, который может ионизироваться. Лучше всего ионизации поддаются частицы щелочноземельных и щелочных металлов. Они становятся активными сразу, как только начинает проходить ток.

Другое обязательное условие для поддержания сварочного столба – постоянная высокая температура на катоде. Ее значение зависит от химического состава и площади катода. Для этого требуется источник электричества. В условиях производства показатель температуры катодной области может доходить до 7 000 градусов.

Как образуется электрическая дуга

Сварочная дуга является ничем иным, как электрическим разрядом. Возникает она в случае замыкания цепи. В тот момент, когда электрод прикасается к поверхности свариваемого металла, начинает вырабатываться тепловая энергия в большом количестве. В точке соприкосновения металл начинает плавиться. Расплав притягивается к окончанию расходника, образуя тонкую шейку. Она почти что мгновенно распыляется под влиянием сильного электрического поля. В это время молекулы газа ионизируются, образуется защитное облако и обеспечивается свободное перемещение электродов.

Вид тока определяет направленность потока. Поджечь дугу можно на токе прямой и обратной полярности, переменном или постоянном. Частота, с какой дуга гаснет и разжигается напрямую зависит от выбранных сварщиком параметров тока.

Чем определяется мощность сварочной дуги

Основные факторы, оказывающие влияние на параметры мощности:

• напряжение. Увеличение мощности сварки достигается за счет увеличения питающего напряжения. Но в сравнительно небольшом диапазоне значений. Есть определенные ограничения и по размеру расходных материалов;
• сила тока. Прямая зависимость: чем больше показатель – тем стабильнее горит дуга;
• величина напряжения плазмы находится в прямой зависимости от мощности.

Длиной дуги принято называть расстояние от электрода доя рабочей поверхности в момент выполнения сварочных работ. От данного показателя зависит величина продуцированного тепла.

Мощность дуги определяет скорость плавления металла. Данная характеристика имеет большое значение, поскольку от нее зависит скорость выполнения операций по соединению металлов. Силой тока меняется рабочая температура в зоне плавления. Даже длинная электрическая дуга не будет затухать при большой силе тока. Во время сварочных работ изменение настроек ампеража требуется очень редко.

Вольт-амперная характеристика сварочной дуги

Выражают параметры питания. Данные позволяют определить:

• время горения;
• мощность дуги;
• условия гашения.

Динамика вольтамперных показателей показывает изменение длины электрической дуги в период ее нестабильности. Статическая вольт-амперная характеристика дуги, наоборот, указывают на зависимость между напряжением и силой тока в период стабильности длины электродуги. Ее свойства выражены графиком, разделенным на три сектора:

• падающий. В случае увеличения силы тока резко уменьшается напряжение. Связано это с образованием столба: возрастает площадь потока плазмы и изменяется показатель ее электропроводимости;
• жесткий. Характерные особенности сектора – понижение напряжения при неизменной плотности тока. Наблюдается рост показателей силы тока в диапазоне значений 100-1000А. Прямо пропорционально увеличивается дуговой столб в диаметре. Помимо этого, изменяются анодное и катодное пятна;
• растущий. Размер катодного пятна стабилен и зависит от диаметра электрода. При увеличении силы тока в большую сторону меняются показатели дугового столба.

Вольтамперные характеристики (ВАХ) ручной дуговой сварки с неплавящимися или плавящимися электродами не доходят до третьего сектора графика, а варьируются только в первых двух. Механизированная сварка, подразумевающая использование флюсов, описывается показателями графика второго и третьего сектора. Третий сегмент в полной степени соответствует сварке плавящимся электродом в защитной среде.

В случае использования сварочного аппарата в режиме переменного тока. В каждом полупериоде на пике розжига случается возбуждение сварочной дуги. При переходах через нулевую отметку электрическая дуга затухает. Прекращается нагрев активных пятен. Ионизация газов удерживается стабильной за счет испарений активных щелочных металлов, которые присутствуют в покрытии электродов. При работе на переменном токе труднее разжечь дугу в защитной среде, нежели в случае постоянного тока.

При выборе оборудования для выполнения конкретного вида работ важно учесть, что ВАХ электрической дуги напрямую зависят от внешних вольтамперных показателей. К примеру, для ручной дуговой сварки требуется питание с падающими характеристиками вольт-ампер (повышенное напряжение на холостом ходу). При этом специалист будет иметь возможность с помощью регулятора ампеража менять длину дуги.

Сила тока при коротком замыкании во время плавления электрода на 20-50% выше показателя силы тока дуги. Выполнение работ плавящимися электродами оптимально в случае использования дуги размыкания. Для того, чтобы разжечь электродугу угольным или вольфрамовым электродом, не помешает вспомогательный разряд.

