Температура сварочной дуги: Электрическая дуга | Сварка и сварщик

alexxlab | 30.08.1980 | 0 | Разное

Температура сварочной дуги

Сварочная дуга

Источниками энергии при сварке плавлением элементов строительных металлоконструкций могут служить газовое пламя или электрическая дуга.

Температура газового пламени в зависимости от характера горючего газа и среды, в которой он сгорает, может составлять от 700 до 3500 °С (в ядре пламени) (рис. 2).

Рис. 2. Распределение температуры газового пламени а — ацетилено-кислородное пламя; б — пропан-бутан-кислородное пламя

При изготовлении стальных строительных конструкций для сварки и термической резки (в качестве подогревающего пламени) можно использовать тепло, выделяющееся при сгорании смеси пропан-бутана или ацетилена с кислородом. Максимальная температура такого пламени достигает 3000—3500 °С, но низкая сосредоточенность выделяемого тепла, отрицательно влияющая на производительность процесса, и высокая площадь нагрева металла в зоне сварки, влияющая на величину внутренних напряжений в конструкциях и на величину их деформаций, а также необходимость обеспечения поста горючими газами и кислородом, горелками и шлангами, редукторами и предохранителями, невозможность автоматизации или механизации процесса привели к тому, что газовая сварка при изготовлении строительных конструкций не применяется и основным способом сварки металлоконструкций признана дуговая сварка плавящимся электродом.

Источником тепла при дуговой сварке является сварочная дуга, устойчивый электрический разряд в сильно ионизированной смеси газов и паров металлов, использованных при сварке и характеризуемый высокой плотностью тока и высокой температурой.

Температура сварочной дуги составляет 4500—6000 °С, а наименьшая площадь нагрева свариваемой поверхности в несколько десятков раз меньше площади, нагреваемой газовой горелкой эквивалентной мощности.

Дуга может быть прямого действия (рис. 3, а, б), когда горит между электродом и изделием, может быть косвенного (рис. 3, в) и комбинированного действия (рис. 3, г).

Рис. 3. Сварочная дуга а — прямого действия прямой полярности; б —прямого действия обратной полярности; в — косвенного действия; г — комбинированного действия

В промышленном строительстве в качестве источника тепла для сварки применяется дуга прямого действия.

Дуга может быть переменного и постоянного тока. При постоянном токе она может быть прямой или обратной полярности. В первом случае электрод подключается к отрицательному полюсу источника и является катодом, изделие, подключенное к положительному полюсу источника, является анодом.

Сварочная дуга обладает рядом физических и технологических свойств, от которых зависит эффективность ее использования для сварки.

К физическим свойствам относятся электрические, электромагнитные, кинетические, температурные и световые; к технологическим свойствам — мощность и устойчивость дуги.

В дуговом промежутке выделяются катодная и анодная области, в которых отмечается значительное падение напряжения, и расположенный между ними столб дуги. На поверхности анода и катода образуются высокотемпературные пятна, через которые проходит весь сварочный ток, в связи с чем они максимально разогреваются.

При сварке на постоянном токе на аноде выделяется около 43—45 % тепла сварочной дуги; на катоде 36— 38 %, остальное тепло исходит из столба дуги.

Так как из анодной зоны происходит повышенное выделение тепла, то можно выбирать наиболее рациональную полярность для сварки определенных конструкций или материалов. Например, при сварке тонколистовой стали, легкоплавких сплавов и легированных сталей, когда желательно уменьшить количество выделяемого тепла в металл конструкции, применяют сварку дугой обратной полярности. Когда же необходимо получить повышенный провар с уменьшенным усилением шва, применяют дугу прямой полярности. В этом случае скорость расплавления металла электрода несколько уменьшается, а доля основного металла в металле шва увеличивается.

Page 2

Полную тепловую мощность дуги, т. е. количество теплоты, выделяемое дугой в единицу времени, приближенно считают равной ее электрической мощности Электрическая мощность дуги соответствует произведению величины сварочного тока на падение напряжения на дуге и выражается в ваттах (Вт) или в джоулях в секунду (1 Вт=1 Дж/с).

Количество тепла, вводимое в металл источником нагрева, отнесенное к единице длины шва, называется погонной энергией сварки. Погонная энергия равна отношению эффективной мощности дуги к скорости ее перемещения и выражается в джоулях на погонный метр.

Эффективная тепловая мощность дуги есть количество теплоты, введенное за единицу времени в металл изделия и затраченное на его нагрев.

При сварке плавлением значительная часть выделяемого при горении сварочной дуги тепла не участвует в работе по образованию неразъемного соединения.

Характер использования полной тепловой мощности процесса можно установить по тепловому балансу, наглядно показывающему, как и на что расходуется полная тепловая мощность при дуговой сварке. Диаграммы распределения тепловой энергии при различных способах дуговой сварки приведены на рис. 4.

Рис. 4. Диаграмма распределения тепловой энергии, выделяемой сварочной дугой а — при сварке штучными покрытыми электродами; б — при сварке плавящимся электродом в среде защитного газа; в — при сварке под флюсом; г — при сварке под флюсом с ППМ; 1 — расход тепла на нагрев электрода, на угар и разбрызгивание; 2 — расход тепловой энергии на подогрев защитного газа, на расплавление флюса или покрытия электрода; 3 — расход тепла на подогрев металла под сварочной ванной и в околошовной зоне; 4 — расход тепловой энергии на проплавление свариваемых кромок на глубину 1,5—2 мм; 5 — количество тепловой энергии, участвующей в создании непосредственно сварного соединения; б — размер сварного соединения, получаемого при равной затрате электроэнергии

Энергия расходуется на нагрев электродного стержня, причем чем больше свободный вылет электрода, тем больше потери тепловой энергии в окружающее пространство. Например, при сварке угольным электродом потери энергии на нагрев электрода и излучение с его поверхности в пространство могут составлять до 40— 45 % и более полной тепловой мощности дуги. При сварке металлическим неплавящимся электродом эти потери составляют около 25 % тепловой мощности дуги. При сварке плавящимся электродом значительная часть энергии, затрачиваемой на нагрев электрода, возвращается с каплями электродного металла в сварочную ванну. Эта энергия (1) несколько повышает коэффициент наплавки и способствует снижению скорости затвердевания поверхности сварочной ванны.

Кроме нагрева электродного стержня, энергия (1) дуги теряется с испаряющимся из сварочной ванны материалом (угар), с брызгами расплавленного металла и излучениями с поверхности сварочной ванны.

Другим расходом энергии, который отсутствует, например при сварке в вакууме, при дугоконтактной сварке и контактной сварке оплавлением, является расход ее на плавление флюса, на плавление обмазки (покрытия) электрода или на нагрев защитного газа. Это тоже потери (2), которые могут достигать 25 % энергии, выделяемой сварочной дугой. Сократить их можно при сварке под флюсом за счет использования ППМ, когда толщина расплавляемого флюса сокращается при наиболее рациональном использовании тепла дуги на плавление порошкового присадочного металла. При сварке штучными электродами с органическим покрытием или с покрытием, в состав которых входят металлические компоненты, такие потери уменьшаются.