Высокие показатели силы тока при коротком замыкании могут спровоцировать прожиг заготовки. Короткое замыкание имеет место в момент, когда падает капля расплава электрода. После этого показатели резко возвращаются к исходным значениям. Возрастает ампераж до уровня тока короткого замыкания, мостик, образовавшийся между металлом и электродом быстро перегорает, и электрическая дуга снова возбуждается. Все эти изменения в столбе происходят моментально. Установка должна успеть за этот период отреагировать на изменения с тем, чтобы стабилизировать рабочие показатели.

Особенности электрической дуги

Благодаря широкому диапазону значений, электродуга совместима как с тугоплавкими, так и с привычными плавящимися электродами. Под ее воздействием металл быстро разогревается, после чего образуется ванна расплава. Преобразование электроэнергии в тепловую происходит с минимальными потерями.

По своей природе электрическая дуга сопоставима с другими видами зарядов. Ее отличительные особенности:

• созданная плотным током высокая температура;
• небольшое снижение катодного и анодного напряжения, которое в малой степени зависит от изначально заданного вольтажа;
• электрическое поле между полюсами распределяется неравномерно;
• устойчивость электрической дуги в пространстве;
• мощность и вольтамперные характеристики саморегулируются;
• границы электродуги четко очерчены.

Зажечь дугу можно одним из двух способом: чирканьем или коротким прикасанием.

определение, строение, свойства, длина, температура и мощность, какие зоны называются анодным и катодным пятнами, кто ее изобрел? – Дуговая сварка на Svarka.guru

Без сварочных работ невозможно представить себе возведение мостовых сооружений, решение производственных задач во многих отраслях промышленности. Чтобы ответить на вопрос, что такое сварочная дуга надо углубиться в описание физических процессов, происходящих в газовой среде между разноименно заряженными полюсами.

Электрическая дуга преобразует энергию вырабатываемого тока в тепло, мгновенно создается температурный режим, при котором плавятся все известные науки металлы.

Краткое описание и история изобретения

• образование характеризуется большими выделениями тепла — температура достигает 6 тыс. градусов;
• при этом выделяется мощный световой поток, поэтому сварщику необходимо специальное снаряжение для защиты лица и органов зрения, плотная одежда и рукавицы;
• это отличный проводник тока высокой силы, поэтому представляет опасность для человека;
• лучший способ надежного соединения металлических конструкций разной сложности.

О первенстве в том кто ее изобрел и в первичном описании физического явления до сих пор идут споры среди ученых мужей — официально первооткрывателем считается британский химик, физик и геолог сэр Гемфри Дэви, описавший в 1808 году дугу электрического разряда. Русский ученый-изобретатель, профессор физики из медико-хирургической академии Санкт-Петербурга В. В. Петров открыл аналогичное явление и подробно его описал на 6 лет раньше англичанина.

Типы разрядов

Существуют несколько видов аналогичных разрядов:

1. Тлеющий. Образуется при низком давлении, используется в люминесцентных источниках света.
2. Искрового типа. Характеризуется прерывистой формой, возникает при нормальном давлении: например, разряды молнии или искрение свечи зажигания в двигателях.
3. Не прерывистой формы электрическая дуга, возникающая при атмосферном давлении. Применяется для освещения или электродуговой сварки металлов.
4. Коронный — самый интересный из всех видов, появляется в неоднородном поле, когда один из электродов во много раз больше другого. Применяется в промышленности для очистки используемых газов от посторонних вкраплений пыли.

Все разряды крайне опасны для живых организмов — при работе с ними надо строго выполнять правила безопасности.

Природа явления

Сварочной дугой называют электрический разряд, имеющий большую мощность и время воздействия, он возникает между разноименными полюсами, расположенными в смеси газов, при подаче на них напряжения. Она характеризуется ярким световым потоком, большой температурой, способной расплавлять металлы для их надежного соединения.

[stextbox id=’alert’]Важно! Электрод играет роль катода, а металлические заготовки — имеют противоположный заряд, поэтому между ними возникает электрический разряд.[/stextbox]

Чтобы световой поток не обжигал кожу и сетчатку глаз, применяется спецснаряжение для защиты исполнителя.

Строение

Анодное пятно — характеризуется температурой до 2600⁰C и выделением до 42% тепловой энергии. Потери напряжения до 11 V, из-за постоянной атаки электронов оно имеет форму кратера.

Столб дуги — это нейтральный участок, в нем содержится около 20% от общего тепла и максимальная температура, потери напряжения не более 12 V.

Благоприятная длина столба до 6 мм, при этом размере температура дуги устойчивая, что благотворно сказывается на прочности шва.