При газовой сварке расход тепловой энергии на подогрев металла чрезвычайно велик и зависит в основном от концентрации газового пламени. В этом случае потери составляют около 45—60 % полной энергии сгорания. Дуговая сварка, отличающаяся большой концентрацией источника тепла, позволяет значительно снизить потери на подогрев изделия в процессе сварки. Эти потери (3) связаны с большой теплопроводностью металла и они тем меньше, чем больше скорость сварки и меньше угол разделки кромок. При сварке правильно подготовленным электродом в среде аргона или при сварке в среде активных газов тонкой проволокой эти потери минимальны.

www.stroitelstvo-new.ru

Свойства сварочной дуги

otdelka-profi.narod.ru

Определение сварочной дуги, ее строение, условия зажигания и горения

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:

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.

Следующая глава

info.wikireading.ru

Свойства сварочной дуги в инертных газах – аргоне и гелии

В статье «Электрическая дуга» подробно рассказано, что такое сварочная дуга. В данной статье речь пойдет о свойствах сварочной дуги в среде инертного газа – аргоне или гелии.

Характеристики сварочной дуги различны в зависимости от выбранного защитного газа. Любой дуговой заряд поддерживается благодаря тому, что между электродами заключено ионизированное пространстве, в котором наблюдается движение ионов и электронов от одного электрода к другому.

В среде двухатомных газов электроны при своем движении теряют больше энергии, чем при движении в среде аргона или гелия, так как при этом происходит много неупругих столкновений. Это и ведет к большой потере энергии, ионизация молекул сопровождается их диссоциацией. Данный процесс одновременно обусловливает и меньшую подвижность свободных электронов. Подвижность их в среде инертного газа в несколько раз больше чем в среде активных газов, что увеличивает вероятность возбуждения и ионизации нейтральных частиц газа. При разряде в среде двухатомного газа в дуговом промежутке образуются отрицательные ионы, которые затрудняют движение электронов из-за увеличения электрического сопротивления, чего не наблюдается в среде инертных газов.

Отсутствие отрицательных ионов снижает коэффициент рекомбинации, что ведет к увеличению стабильности разряда. В аргоне и гелии меньше вероятность самопроизвольного прекращения разряда, чем в других газах, так как первые обладают меньшими потенциалами зажигания самостоятельного разряда. Катодное падение напряжения минимально, поэтому для поддержания разряда требуется минимальное напряжение. Нахождение атомов аргона и гелия в метастабильном состоянии облегчает ступенчатую ионизацию газов, а это ведет к тому, что потенциал горения дуги оказывается ниже ионизационного потенциала газов.

Обычно потенциал возбуждения и ионизации инертных газов выше соответствующих потенциалов паров металла, азота и кислорода, что затрудняет зажигание дуги переменного тока при ее питании от обычных трансформаторов. Во время сварки в среде гелия при одинаковой силе тока напряжение дуги на электродах, состоящих из W – Me (металл), Al – Al, Ti – Ti, значительно выше, чем дуги в аргоне. При сварке стали напряжение между железными электродами очень низкое, примерно 8 – 10 В.

Дуга в гелии имеет большую проплавляющую способность и менее концентрирована, она создает более равномерную форму проплавления, чем дуга в аргоне, а последняя обеспечивает большую глубину проплавления в центре. Перепад напряжения в столбе дуги в гелии больше, чем в аргоне, поэтому изменение длины дуги в гелии более заметно сказывается на напряжении и общей тепловой эффективности.

Изменение формы проплавления в зависимости от свойства инертного газа

В зависимости от того, какой инертный газ применяется, меняется поверхностное натяжение на границе металл – газовая фаза. Так, поверхностное натяжение жидких хромоникелевых сталей аустенитной структуры при сварке в гелии заметно меньше, чем в аргоне. Указанное обстоятельство сказывается на формировании поверхности усиления шва. В гелии наблюдается более плавный переход усиления к основному металлу, что иногда ведет к уменьшению концентрации напряжений в этом районе и улучшению работоспособности сварного соединения. Поэтому в ряде случаев становится целесообразным применение аргоно-гелиевых смесей в разных пропорциях смешения.

Дуга, горящая между вольфрамовым электродом и металлом в среде аргона, имеет свои особенности. Статическая характеристика такой дуги в аргоне, как и дуги под слоем флюса, имеет положительный характер. Это объясняется охлаждающим действием газовой струи и высокой плотностью тока на вольфрамовых электродах, которая составляет 10-90 А/мм2. На рисунке ниже приведены статические характеристики для вольфрамовой дуги, горящей в аргоне. Можно видеть, что при больших токах и малых дуговых промежутках напряжение на дуге Uд меньше потенциала ионизации Uп.

• для аргона Uп = 15,7 В
• для гелия Uп = 25,4 В

Минимальное напряжение на дуге приближается к потенциалу возбуждения аргона, метастабильное состояние которого, вероятно, в этом случае играет значительную роль. Градиент напряжения в гелии для больших дуговых промежутков больше, чем для малых промежутков. Обратное явление наблюдается в аргоне. Здесь расход газа и диаметр электрода мало отражаются на характере зависимости напряжения дуги от ее длины, а в гелии, наоборот, напряжение дуги можно изменять, меняя расход газа. Свойства дуги, горящей в аргоне между вольфрамовым электродом и металлом, могут меняться в зависимости от свойств металла и состава газовой смеси.

Статические характеристики вольфрамовой дуги в аргоне для различных длин дуг

Технологические свойства вольфрамовой дуги при сварке ухудшаются из-за выпрямления переменного тока (если он применяется) и появления в цепи составляющей постоянного тока.

Анализ этого явления, проведенный по осциллограммам, показывает, что степень выпрямления тока в дуге зависит от различия термических временных постоянных материала электродов (теплоемкости, умноженной на величину, обратную теплопроводности). Чем больше разность этих постоянных, тем больше степень выпрямления тока в дуге. При разных материалах электродов разность их температур во время горения дуги пропорциональна разности термических временных постоянных. Однако различие температур катода в разные полуциклы горения дуги ведет к появлению составляющей постоянного тока, и степень выпрямления оказывается пропорциональной разности термических временных постоянных материалов электродов. Наряду с различием теплофизических свойств электродов на выпрямляющее действие дуги в аргоне сказывается и изменение геометрической формы электродов. Наибольшее значение составляющей постоянного тока, обусловленное различием теплофизических свойств, наблюдается для дуги, возникающей при использовании электродов системы W – Al.

Uхх – напряжение холостого хода Uд – напряжение на дуге

Iд – сила сварочного тока

Постоянная составляющая в сварочной цепи переменного тока для дуги системы W – Al в аргоне

В полупериодах, когда катодное пятно расположено на вольфрамовом электроде (прямая полярность), из-за мощной термоэлектронной эмиссии катода создаются благоприятные условия для возбуждения и горения дуги при низком напряжении. В полупериодах, когда катодное пятно находится на алюминии (обратная полярность), катод холодный и термоэлектронная эмиссия затруднена. В данном случае для возбуждения дуги требуются более высокие максимальные (пиковые) значения напряжения, а горение дуги будет происходить при большем значении напряжения, чем в предыдущий полупериод. При сварке на малых токах возбуждение дуги в полупериоды обратной полярности может не произойти вообще, и дуга станет «выпрямительным вентилем». Это ведет к резкому ухудшению стабильности ее горения. При наличии постоянной составляющей и значительно увеличивается сопротивление магнитопровода трансформатора и понижается мощность, отдаваемая дуге. При уменьшении тока в полупериоды обратной полярности затрудняется катодная очистка свариваемых кромок и поверхности сварочной ванны от тугоплавких окисных пленок. Поэтому установки для сварки вольфрамовой дугой (особенно алюминия и его сплавов) должны содержать специальные устройства (стабилизаторы, импульсные возбудители, батареи конденсаторов, полупроводниковые вентили), либо подавать импульсы в полупериод обратной полярности для облегчения зажигания дуги или частичного (полного) подавления возникшей постоянной составляющей тока.