При ручной сварке или в механизированной среде плавящимися электродами в защитном газе и использовании источника постоянного тока, пользуются методом обратной и прямой полярности, например, при соединении толстостенных деталей, анод подключают к ним, чтобы обеспечить максимум тепла, а также достаточную глубину проварки.

Виды

• прямого воздействия, устойчиво горит между соединяемыми деталями и электродом;
• непрямого действия — ее создают два электрода, а конструкция, предназначенная к соединению воедино, не задействована в общей цепи;
• трехфазный вариант — к каждому участнику процесса подключается одна фаза;
• плазменная — столб сжимается защитными газами.

Для создания дуги при использовании трансформатора, надо прикоснуться электродом к соединяемым заготовкам, но современное оборудование для сварочных работ позволяет активировать дугу бесконтактным методом, для этого применяется осциллятор.

Классификация

Электрическая дуга имеет различные виды, что напрямую зависит от типа производимой сварки и среды, где она выполняется.

1. Открытого типа. Сварка выполняется на открытом пространстве без применения газа, участвуют только пары плавящегося металла, обмазки электрода, а также молекулы воздуха.
2. Закрытый вид. Для этого используется флюс, который защищает место сварки от воздействия окружающей среды.
3. Дуговая сварка плавящимся электродом в защитном газе. Сварочные работы производятся при использовании инертного газа, подающегося под большим давлением.

Кроме этого, используется классификация по параметрам:

1. ток;
2. длительность горения;
3. какие используются электроды;
4. принцип работы.

Момент возникновения

Затем вытягивается шейка длиною около 5 мм, нагрев поднимается до максимума, происходит ионизация молекул столба воздуха, которая необходима для стабилизации горения дуги, а сварная дуга прочно соединяет конструкции. Опытные сварщики постоянно удерживают электрод на одном расстоянии от поверхности заготовок. поэтому в результате шов получается ровный, без наплывов.

Условия горения

Газообразные субстанции отличаются одной особенностью — при обычных условиях они не могут проводить ток, потому что их молекулы в этот момент нейтральны. Требуется ионизация, чтобы в зоне соединения появился электрический импульс.Второе условие — нужно постоянно поддерживать температуру катода на одном уровне, важную роль играет и аналогичное состояние окружающего воздуха.

Возникшая дуга должна устойчиво гореть, на это влияет сила тока — чем она мощнее, тем выше температура создается в зоне сварки, вплоть до максимума. Когда исполнитель соблюдает оговоренные условия, то с помощью сварки можно расплавить любой металл. Немаловажное значение имеет источник питания, ведь от устойчивой работы аппарата зависит качество сварного соединения.

[stextbox id=’info’]В. А. Савченко, образование: Институт профессионального обучения промышленной безопасности, электрогазосварщик 5 разряда, опыт работы с 1999 года: «Опытный сварщик чувствует малейшее увеличение столба дуги, но это возможно только после многолетней профессиональной деятельности».[/stextbox]

Особенности

Это физическое явление имеет индивидуальные отличия:

1. В столбе плотность достигает 10—20 А/мм².
2. Электрическое поле распределено неравномерно — малые величины в середине столба и огромные ближе к периферии.
3. Из-за ее свойств в виде большой плотности газов в дуге концентрируется высокая температура, чем меньше длина столба, тем быстрее она достигает максимума.
4. С помощью регулировки длины дуги получают и различия вольт-амперных характеристик.

Сварка заслуженно признается надежным способом соединения различных конструкций, не имеющей альтернативы. Она используется во всех сферах промышленности, но для получения высокого качества соединений нужно учитывать все параметры, влияющие на прочность и пластичность шва.

Чем определяется мощность?

Этот параметр зависит от множества причин: основа — длина столба, затем идет мощность и высокой силы ток, подающийся на электрод. При удлинении дуга не затухает, на мощность влияет только толщина столба, а также его плотность.

Продолжительность

На практике чаще всего используется непрерывный режим, а импульсный — во время выполнения контактной сварки, когда соединение происходит не сплошным швом, а только в специально рассчитанных точках. Герметичность в таком режиме не обеспечивается, но соединение тонкостенных корпусов выполняется прочно.

Чтобы получить герметическое соединение, электродом становится ролик, передвигающийся по кромке свариваемого изделия. Импульс подается с малым промежутком, поэтому зоны оплавления металла частично перекрываются — в результате получается сплошной шов. Такая методика выполняется при автоматическом соединении трубопроводов.

Температурные зоны

Центральная часть столба дуги при любом варианте сварки имеет высокие температурные значения, а рядом с катодом или анодом она составляет только 60—70% от всей тепловой энергии. При подключении переменного тока полярность отсутствует, потому что расположение полюсов меняется с интервалом 50—60 колебаний за секунду.