weldering.com

Зажигание сварочной дуги начинается с момента касания электродом свариваемого металла т. е. с короткого замыкания. На рис. 1 приведена последовательность процессов при зажигании сварочной дуги. Рис. 1. Последовательность зажигания сварочной дуги: а — короткое замыкание; б — образование перемычки из жидкого металла; в — возникновение дуги Так как торец электрода и поверхность свариваемого металла имеют неровности, то контакт между ними при коротком замыкании происходит в отдельных точках (рис. 1,а). Поэтому плотность тока в точках контакта достигает больших значений, металл мгновенно расплавляется, образуя перемычку из жидкого металла между электродом и свариваемым металлом (рис. 1,б). При отводе электрода от поверхности металла на некоторую длину, называемую длиной дуги Ɩ, жидкая перемычка растягивается с уменьшением сечения, затем в момент достижения металлом перемычки температуры кипения он испаряется, и происходит разрыв перемычки (рис. 1,в). Образуется разрядный промежуток, который заполняется заряженными частицами паров металла, покрытия электрода и газов. Так возникает сварочная дуга, которая представляет собой светящийся столб нагретого газа, состоящего из электронов, ионов и нейтральных атомов. Рис. 2. Схема сварочной дуги: 1 — электрод; 2 — катодное пятно; 3 — катодная область; 4 — столб дуги; 5 — анодная область; 6 — анодное пятно; 7 — сварочная ванна; 8 — свариваемая деталь; падения напряжения: UK — в катодной области; UCT — в столбе дуги; UA — в анодной области; UД — напряжение на дуге; Ɩ — длина дуги; h — глубина проплавления (провар) Это состояние газа называется плазмой, которая электрически нейтральна, так как в ней количество положительных и отрицательных частиц одинаково. Температура столба дуги выше температуры точки кипения металла электрода и изделия, и конец электрода и изделие отделены от столба дуги промежуточными газовыми слоями, называемыми приэлектродными областями дуги (рис. 2). В катодной области 3 из катодного пятна 2 происходит эмиссия электронов в столб дуги 4, где они ионизируют нейтральные атомы. В катодной области на длине в доли миллиметра сосредоточена значительная часть напряжения дуги, которое называется катодным падением напряжения UК и достигает 10… 16 В. В анодной области 5 около анодного пятна 6 происходит резкое падение напряжения на длине свободного пробега электрона. Это падение напряжения называется анодным падением напряжения UA, величина которого составляет 6…8 В. На этом участке электроны резко увеличивают скорость своего движения и нейтрализуются на анодном пятне. Анод получает энергию от дуги в виде потока электронов и теплового излучения, поэтому температура анодной области выше температуры катодной области, и на аноде выделяется большее количество тепла. Общее падение напряжения в электрической дуге UД = UА + UК + UСТ где UД — общее падение напряжения; UA — падение напряжения в анодной области; UK — падение напряжения в катодной области; UСТ — падение напряжения в столбе дуги. В среднем величина напряжения на дуге UД = UA + UK + UСТ = (10…16) + (6…8) + (2…12) = (18…36) В. Дуга горит устойчиво при сварке плавящимся электродом при UД = 18…28 В, а при сварке неплавящимся электродом — при UД = 30…35 В При сварке на постоянном токе прямой полярности температура в различных зонах сварочной дуги: в середине столба дуги — около 6000 °С; в анодной области — 2600 °С; в катодной области — 2400 °С; в сварочной ванне — 1700…2000 °С. При сварке на переменном токе распределение тепла дуги и температуры в катодной и анодной областях примерно одинаково (катодная область на электроде).

краткое описание, длина дуги и условия ее появления

Сама по себе сварочная дуга – это электрический разряд, который существует достаточно долго. Находится он между электродов под напряжением, расположенных в смеси газов и паров. Основные характеристики сварочной дуги – температура и довольно высокая, а также большая плотность тока.

Общее описание

Возникает дуга между электродом и металлической заготовкой, с которой ведется работа. Образование данного разряда возникает из-за того, что происходит электрический пробой воздушного промежутка. Когда возникает такой эффект, происходит ионизация молекул газа, повышается не только его температура, но и электропроводность, сам газ переходит в состояние плазмы. Сварочный процесс, а точнее горение дуги, сопровождается такими эффектами, как выделение большого количества тепла и световой энергии. Именно из-за резкого изменения этих двух параметров в сторону их большого увеличения происходит процесс плавления металла, так как в локальном месте температура увеличивается в несколько раз. Совокупность всех этих действий и называется сваркой.

Свойства дуги

Для того чтобы появилась дуга, необходимо кратковременно прикоснуться электродом к заготовке, с которой нужно работать. Таким образом происходит короткое замыкание, вследствие которого появляется сварочная дуга, температура ее довольно быстро растет. После касания необходимо разорвать контакт и установить воздушный зазор. Так можно подобрать необходимую длину дуги для дальнейшей работы.

Если разряд получится слишком коротким, то, возможно, что электрод прилипнет к обрабатываемому материалу. В этому случае плавка металла будет проходить слишком быстро, а это вызовет образование наплывов, что крайне нежелательно. Что касается характеристик слишком длинной дуги, то она неустойчива в плане горения. Температура сварочной дуги в зоне сварки в таком случае также не будет достигать требуемого значения. Довольно часто можно увидеть кривую дугу, а также сильную неустойчивость, когда работа проводится сварочным агрегатом промышленного назначения, особенно если ведется работа с деталями, имеющими большие габариты. Это часто называют магнитным дутьем.

Магнитное дутье

Суть такого метода состоит в том, что сварочный ток дуги способен создать небольшое магнитное поле, которое вполне может вступить во взаимодействие с магнитным полем, которое создается током, протекающим сквозь обрабатываемый элемент. Другими словами, отклонение дуги происходит за счет того, что появляются некоторые магнитные силы. Этот процесс называется дутьем потому, что отклонение дуги со стороны выглядит так, будто оно происходит из-за сильного ветра. Реальных способов избавиться от этого явления нет. Для того чтобы минимизировать влияние этого эффекта, можно пользоваться укороченной дугой, а сам электрод должен быть расположен под определенным углом.

Структура дуги

В настоящее время сварка – это процесс, который разобран достаточно детально. Благодаря этому известно, что существует три области горения дуги. Те участки, которые прилегают к аноду и катоду, соответственно анодный и катодный участок. Естественно, что температура сварочной дуги при ручной дуговой сварке также будет отличаться в этих зонах. Существует третий участок, который находится между анодным и катодным. Это место принято называть столбом дуги. Температура, необходимая для плавления стали, примерно 1300-1500 градусов по Цельсию. Температура столба сварочной дуги может достигать 7000 градусов по Цельсию. Хотя здесь справедливо будет отметить, что она не полностью передается на металл, однако и того значения хватает, чтобы успешно плавить материал.

Есть несколько условий, которые необходимо создать, чтобы обеспечить стабильную дугу. Необходим стабильный ток с силой около 10 А. При таком значении можно поддерживать стабильную дугу с напряжением от 15 до 40 В. Стоит отметить, что значение тока в 10 А минимальное, максимальное может достигать 1000 А. Распределение напряжения по участкам неравномерно и больше всего оно в анодном и катодном. Падение напряжение также происходит в дуговом разряде. После проведения определенных экспериментов было установлено, что, если проводить сварку плавящимся электродом, то наибольшее падение будет в катодной зоне. В таком случае распределение температуры в сварочной дуге также меняется, и наибольший градиент приходится на этот же участок.

Зная эти особенности, становится понятно, почему важно правильно выбирать полярность при сварке. Если соединить электрод с катодом, то можно достичь наибольшего значения температуры сварочной дуги.

Температурная зона

Несмотря на то, каким именно электродом проводится сварка, плавящимся или же неплавящимся, максимальный показатель температуры будет именно у столба сварочной дуги, от 5000 до 7000 градусов по Цельсию.

Область с наименее низкой температурой сварочной дуги смещается в одну из его зон, анодную или же катодную. На этих участках наблюдается от 60 до 70 % от максимального значения температуры.

Сварка переменным током

Все описанное выше касалось процедуры проведения сварки с постоянным током. Однако для этих целей можно использовать и переменный ток. Что касается отрицательных сторон, то здесь заметно ухудшение устойчивости, а также частые скачки температуры горения сварочной дуги. Из преимуществ выделяется то, что можно использовать более простое, а значит более дешевое оборудование. Кроме того, при наличии переменной составляющей практически пропадает такой эффект, как магнитное дутье. Последнее отличие – это отсутствие необходимости в выборе полярности, так как при переменном токе смена происходит автоматически с частотой около 50 раз за секунду.

Можно добавить, что при использовании ручного оборудования, кроме высокой температуры сварочной дуги при ручном дуговом методе, будет происходить излучение инфракрасных и ультрафиолетовых волн. В данном случае их испускает разряд. Это требует максимальных средств защиты для работника.

Среда горения дуги

На сегодняшний день существует несколько разных технологий, которые можно использовать во время сварки. Все они отличаются своими свойствами, параметрами и температурой сварочной дуги. Какие существуют методы?

1. Открытый способ. В данном случае горение разряда осуществляется в атмосфере.
2. Закрытый способ. Во время горения образуется достаточно высокая температура, вызывая сильное выделение газов, из-за сгорания флюса. Этот флюс содержится в обмазке, которая используется для обработки сварочных деталей.
3. Способ с применением защитных летучих веществ. В данном случае к зоне сварки подается газ, который представлен обычно в виде аргона, гелия или же углекислого газа.

Наличие такого способа оправдано тем, что он помогает избежать активного окисления материала, которое может возникать во время сварки, когда на металл воздействует кислород. Стоит добавить, что в некоторой мере распределение температуры в сварочной дуге идет таким образом, что в центральной части создается максимальное значение, создающее небольшой собственный микроклимат. В данном случае образуется небольшая область с повышенным значением давления. Такая область способна в некотором роде препятствовать поступлению воздуха.

Использование флюса позволяет избавляться от кислорода в области действия сварки еще эффективнее. Если использовать при защите газы, то данный дефект удается устранить практически полностью.

Классификация по продолжительности

Существует классификация сварочных дуговых разрядов по их продолжительности. Некоторые процессы осуществляются, когда дуга находится в таком режиме, как импульсный. Такие устройства проводят сварку короткими вспышками. На короткий промежуток времени, пока происходит вспыхивание, температура сварочной дуги успевает возрасти до такого значения, которого хватит, чтобы произвести локальную плавку металла. Сварка происходит очень точечно и только в том месте, где происходит касание устройства заготовки.

Однако подавляющее большинство сварочных приборов использует сварочную дугу продолжительного действия. В течение такого процесса осуществляется непрерывное перемещение электрода вдоль тех кромок, которые нужно соединить.

Есть области, которые называются сварочными ваннами. В таких участках температура дуги значительно повышена, и он следует за электродом. После того как электрод проходит участок, сварочная ванна уходит вслед за ним, из-за чего участок начинает довольно быстро охлаждаться. При охлаждении происходит процесс, который называют кристаллизацией. Вследствие этого и возникает сварочный шов.

Температура столба

Чуть более детально стоит разобрать столб дуги и его температуру. Дело в том, что этот параметр значительно зависит от нескольких параметров. Во-первых, сильно влияет материал, из которого создан электрод. Состав газа в дуге также играет важную роль. Во-вторых, существенное влияние оказывает и величина тока, так как при ее увеличении, к примеру, будет расти и температура дуги, и наоборот. В-третьих, тип электродного покрытия, а также полярность довольно важны.

Эластичность дуги

Во время сварки необходимо очень пристально следить за длиной дуги еще и потому, что от нее зависит такой параметр, как эластичность. Чтобы в результате получить качественный и прочный сварной шов, необходимо чтобы дуга горела стабильно и бесперебойно. Эластичность сварной дуги и является характеристикой, описывающей бесперебойность горения. Достаточная эластичность просматривается в том случае, если удается сохранить устойчивость процесса сварки при увеличении длины самой дуги. Эластичность сварочной дуги прямо пропорционально зависит от такой характеристики, как сила тока, использующаяся для проведения сварки.

Сварочная дуга и ее характеристики

Сварочная дуга по своей сути представляет электрический разряд в среде различных газов. Газ не является проводником электричества, однако при большой разнице потенциалов в нем образуется множество заряженных частиц: с отрицательным зарядом – свободные электроны, с положительным – ионы газа.

Сварочная дуга, состоящая из электронов, нейтральных атомов и ионов, имеет различную температуру по своей протяженности. Условно сварочную дугу можно поделить на несколько областей. Область около сварочного электрода называется катодной. Температура дуги в ней приблизительно равна 2400⁰С. В середине столба дуги – 5500 ⁰С и выше. В анодной области, находящейся вблизи свариваемой поверхности, достигает 2600 ⁰С. В результате влияния массопереноса металла электрода и теплоты дуги, температура сварочной ванны достигает 2000 ⁰С.

Влияние различных параметров на стабильность сварочной дуги

Сварочная дуга считается стабильной в том случае, когда происходит непрерывный процесс её образования между электродом и свариваемой поверхностью деталей.

Критерии, определяющие устойчивость горения дуги.

1. Величина сварочного тока.
2. Полярность.
3. Вид тока (постоянный, переменный).
4. Частота тока.
5. Материал электрода, включая материал обмазки.
6. Наличие защитной среды.

Совокупность этих факторов является определяющей для стабильности сварочной дуги. Также непременным условием считается оптимальное расстояние между сварочным электродом и свариваемой поверхностью. Для ручной дуговой сварки расстояние, обеспечивающее стабильное горение дуги, принимается равным от 0,5 до 1,1 диаметра электрода.

В настоящее время применение новых инверторных источников сварочного тока дает возможность нивелировать отклонение от оптимального расстояния, благодаря механизму обратной связи. В результате этого достигаются оптимальные динамические вольтамперные характеристики, позволяющие изменять напряжение и силу тока в соответствии с длиной дуги в докритических пределах.

Зависимость качества сварного шва от длины дуги

Оптимальной для процесса сварки считается короткая дуга. При этом высока ее стабильность, меньше контакт металла с воздухом в процессе массопереноса от электрода к поверхности деталей. К тому же время прохождения через высокотемпературную область дуги невысоко и в результате этого в сварочной ванне уменьшается пористость.

При длинной дуге переносимый расплавленный металл электрода намного более подвержен отрицательному влиянию окружающей среды, происходит азотирование металла и связывание его отдельных частиц с ионами кислорода, то есть, окисление. Также нужно отметить, что длинная дуга характеризуется нестабильностью. То есть, в процессе сварки происходит кратковременное прерывание процесса образования дуги. Это отрицательно влияет на качество сварного соединения.