Сварочная дуга при таком режиме обладает намного меньшей устойчивостью, а температура её постоянно изменяется. Из преимуществ такого процесса соединения металлов отмечается простое и недорогое оборудование, а также полное отсутствие области негативного явления, называемого магнитное дутье.

Вольт-амперная характеристика

Известны три таких аналога внешних источников питания:

• падающая, когда напряжение снижается, а сила и плотность тока растет;
• жесткая — величина напряжения не зависит от силы тока;
• возрастающая, напряжение возрастает вместе с силой тока.

На графике хорошо видны красного цвета диаграмма, отображающая падение напряжения при образовании дуги, а далее во время устойчивого горения. Начинаются кривые от точки, которая указывает холостой ход трансформатора (около 50 V). В момент образования сварочной дуги напряжение довольно резко падает, но потом стабилизируется и становится постоянной величиной.

Инвертор для сварочных работ

Коротко отметим, что отличие инвертора от других аппаратов для сварки заключается в следующем:

• Потребляет в два раза меньше электроэнергии.
• Параметры тока позволяют быстрое образование дуги.
• Стабильность горения во время проведения сварки.
• Это сложная конструкция, способная изменять силу тока для максимальной стабильности дуги.
• Он преобразует переменный ток в постоянный, но уже с большей частотой и наоборот.
• У изделия имеется встроенный понижающий трансформатор.

Последняя фаза заключается в направлении постоянного тока высокой частоты к выпрямителю и далее на электрод.

Выводы

Мы выяснили природу возникновения электрической дуги, ее технические характеристики, классификацию, а также основные параметры. Для начинающего сварщика всё вышеописанное — это аксиома, чем больше теоретических знаний, тем быстрее молодой исполнитель научится правильно соединять различные металлы, приобретет необходимый опыт.

Что такое дуговая сварка? Определения и процессы дуговой сварки

Определение дуговой сварки и типы процессов

Дуговая сварка – это один из многих процессов сварки плавлением, используемых для соединения металлов. Он использует электрическую дугу для создания сильного тепла для плавления и соединения металлов. Источник питания генерирует электрическую дугу между расходуемым или неплавящимся электродом и основным металлом. Сварщики могут использовать как постоянный ток (DC), так и переменный ток (AC).

Как это работает?

Дуговая сварка работает с использованием электрической дуги от источника переменного или постоянного тока для генерирования ошеломляющего тепла около 6500 градусов по Фаренгейту на конце, для плавления основных металлов и для создания лужи расплавленного металла и соединения двух частей.

Дуга образуется между заготовкой и электродом, который перемещается вдоль линии соединения механически или вручную. Электродом может быть стержень, по которому ток проходит между наконечником и заготовкой, или стержень или проволока, которые проводят ток, а также плавятся и подают присадочный металл в соединение.

Металл имеет тенденцию вступать в химическую реакцию с элементами воздуха, такими как кислород и азот, когда нагревается дугой до экстремальных температур. Это приводит к образованию оксидов и нитридов, которые снижают прочность сварного шва.Следовательно, необходимо использовать защитный газ, шлак или пар, чтобы уменьшить контакт расплавленного металла с воздухом. После охлаждения детали расплавленный металл может затвердеть, образуя металлургическую связь.

Какие бывают типы дуговой сварки?

Дуговую сварку можно разделить на две разные формы:

Методы расходных электродов

Газовая сварка с металлическими вставками (MIG) и сварка металлов в активном газе (MAG)

Этот вид дуговой сварки также известен как газовая дуговая сварка (GMAW).MIG использует защитный газ, такой как аргон, двуокись углерода или гелий, для защиты основных металлов от разрушения в результате загрязнения.

Дуговая сварка защищенного металла (SMAW)

Этот вид сварки также известен как сварка штучной сваркой или ручная дуговая сварка металлическим электродом. В этом процессе дуга помещается между металлическим стержнем, покрытым электродным флюсом, и рабочим сегментом, чтобы расплавить его и сформировать сварочную ванну. Флюсовое покрытие электрода на металлическом стержне расплавляется с образованием газа, который защищает сварочную ванну от воздуха.В этом процессе не используется давление, а присадочный металл формируется электродом. Этот процесс лучше всего подходит для черных металлов, потому что их можно сваривать в любом положении. Черные металлы – это сплавы, состоящие в основном из железа и углерода.