Эффект магнитного дутья

Данный процесс возникает при большой величине сварочного тока, как правило, превышающей 150А. Так как при дуговой сварке образуется электромагнитное поле, то при его неравномерности образуется отклонение столба дуги. Такое отклонение называется магнитным дутьем. Оно отрицательно влияет на качество сварного соединения.

На равномерность магнитного поля влияет форма и расположение свариваемых поверхностей, место подключения контакта к деталям, наличие больших масс ферромагнетиков вблизи зоны сварки.

Снижение влияния магнитного поля на форму дуги может производиться путем переноса места контакта, компенсации несимметричности масс размещением дополнительных металлических плит. Также с этим явлением можно бороться наклоном электрода в сторону, противоположную отклонению дуги. При этом обеспечивается соосность электрода и сварочной дуги.

Сварочная дуга: все, что вы хотели знать

Уже более полувека сварка является одним из важнейших ремесел для человека. Благодаря сварочному аппарату строятся космические корабли, функционируют заводы, и для многих умельцев сварка превратилась в хобби. Но даже самый технологичный сварочный аппарат не принесет желаемого результата без стабильной сварочной электрической дуги и ее качественных характеристик.

Электрическая сварочная дуга позволяет надежно сварить даже самые сложные конструкции из металла. Чтобы получить качественные сварные швы нужно учесть все ее характеристики, знать особенности и строение дуги. Дополнительно важно учитывать температуру и напряжение дуги при ручной дуговой сварке. Из этой статьи вы узнаете, что такое сварочная дуга и сущность протекающих в ней процессов, научитесь применять полученные знания на практике.

Содержание статьи

• Сварочная дуга: определение
• Суть и строение дуги
• Виды сварочной дуги
• При каких условиях горит дуга
• Особенности дуги
• Вместо заключения

Сварочная дуга: определение

Итак, что такое сварочная дуга и каковы ее характеристики? Электроды, находящиеся под напряжением в смеси газов и паров, формируют мощный разряд. Что называется электрическим разрядом? Разряд — это результат прохождения электрического тока через газ. Ну а результат всего процесса в целом называют сварочной дугой. Сварочная дуга и ее свойства отличаются большой температурой и плотностью тока, поэтому дуга способна расплавить практически любой металл. Говоря более простыми словами, сварочная дуга является отличным проводником, преобразующим получаемую электрическую энергию в тепловую. За счет этой тепловой энергии и плавится металл.

Суть и строение дуги

Суть сварочной дуги крайне проста. Давайте разделим процесс на несколько пунктов:

• Сначала электрический ток проходит через катодную и анодную область и проникает в газовую среду. Формируется электрический разряд с сильным свечением.
• Образуется дуга. Температура сварочной дуги может доходить до 10 тысяч градусов по Цельсию, а этого достаточно, чтобы расплавить практически любой материал.
• Затем ток с дуги переходит на свариваемый металл. Вот и все ее характеристики.

Свечение и температура разряда настолько сильны, что могут нанести ожоги и лишить сварщика зрения. Поэтому мастера используют сварочные маски, защитные перчатки и костюм. Ни в коем случае не занимайтесь сваркой без надлежащей защиты.

Строение сварочной дуги представлено на картинке ниже.

В области катода и анода во время горения дуги образуются пятна, где температура достигает своего предела. Именно через анодные и катодные области проходит электрический ток, при этом в этих областях напряжение значительно падает, а на столбе напряжения сварочной дуги сохраняется, поскольку столб располагается между анодом и катодом. Многие новички спрашивают, как измерить длину дуги. Достаточно посмотреть на катодную и анодную область, а также на сварочный столб. Их совокупность и называется длинной сварочной дуги. Средняя длина составляет 5 миллиметров. В этом случае температура получаемой тепловой энергии оптимальна и позволяет выполнить большинство сварочных работ. Теперь, когда мы узнали, что сварочная дуга представляет собой, обратимся к разновидностям.

Виды сварочной дуги

Сварочная дуга и ее характеристики могут отличаться по прямому и косвенному действию сварочного тока, а также по атмосфере, в которой они формируются. Давайте разберем эту тему подробнее.

Прямое действие сварочной дуги характеризуется особым направлением тока. Электрод располагается почти параллельно свариваемой поверхности и при этом дуга формируется под углом в 90 градусов. Электрическая сварочная дуга и ее характеристики могут быть и косвенного действия. Она может формироваться лишь с использованием двух электродов, расположенным под углом над поверхностью свариваемой детали. Здесь так же возникает сварочная дуга и металл плавится. Как мы писали выше, сварочные дуги также делятся по атмосфере, в которой формируются. Вот их краткая классификация:

• Открытая среда. В открытой среде (атмосфере) дуга формируется за счет кислорода из воздуха. Вокруг нее образуется газ, содержащий пары свариваемого металла, выбранного электрода и его покрытия. Это самая распространенная среда при дуговой сварке.
• Закрытая среда. В закрытой среде дуга горит под толстым слоем защитного флюса при этом так же формируется газ, но содержащий не только пары металла и электрода, а еще и пары флюса.
• Газовая среда. Дугу поджигают и подают один из видов сжатого газа (это может быть гелий или водород). Дополнительная подача сжатого газа также защищает свариваемые детали от окисления, газы формируют нейтральную среду. Здесь, как и в остальных случаях, формируется газ, который содержит пары металла, электрода и сжатый газ, который сварщик дополнительно подает во время горения дуги.

Еще сварочные дуги могут быть стационарными и импульсными. Стационарные используют для долгой кропотливой работы без необходимости частого перемещения дуги. А импульсную используют для быстрой однократной работы.

Также сварочная дуга и ее характеристики могут косвенно классифицироваться по виду используемого в работе электрода (например, угольного или вольфрамового, плавящегося и неплавящегося). Опытные сварщики чаще всего используют неплавящийся электрод, чтобы лучше контролировать качество получаемого сварного соединения. Как видите, процесс сварки простой сварочной дугой может иметь множество особенностей, и их нужно учитывать в своей работе.

При каких условиях горит дуга

В обычном цеху или в вашем гараже средняя температура составляет 20 градусов по Цельсию, а давление не превышает одной атмосферы. В таких условиях газ практически не способен проводить электрический ток и тем самым формировать дугу. Для решения этой проблемы нужно добавить ионы в образующиеся газы. Вот что называют ионизацией профессиональные мастера.

Также в катодной области нужно постоянно поддерживать постоянную температуру. Это необходимо, чтобы дуга возникла и поддерживала горение. Но поскольку именно в области катода и анода температура может снижаться быстрее, у многих новичков возникает масса проблем. Кроме того, температура области катода может сильно варьироваться в зависимости от температуры в помещении, где проходит сварочный процесс. Проблем можно избежать, если следить за исправностью источника питания и стабильностью подачи электричества (особенно важный момент для домашних сварщиков с нестабильным напряжением в бытовой электросети). Все это оказывает большое влияние на свойства сварочной дуги и сущность протекающих в ней процессов.

Особенности дуги

Сварочная дуга и ее характеристики обладают рядом особенностей, которые нужно учитывать в своей работе:

• Как мы неоднократно говорили, у дуги очень высокая температура. Она достигается за счет большой плотности электрического тока (плотность может достигать тысячи ампер на квадратный сантиметр). По этой причине важно правильно настроить аппарат и быть осторожным при сварке тонких металлов.
• Электрическое поле неравномерно распределяется между электродами, если их используется две штуки. При этом в сварочном столбе напряжение практически не меняется, а вот в катодной области это напряжение заметно снижается, что может привести к ухудшению качества шва.
• В сварочном столбе, в свою очередь, наблюдается самый высокий показатель температуры, чего нельзя сказать о других частях дуги. Учтите, что если вам необходимо увеличить длину дуги, то вы скорее всего потеряете часть этой температуры. Этот показатель особенно важен при сварке металлов с высокой температурой плавления.