Дуговая сварка порошковой проволокой (FCAW)

Этот вид сварки может использоваться вместо SMAW. FCAW использует газ, образованный флюсом, для защиты заготовки от загрязнения. Это позволяет оператору выполнять сварку на открытом воздухе даже в ветреную погоду.Он работает за счет использования постоянно подаваемого расходуемого порошкового электрода и источника постоянного напряжения для создания постоянной длины дуги. Этот вид сварки отлично подходит для общего ремонта и судостроения, поскольку хорошо подходит для более толстых швов.

Дуговая сварка под флюсом (SAW)

SAW предполагает образование дуги между постоянно подаваемым расходуемым электродом или проволокой и заготовкой. Этот процесс создает покрытие из плавкого флюса, который создает защитный газ для защиты рабочей зоны.Процесс становится проводящим при литье и создает путь тока между электродом и заготовкой. Флюс велик, поскольку он предотвращает разбрызгивание и искры, одновременно подавляя пары и ультрафиолетовое излучение.

Электрошлаковая сварка (ESW)

ESW – это процесс сварки, в котором используется тепло, выделяемое электрическим током, протекающим между плавящимся электродом и заготовкой. При этом образуется расплавленный шлак, который покрывает поверхность сварного шва. Сопротивление расплавленного шлака прохождению электрического тока создает тепло для плавления проволоки и краев пластины.Металл затвердевает при попадании на него воды. Это вертикальный процесс, который используется для сварки толстых листов толщиной более 25 мм за один проход.

Дуговая сварка шпилек (SW)

SW соединяет металлическую шпильку, такую ​​как гайка или крепеж, с металлической заготовкой, нагревая обе части электрической дугой.

Методы использования неплавящихся электродов

Сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG)

Этот процесс также называется дуговой сваркой вольфрамовым электродом (GTAW). TIG использует неплавящийся вольфрамовый электрод для генерации электрической дуги.Дуга также действует как газовая защита для защиты сварного шва от воздуха, который может вызвать окисление. Это излюбленный метод сварки алюминия.

Плазменно-дуговая сварка (PAW)

В этом методе используется электрическая дуга между неплавящимся электродом и основным металлом. Электрод помещается в горелку, и плазмообразующий газ отделяется от защитного газа, в результате чего получаются узкие и глубокие сварные швы.

Где это используется?

Дуговая сварка обычно используется для соединения материалов и используется во многих различных отраслях промышленности.

В аэрокосмической промышленности дуговая сварка используется для изготовления и ремонта самолетов, стыковки листов и для точных работ. В автомобильной промышленности дуговая сварка используется для соединения выхлопных систем и гидравлических линий. Дуговая сварка может обеспечить чрезвычайно прочное соединение даже между тонкими металлами.

В строительной отрасли дуговая сварка используется для обеспечения прочных и устойчивых соединений внутри зданий, мостов и других объектов инфраструктуры. Другими отраслями, в которых используется дуговая сварка, являются нефтегазовая промышленность и электроэнергетика.

Типы штанг

В дуговой сварке используется широкий спектр стержней, которые имеют различные сильные и слабые стороны и возможности использования. Все эти факторы влияют на качество сварного шва. Стержень прикреплен к сварочному аппарату, и через него проходит ток для соединения деталей. Стержень может либо плавиться, чтобы стать частью сварного шва, известного как расходуемые электроды, либо не плавиться, так называемые неплавящиеся электроды.

Обычно используются стержни с покрытием. Реже можно использовать стержни без покрытия, но они создают больше брызг и затрудняют управление дугой.Стержни с покрытием лучше уменьшают загрязнение оксидов и серы из-за выделяемых ими химикатов. Покрытие стержня может быть целлюлозным, минеральным или их смесью. Не имеет значения, покрыт ли стержень или нет, пользователь должен выбрать правильный стержень для своей заготовки, чтобы создать прочные, незагрязненные сварные швы.

Преимущества дуговой сварки

Дуговая сварка имеет множество преимуществ по сравнению с другими видами сварки. Эти преимущества включают в себя:

• Низкая стоимость. Это доступная техника, поскольку стоимость оборудования невысока. Также требуется меньше оборудования из-за отсутствия газа.
• Мобильность. Материалы в этой технике легко транспортировать.
• Используется для обработки нечистых металлов . Дуговая сварка может выполняться на загрязненных металлах.
• Работа в любых условиях. Во многих дуговых процессах используется защитный газ, поэтому работу можно выполнять только в одном месте. При дуговой сварке нет необходимости в защитном газе, поэтому работа может выполняться независимо от погодных условий.