Еще с помощью выбора плотности тока можно регулировать падение напряжения сварочной дуги. Чем выше плотность тока, тем выше вероятность, что напряжение сварочной дуги упадет. Но бывают случаи, когда от нарастающей силы тока напряжение сварочной дуги увеличивается. Чтобы контролировать этот процесс понадобится некоторый опыт. Не бойтесь экспериментировать, если вам позволяет работа. Это были основные свойства сварочной дуги, на которые следует обратить внимание.

Вместо заключения

Теперь вы знаете все о сварочной дуге и ее свойствах, а также знаете  ее характеристики. Опытные сварщики могут в комментариях поделиться своим пониманием, что из себя представляет сварочная дуга и сущность протекающих в ней процессов. Это будет особенно полезно для начинающих сварщиков.

Кратко резюмируя, сварочная дуга состоит из сварочного столба, анодных и катодных областей. Именно в этих областях проходит ток. В результате формируется электрический разряд. Образуется дуга и преобразовывает полученный ток в тепло, температура может достигать 10 тысяч градусов по Цельсию!
Саму дугу можно зажечь с помощью двух методов: чирканья и постукивания. Новички предпочитают метод постукивания, но мы рекомендуем освоить и метод чирканья, поскольку это улучшит ваши профессиональные навыки и предотвратит от залипания электродов. Желаем удачи!

Электрическая сварочная дуга – Осварке.Нет

Сварочная дуга — длительный разряд электрического тока, горящий между сварочным электродом и сварочной конструкцией в ионизированной среде газов и паров металлов.

Виды сварочной дуги

Различают следующие виды дуги:

• прямого действия — дуга горящая между металлическим сварочным электродом и сварной конструкцией;
• непрямого действия — горение дуги происходит между двумя электродами, а основной металл не включается в электрическую цепь;
• трехфазная дуга — подведено по одной фазе на два сварочных электрода, а третья к сварочной конструкции;
• плазменная дуга — дуга сжатая газами.

 

Обязательным условием горения дуги является наличие заряженных частичек (электронов и ионов) в промежутке газов между электродом и металлом. При обычной среде газы не проводят электрический ток. Для того чтобы зажечь дугу необходимо замкнуть электрод касанием об изделие, после чего выделяется значительный потенциал тепла, который ускоряет движение свободных электронов в цепи. Когда конец электрода отрывается, находясь под воздействием электрического поля вылетают в межэлектродное пространство. Самостоятельный выход электронов с катода в газовое пространство называется электронной эмиссией. Источник питания сварной дуги постоянно поставляет новые электроны и дуга горит постоянно. Техника зажигания дуги при ручной дуговой сварке описана здесь.

Современное сварочное оборудование позволяет выполнять зажигание дуги бесконтактным методом — не касаясь электродом об изделие. Выполняется это при помощи использования генератора высокочастотных колебаний — осциллятора.

Строение сварочной дуги: катодное пятно, столб дуги, анодное пятно

Катодное пятно является источником и местом выхода электронов. Этот участок электрической дуги разогревается до температуры 2400-2600°C при использовании покрытых электродов, а количество тепла выделенного тепла на этом участке равняется 38% от общего. На этом участке дуги теряется 12-17 В напряжения  сосредоточенных на разгон электродов и их эмиссию.

Столб дуги в отличии от катодного и анодного пятна является нейтральным участком дуги, где одновременно находится одинаковое количество позитивно и негативного заряженных частиц. Столб дуги выделяет приблизительно 20% об общего количества тепла. Потеря напряжения на этом участке сварочной дуги зависит от ее длины и становит 2-12 В. Температура столба дуги самая высокая 6000-8000°C.

Анодное пятно — место входа электродов в сварочную цепь с дуги. Температура 2400-2600°C, а количество выделяемого тепла 42% от общего. Спад напряжения 2-11 В. Анодное пятно под воздействием постоянной бомбардировки имеет вогнутую форму, которую называют кратером.

При сварке на постоянном токе различают прямую и обратную полярность. Меняют полярность в зависимости от вида свариваемого материала. Если требуется больший нагрев металла и глубина проплавления необходимо установить анод на изделие, где будет выделяться больше тепла — прямая полярность. При сварке на обратной полярности анод и катод меняются местами, поэтому на изделии выделяется меньше тепла.

Для сварки дугой переменного тока характерно менять полярность с частотой 50 Гц, поэтому на электроде и изделии выделяется одинаковое количество тепла. При сварке на переменном токе дуга горит менее стойко и усиливается разбрызгивание электродного металла.

 

Сварочные свойства электрической дуги – Сварка металлов

Сварочные свойства электрической дуги

Категория:

Сварка металлов

Сварочные свойства электрической дуги

Электрическая дуга является концентрированным источником тепла. Большая концентрация тепла и высокая температура дуги позволяют расплавить практически все известные металлы.

Распределение тепла в сварочной дуге. В установившейся сварочной дуге конец электрода и поверхность основного металла (изделие) расплавлены, т. е. электрическая дуга горит между жидкими электродами. Распределение тепла в различных зонах сварочной дуги неодинаково. При питании дуги постоянным током наибольшее количество тепла выделяется в анодной области — 43%. В катодной области выделяется примерно 36% тепла дуги, остальные 21% тепла приходятся на столб дуги.

Температура по длине дуги также распределяется неравномерно. При сварке плавящимся металлическим электродом температура в катодной области достигает 2400°С, в анодной, области — 2600°С. Температура столба дуги около 6000°С. Температура металла в сварочной ванне 1800—2000°С.

Перенос электродного металла через дуговой промежуток.

Электродный металл переходит в сварочную ванну в виде капель. В момент прохождения через дуговой промежуток расплавленный электродный металл нагревается до температуры 2100— 2300°С. При ручной дуговой сварке штучными электродами в виде капель переносится до 90—95% электродного металла, а остальные 5—10%—это брызги и пары металла, значительная часть которых теряется.

Размер капель электродного металла определяется в первую очередь плотностью тока в электроде, а также зависит от состава металла электродного стержня и свойств электродного покрытия, диаметра электрода. Чем больше плотность тока в электроде, тем меньше размер капель. Перенос расплавленного металла через дуговой промежуток всегда происходит от электрода к основному металлу (изделию). Направление переноса не зависит от рода и полярности сварочного тока и пространственного положения сварки. Перенос капель жидкого металла через дуговой промежуток происходит под действием следующих факторов: силы поверхностного натяжения жидкого металла, силы электромагнитного поля, неравномерности напряженности электрического поля, внутреннего давления газов капли жидкого металла, газового дутья столба дуги. При сварке в нижнем положении переносу металла способствует также сила тяжести.

Образование сварного шва. Электрическая дуга подводится к месту сварки и вызывает быстрое расплавление электродного и основного металла. Расплавленный объем металла на поверхности изделия, где происходит сплавление электродного металла с основным, называется сварочной ванной. Электрическая дуга перемещается вдоль свариваемых кромок. Примыкающий к оси шва основной и электродный металлы расплавляются и перемешиваются в подвижной сварочной ванне и, затвердевая, образуют сварной шов. При ручной дуговой сварке штучным (покрытым) электродом сварной шов приблизительно на 70% состоит из электродного металла и 30% приходится на долю основного металла.

Давлением столба дуги жидкий металл вытесняется со дна. сварочной ванны на ее боковые поверхности, образуя углубление, называемое кратером. Давление столба дуги периодически изменяется и жидкий металл откладывается отдельными порциями, чего при затвердевании сварочной ванны на поверхности сварного шва образуются чешуйки. Чем толще слой электродного шлака поверхности сварочной ванны, тем меньше будут чешуйки, а поверхность шва — более ровной и чистой.

Расстояние между концом электрода и дном кратера на поверхности сварочной ванны называется длиной дуги. Глубина, на которую расплавляется основной металл под действием тепла дуги, называется глубиной провара или просто проваром.

Сварочная дуга нагревает металл значительно выше точки плавления. В катодной и анодной областях температура близка к температуре кипения металла. В результате меняется химический состав металла и его структура после затвердевания, изменяются и механические свойства. Металл сварного шва обычно по своим свойствам отличается от основного металла, не затронутого сваркой.

Реклама:

Читать далее:

Сварочные свойства дуги постоянного и переменного тока

Статьи по теме:

Электрическая дуга, способы сварки и сварные соединения

Природа сварочной дуги

Электрическая дуга представляет собой один из видов электрических разрядов в газах, при котором наблюдается прохождение электрического тока через газовый промежуток под воздействием электрического поля. Электрическую дугу, используемую для сварки металлов, называют сварочной дугой. Дуга является частью электрической сварочной цепи, и на ней происходит падение напряжения. При сварке на постоянном токе электрод, подсоединенный к положительному полюсу источника питания дуги, называют анодом, а к отрицательному – катодом. Если сварка ведется на переменном токе, каждый из электродов является попеременно то анодом, то катодом.

Промежуток между электродами называют областью дугового разряда или дуговым промежутком. Длину дугового промежутка называют длиной дуги. В обычных условиях при низких температурах газы состоят из нейтральных атомов и молекул и не обладают электрической проводимостью. Прохождение электрического тока через газ возможно только при наличии в нем заряженных частиц – электронов и ионов. Процесс образования заряженных частиц газа называют ионизацией, а сам газ – ионизованным. Возникновение заряженных частиц в дуговом промежутке обусловливается эмиссией (испусканием) электронов с поверхности отрицательного электрода (катода) и ионизацией находящихся в промежутке газов и паров. Дуга, горящая между электродом и объектом сварки, является дугой прямого действия. Такую дугу принято называть свободной дугой в отличие от сжатой, поперечное сечение которой принудительно уменьшено за счет сопла горелки, потока газа, электромагнитного поля. Возбуждение дуги происходит следующим образом. При коротком замыкании электрода и детали в местах касания их поверхности разогреваются. При размыкании электродов с нагретой поверхности катода происходит испускание электронов – электронная эмиссия. Выход электронов в первую очередь связывают с термическим эффектом (термоэлектронная эмиссия) и наличием у катода электрического поля высокой напряженности (автоэлектронная эмиссия). Наличие электронной эмиссии с поверхности катода является непременным условием существования дугового разряда.

По длине дугового промежутка дуга разделяется на три области (рис. 1): катодную, анодную и находящийся между ними столб дуги. Катодная область включает в себя нагретую поверхность катода, называемую катодным пятном, и часть дугового промежутка, примыкающую к ней.

 

Протяженность катодной области мала, но она характеризуется повышенной напряженностью и протекающими в ней процессами получения электронов, являющимися необходимым условием для существования дугового разряда. Температура катодного пятна для стальных электродов достигает 2400 – 2700°С. На нем выделяется до 38% общей теплоты дуги. Основным физическим процессом в этой области является электронная эмиссия и разгон электронов. Падение напряжения в катодной области UK составляет порядка 12 – 17 В.

Анодная область состоит из анодного пятна на поверхности анода и части дугового промежутка, примыкающего к нему. Ток в анодной области определяется потоком электронов, идущих из столба дуги. Анодное пятно является местом входа и нейтрализации свободных электронов в материале анода. Оно имеет примерно такую же температуру, как и катодное пятно, но в результате бомбардировки электронами на нем выделяется больше теплоты, чем на катоде. Анодная область также характеризуется повышенной напряженностью. Падение напряжения в ней Uк составляет порядка 2 – 11 В. Протяженность этой области также мала.

Столб дуги занимает наибольшую протяженность дугового промежутка, расположенную между катодной и анодной областями. Основным процессом образования заряженных частиц здесь является ионизация газа. Этот процесс происходит в результате соударения заряженных (в первую очередь электронов) и нейтральных частиц газа. При достаточной энергии соударения из частиц газа происходит выбивание электронов и образование положительных ионов. Такую ионизацию называют ионизацией соударением. Соударение может произойти и без ионизации, тогда энергия соударения выделяется в виде теплоты и идет на повышение температуры дугового столба. Образующиеся в столбе дуги заряженные частицы движутся к электродам: электроны – к аноду, ионы – к катоду. Часть положительных ионов достигает катодного пятна, другая же часть не достигает и, присоединяя к себе отрицательно заряженные электроны, становятся нейтральными атомами. Такой процесс нейтрализации частиц называют рекомбинацией. В столбе дуги при всех условиях горения ее наблюдается устойчивое равновесие между процессами ионизации и рекомбинации. В целом столб дуги не имеет заряда. Он нейтрален, так как в каждом сечении его одновременно находятся равные количества противоположно заряженных частиц. Температура столба дуги достигает 6000 – 8000°С и более. Падение напряжения в нем Uc изменяется практически линейно по длине, увеличиваясь с увеличением длины столба. Падение напряжения зависит от состава газовой среды и уменьшается с введением в нее легко ионизующихся компонентов. Такими компонентами являются щелочные и щелочно-земельные элементы (Са, Na, К и др.). Общее падение напряжения в дуге Uд = Uк + Uа + Uс. Принимая падение напряжения в столбе дуги в виде линейной зависимости, его можно представить формулой Uс = Еlс, где Е – напряженность по длине, lс – длина столба. Значения Uк, Uа, Е практически зависят лишь от материала электродов и состава среды дугового промежутка и при их неизменности остаются постоянными при разных условиях сварки. В связи с малой протяженностью катодной и анодной областей можно считать практически lс = lд. Тогда получается выражение Uд = a + blд показывающее, что напряжение дуги прямым образом зависит от ее длины, где а = Uк + Uа; b = Е.

Непременным условием получения качественного сварного соединения является устойчивое горение дуги (ее стабильность). Под этим понимают такой режим ее существования, при котором дуга длительное время горит при заданных значениях силы тока и напряжения, не прерываясь и не переходя в другие виды разрядов. При устойчивом горении сварочной дуги основные ее параметры- сила тока и напряжение- находятся в определенной взаимозависимости. Поэтому одной из основных характеристик дугового разряда является зависимость ее напряжения от силы тока при постоянной длине дуги. Графическое изображение этой зависимости при работе в статическом режиме (в состоянии устойчивого горения дуги)называют статической вольтамперной характеристики дуги (рис. 2).

С увеличением длины дуги ее напряжение возрастает и кривая статической вольтамперной характеристики поднимается выше, с уменьшением длины дуги опускается ниже, качественно сохраняя при этом свою форму. Кривую статической характеристики можно разделить на три области: падающую, жесткую и возрастающую. В первой области увеличение тока приводит к резкому падению напряжения дуги.