Недостатки дуговой сварки

Хотя дуговая сварка имеет много преимуществ, у нее есть и недостатки. К этим недостаткам можно отнести:

• Стоимость. Хотя стоимость считается преимуществом, это также и недостаток, потому что при этом образуется больше металлических отходов. , чем при использовании других методов, что приводит к более высокой стоимости проекта.
• Требуется высокий уровень навыков и подготовки. Не все операторы имеют высокий уровень подготовки и навыков.
• Тонкий металл. Дуговая сварка не подходит для некоторых тонких металлов.

Сварочная дуга: определение, структура и типы

Прочитав эту статью, вы узнаете: – 1. Определение сварочной дуги 2. Структура и характеристики сварочной дуги 3. Типы 4. Роль полярности электродов.

Дуга – это электрический разряд между двумя электродами, который возникает в электрически проводящем горячем ионизированном газе, известном как плазма.Электрическая дуга, используемая для сварки, называется сварочной дугой и обычно возникает между тонким стержнем (или проволокой) и пластиной, поэтому она имеет форму колокола, как показано на рис. 3.1 (а).

Сварочная дуга – это сильноточный электрический разряд низкого напряжения, действующий обычно в диапазоне от 10 до 2000 ампер и от 10 до 50 вольт. В сварочной цепи дуга действует как нагрузочный резистор.

Вообще говоря, сварочная дуга состоит из механизма испускания электронов из катода, которые после прохождения через ионизированный горячий газ сливаются с анодом.Для анализа сварочную дугу обычно делят на пять частей, а именно. катодное пятно, зона катодного падения, столб дуги, зоны анодного падения и анодное пятно. Падение напряжения на катоде и зонах падения напряжения на аноде довольно крутое, в то время как падение напряжения на столбе дуги более плавное, как показано на рис. 3.1 (b). Из рисунка видно, что напряжение дуги (V) складывается из катодного падения (Vc), падения столбца (Vp) и падения на аноде (Va).

Таким образом, это можно выразить как:

В = Vc + Vp + Va …….(3-1)

Хотя сварочная дуга обычно имеет форму колокола, могут иметь место значительные колебания ее формы в тех сварочных процессах, где стержневой электрод (в остальной части текста называемый просто электродом) является расходуемым, например, при дуговой сварке в среде защитного металла и газовая дуговая сварка металла. Чтобы получить исчерпывающие сведения о поведении сварочной дуги, необходимо знать характеристики ее различных зон.

Катодное пятно :

Это та часть отрицательного электрода, из которой испускаются электроны.Наблюдались три типа режимов катодного пятна.

Это:

(а) Режим подвижного катодного пятна,

(б) Режим термоэмиссионного катодного пятна и

(c) Нормальный режим.

В подвижном катоде в режиме пятна одно или несколько очень маленьких катодных пятен появляются на поверхности катода и перемещаются с высокой скоростью от 5 до 10 м / с и обычно оставляют после себя видимый след. Поведение подвижного катодного пятна зависит от материала, на котором оно образуется.Например, на алюминии наблюдаются множественные пятна, которые образуют сложную серию разветвленных дорожек, в то время как на меди оставленный след обычно одиночный без каких-либо ответвлений, как показано на рис. 3.2.

Оксидная пленка на поверхности металла ослабляется движением подвижного катодного пятна, а иногда также теряется слой металла. Эта характеристика делает подвижный катод очень важным для использования в промышленности, особенно для сварки алюминия и магния.Плотность тока в таком катодном пятне составляет порядка от 10 ² до 10 ³ А / мм ² .

В термоэлектронном режиме катодное пятно формируется на конце остроконечного стержня из вольфрама или торированного вольфрама, используемого с защитой из аргона. Катодное пятно остается на месте и имеет плотность тока порядка 10 ² А / мм ² . Он виден либо как яркое пятно, либо может быть обнаружен по схождению столба дуги к точке на поверхности катода.

В нормальном режиме катодное пятно не образует четко очерченного пятна. Например, в случае стального электрода с низкоуглеродистым покрытием катодное пятно покрывает весь расплавленный наконечник электрода. Подобный тип катодного пятна наблюдается при дуговой сварке вольфрамовым электродом в газе с использованием вольфрамового электрода с закругленным концом, экранированного аргоном, как показано на рис. 3.3.

Вольфрамовая дуга, экранированная аргоном, работает либо с четко определенным катодным пятном второго типа, либо с плохо определенным катодным пятном третьего типа, и вольт-амперные характеристики в двух случаях различаются.

Механизмы эмиссии электронов :

Эмиссия электронов с катода может быть вызвана любым из нескольких механизмов, таких как термоэлектронная эмиссия, автоэлектронная или автоэлектронная эмиссия, фотоэлектрическая эмиссия и вторичная эмиссия.

а. Термоэмиссионное излучение:

Он включает освобождение электронов от нагретых электродов. По мере повышения температуры электрода кинетическая энергия свободных электронов увеличивается до точки, при которой они могут уйти с поверхности отрицательного электрода в катодном пятне в свободное от поля пространство снаружи, несмотря на притяжение положительным электродом. ионы, оставшиеся на катоде.

Считается, что эмиссия электронов из углеродных и вольфрамовых катодов имеет термоэмиссионный характер, но большинство других металлов кипят при температурах значительно ниже температуры, необходимой для термоэлектронной эмиссии.

г. Автоэлектронная эмиссия:

Этот тип электронной эмиссии создается достаточно сильным электрическим полем, то есть когда напряжение на электродах настолько велико (порядка 10 ⁴ вольт), что воздух между ними ионизируется под его влиянием и электрическим разрядом. происходит с эмиссией электронов с поверхности катода.

г. Фотоэлектрическое излучение:

Это происходит, когда энергия в форме луча света падает на поверхность катода и приводит к увеличению кинетической энергии электронов и, таким образом, к их испусканию с катода в вакуум или другой материал. Такой механизм электронной эмиссии используется при генерации рентгеновских лучей.

г. Вторичный выброс:

Относится к испусканию электронов под действием быстро движущихся ионов.Когда скорость падающих ионов превышает орбитальные скорости электронов в атомах материала катода, это приводит к изгнанию (или испусканию) электронов.

В сварочных процессах электронная эмиссия является либо термоэмиссионной, например при газовой вольфрамовой дуговой сварке, плазменно-дуговой сварке и дуговой сварке угольным газом, либо она является автоэмиссионной в сочетании со вспомогательными средствами ионизации воздушного зазора между электродами. и заготовки, например для дуговой сварки в защитном металлическом корпусе, дуговой сварки под флюсом и дуговой сварки металлическим электродом в газе.

Эмиссия электронов из катодного пятна зависит от энергии возбуждения или работы выхода материала, которая определяется как энергия, необходимая в электрон-вольтах (эВ) или джоулях, чтобы высвободить один электрон с поверхности материал к окружающему пространству. Потенциал ионизации, который определяется как энергия на единицу заряда в вольтах, необходимая для удаления электрона от атома на бесконечное расстояние, также играет важную роль в поддержании электрического разряда.Оба параметра для большинства материалов, участвующих в сварке, приведены в таблице 3.1.

Зона катодного падения :

Это газовая область, непосредственно примыкающая к катоду, в которой происходит резкое падение напряжения. Совокупный размер зоны катодной капли и зоны анодной капли составляет порядка 10 ² мм, что почти равно длине свободного пробега электронов. Было обнаружено, что падение напряжения в зоне катодного падения для вольфрамового электрода, экранированного аргоном, составляет около 8 вольт при 100 ампер, и оно увеличивается с уменьшением тока.

Колонна Arc:

Это яркая видимая часть дуги, имеющая высокую температуру и низкий градиент потенциала. Температура столба дуги зависит от присутствующих в нем газов и величины сварочного тока, протекающего в цепи. Обычно температура колонки варьируется от 6000 ° C для паров железа до примерно 20000 ° C для вольфрамовой дуги, экранированной аргоном. При такой высокой температуре все молекулярные газы, присутствующие в колонке, расщепляются на атомарную форму, а сами атомы далее диссоциируют на электроны и ионы.Однако количество электронов и ионов в любом заданном объеме дуги остается неизменным, что сохраняет дугу электрически нейтральной.

Так как средний ион примерно в тысячу раз тяжелее электрона, электроны гораздо более подвижны и, следовательно, переносят большую часть тока через столб дуги. Градиент потенциала в колонне ниже, чем градиент потенциала в зоне катодного падения или в зоне падения анода, и обычно он колеблется от 0-5 до 5 вольт / мм для вольфрамовых дуг, экранированных аргоном, тогда как для дуговой сварки экранированным металлом он обычно составляет около 1 вольт. / мм.

Сварочная дуга почти всегда возникает между стержнем или проволочным электродом и плоской или широкой заготовкой. Это, независимо от полярности электрода, приводит к возникновению дуги в форме раструба или конуса с вершиной конуса на кончике стержневого электрода или рядом с ним. Из-за этого сужения дуги возле стержневого электрода она имеет самую высокую плотность энергии там, но из-за охлаждающего эффекта из-за близости электрода максимальная температура находится в центре столба.

Область, в которой суженный столбик встречается с электродом, называется корнем дуги.Распределение температуры в столбе дуги для вольфрамовой дуги, экранированной аргоном 200 ампер, показано на рис. 3.4.