Это обусловлено тем, что с увеличением силы тока увеличиваются площадь сечения столба дуги и его электропроводность. Горение дуги на режимах в этой области отличается малой устойчивостью. Во второй области увеличение силы тока не связано с изменением напряжения дуга. Это объясняется тем, что площадь сечения столба дуги и активных пятен изменяется пропорционально силе тока, в связи с чем плотность тока и падение напряжения в дуге сохраняются постоянными.

 

 

Сварка дугой с жесткой статической характеристикой находит широкое применение в сварочной технологии, особенно при ручной сварке. В третьей области с увеличением силы тока напряжение возрастает. Это связано с тем, что диаметр катодного пятна становится равным диаметру электрода и увеличиваться далее не может, при этом в дуге возрастает плотность тока и падает напряжение. Дуга с возрастающей статической характеристикой широко используется при автоматической и механизированной сварке под флюсом и в защитных газах с применением тонкой сварочной проволоки. При механизированной сварке плавящимся электродом иногда применяют статическую вольтамперную характеристику дуги, снятую не при постоянной ее длине, а при постоянной скорости подачи электродной проволоки (рис. 3).

 

Как видно из рисунка, каждой скорости подачи электродной проволоки соответствует узкий диапазон токов с устойчивым горением дуга. Слишком малый сварочный ток может привести к короткому замыканию электрода с изделием, а слишком большой- к резкому возрастанию напряжения и ее обрыву.

 

Особенности дуги на переменном токе

При сварке на постоянном токе в установившемся режиме все процессы в дуге протекают с определенной скоростью и горение дуги отличается высокой стабильностью.

При питании дуга переменным током полярность электрода и изделия, а также условия существования дугового разряда периодически изменяются. Так, дуга переменного тока промышленной частоты 50 Гц погасает и вновь возбуждается 100 раз в секунду, или дважды за каждый период. Поэтому особо возникает вопрос об устойчивости горения дуги переменного тока. В первую очередь устойчивость горения такой дуги зависит от того, насколько легко происходит повторное возбуждение дуги в каждом полупериоде. Это определяется ходом физических и электрических процессов в дуговом промежутке и на электродах в отрезки времени между каждым погасанием и новым зажиганием дуги. Снижение тока сопровождается соответствующим уменьшением температуры в столбе дуги и степени ионизации дугового промежутка. При переходе тока через нуль и перемене полярности в начале и конце каждого полупериода дуга гаснет. Одновременно падает и температура активных пятен на аноде и катоде. Падение температуры несколько отстает по фазе при переходе тока через нуль, что связано с тепловой инерционностью процесса. Особенно интенсивно падает температура активного пятна, расположенного на поверхности сварочной ванны, в связи с интенсивным отводом теплоты в массу детали. В следующий за погасанием дуги момент меняется полярность напряжения на дуговом промежутке (рис. 4).

 

Одновременно изменяется и направление движения заряженных частиц в дуговом промежутке. В условиях пониженной температуры активных пятен и степени ионизации в дуговом промежутке повторное зажигание дуги в начале каждого полупериода происходит только при повышенном напряжении между электродами, именуемым пиком зажигания или напряжением повторного зажигания дуги. Пик зажигания всегда выше напряжения дуги, соответствующего стабильному режиму ее горения. При этом величина пика зажигания несколько выше в тех случаях, когда катодное пятно находится на основном металле. Величина пика зажигания существенно влияет на устойчивость горения дуги переменного тока. Деионизация и охлаждение дугового промежутка возрастают с увеличением длины дуги, что приводит к необходимости дополнительного повышения пика зажигания и влечет снижение устойчивости дуги. Поэтому затухание и обрыв дуги переменного тока при прочих равных условиях всегда происходят при меньшей ее длине, чем для постоянного тока. При наличии в дуговом промежутке паров легко-ионизующихся элементов пик зажигания уменьшается и устойчивость горения дуга переменного тока повышается.

С увеличением силы тока физические условия горения дуги улучшаются, что также приводит к снижению пика зажигания и повышению устойчивости дугового разряда. Таким образом, величина пика зажигания является важной характеристикой -дуги переменного тока и оказывает существенное влияние на ее устойчивость. Чем хуже условия для повторного возбуждения дуги, тем больше разница между пиком зажигания и напряжением дуги. Чем выше пик зажигания, тем выше должно быть напряжение холостого хода источника питания дуги током. При сварке на переменном токе неплавящимся электродом, когда материал его и изделия резко различаются по своим теплофизическим свойствам, проявляется выпрямляющее действие дуги. Это характеризуется протеканием в цепи переменного тока некоторой составляющей постоянного тока, сдвигающей в определенном направлении кривые напряжения и тока от горизонтальной оси (рис. 5). Наличие в сварочной цепи составляющей постоянного тока отрицательно сказывается на качестве сварного соединения и условиях процесса: уменьшается глубина проплавления, увеличивается напряжение дуги, значительно повышается температура электрода и увеличивается его расход. Поэтому приходится применять специальные меры для подавления действия постоянной составляющей.

 

При сварке плавящимся электродом, близким по составу к основному металлу, на режимах, обеспечивающих устойчивое горение дуги, выпрямляющее действие дуги незначительно и кривые тока и напряжения располагаются практически симметрично относительно оси абсцисс.

 

Технологические свойства дуги

Под технологическими свойствами сварочной дуги понимают совокупность ее теплового, механического и физико-химического воздействия на электроды, определяющие интенсивность плавления электрода, характер его переноса, проплавление основного металла, формирование и качество шва. К технологическим свойствам дуги относятся также ее пространственная устойчивость и эластичность. Технологические свойства дуги взаимосвязаны и определяются параметрами режима сварки.

Важными технологическими характеристиками дуги являются зажигание и стабильность горения дуги. Условия зажигания и горения дуги зависят от рода тока, полярности, химического состава электродов, межэлектродного промежутка и его длины. Для надежного обеспечения процесса зажигания дуй? необходимо подведение к электродам достаточного напряжения холостого хода источника питания дуги, но в то же время безопасного для работающего. Для сварочных источников напряжение холостого хода не превышает 80 В на переменном токе и 90 В на постоянном. Обычно напряжение зажигания дуги больше напряжения горения дуги на переменном токе в 1,2 – 2,5 раза, а на постоянном токе – в 1,2 – 1,4 раза. Дуга зажигается от нагрева электродов; возникающего при их соприкосновении. В момент отрыва электрода от изделия с нагретого катода происходит электронная эмиссия. Электронный ток ионизует газы и пары металла межэлектродного промежутка, и с этого момента в дуге появляются электронный и ионный токи. Время установления дугового разряда составляет 10-5 – 10-4 с. Поддержание непрерывного горения дуги будет осуществляться, если приток энергии в дугу компенсирует ее потери. Таким образом, условием для зажигания и устойчивого горения дуги является наличие специального источника питания электрическим током.

Вторым условием является наличие ионизации в дуговом промежутке. Степень протекания этого процесса зависит от химического состава электродов и газовой среды в дуговом промежутке. Степень ионизации выше при наличии в дуговом промежутке легкоионизующихся элементов. Горящая дуга может быть растянута до определенной длины, после чего она гаснет. Чем выше степень ионизации в дуговом промежутке, тем длиннее может быть дуга. Максимальная длина горящей без обрыва дуги характеризует важнейшее технологическое свойство ее – стабильность. Стабильность дуги зависит от целого ряда факторов: температуры катода, его эмиссионной способности, степени ионизации среды, длины дуги и др