Рис. 3.4 Распределение температуры в столбе дуги

Прохождение тока в столбе дуги приводит к возникновению электромагнитных сил. Также хорошо известно, что два параллельных проводника, по которым проходит ток в одном направлении, притягиваются друг к другу.

Если ток проходит через газовый цилиндр, его можно рассматривать как состоящий из большого количества кольцевых цилиндрических проводников, следовательно, существует взаимное притяжение между различными газовыми цилиндрами со всеми силами, действующими внутрь из-за высокой плотности тока в сердечнике цилиндра. дирижер.

Эти сжимающие силы уравновешиваются градиентом статического давления, установленным в газопроводе с нулевым давлением на внешней периферии и максимальным по оси.

Однако в данном случае из-за конической формы дуги электромагнитные силы, действующие на нее, имеют две составляющие, причем статическое давление имеет две противоположные составляющие, одна из которых расположена вдоль оси дуги и является причиной образования плазмы. струя, которая течет со скоростью примерно 10 ⁴ см / сек по направлению к заготовке.Осевая скорость плазмы уменьшается по мере приближения к периферии дуги, как показано на рис. 3.5.

В установившемся режиме плазменная струя имеет обтекаемый поток, скорость которого приблизительно пропорциональна сварочному току. На рис. 3.6 показана диаграмма линий газового потока и линий скорости в угольной дуге 200А. Считается, что значительное количество тепловой энергии передается к изделию за счет конвективных потоков плазменной струи.

Фиг.3.6 Линии потока газа и линии скорости плазмы при сварке угольной дугой

Когда ток в дуге не симметричен, возникают магнитные силы, которые отклоняют столб дуги. Если это происходит в сварочной дуге, это называется дугой и часто приводит к некорректным и неправильным сварным швам.

Анод и зона падения анода:

Достигнув анода, электроны теряют свою теплоту конденсации. Однако, в отличие от катодного пятна, редко можно увидеть четко очерченное анодное пятно, а плотность тока также мала, как показано на рис.3.7 для вольфрамового катода, экранированного аргоном, на 200 А и анода из медной пластины. Токопроводящая площадь анода немного меньше самого широкого распространения дуги на конце анода, а средняя плотность тока также довольно мала.

Падение напряжения в зоне анодного падения дуги этого типа составляет b6 от 1 до 3 вольт. Глубина анодной зоны падения составляет порядка от 10 ^-2 до 10 ^-1 мм. Когда стержневой электрод действует как анод, он занимает нижнюю полусферу расплавленной капли на кончике электрода.Однако в случае струи плазмы низкого давления анод, по-видимому, охватывает расплавленную каплю.

Общее тепловложение на аноде связано с конденсацией электронов, а также проводимостью и конвекцией из-за плазменной струи. высвобождается на катоде, как показано на рис. 3.8.

С увеличением длины сварочной дуги напряжение на дуге увеличивается и, следовательно, для тока выше примерно 100 А тепловложение увеличивается с увеличением столба дуги, особенно для режима катодного пятна, как показано на рис.3.9. Однако с увеличением длины столбца ширина столбца также увеличивается, что приводит к еще более низкой плотности тока на аноде и, таким образом, анод становится более рассеянным.

КПД дуги:

Из описания характеристик различных частей сварочной дуги можно определить КПД дуги, математическая обработка которого следующая:

Итак, общая тепловая энергия, выделяемая на аноде, q _a , ​​определяется суммой энергии, полученной через электроны, и энергии, полученной при прохождении через зону падения анода, т.е.е.,

Задача 1:

Найдите эффективность дуги для процесса GTAW, если сварочный ток составляет 150 ампер, а напряжение дуги 20 вольт. Предположим, что катодное падение составляет 8 вольт, а анодное падение – 3 вольта, при этом 30% энергии столба дуги передается аноду. Возьмем температуру дуги как 15000 К. Работа выхода, ₀ для вольфрама = 4,5 эВ и постоянной Больцмана = 8,62 x 10 ^-5 эВ / К.

Решение:

Задача 2:

При дуговой сварке вольфрамовым электродом в среде аргона катодное падение составило 10 вольт при сварочном токе 120 вольт и напряжении дуги 18 вольт.Определите (а) длину дуги, если КПД дуги составляет 55% при температуре дуги 10000 Кельвинов.

Предположим, что падение напряжения на колонке составляет 1,2 В на 1 мм, и что 20% тепла колонки передается аноду.

(b) Эффективность дуги, если те же параметры процесса применимы к процессу GMAW и проволочный электрод выполнен в качестве анода.

Возьмем работу выхода для вольфрама при OK = 4,5 эВ и постоянную Больцмана. К ’= 8-60 x10 ^-5 эВИК

Решение: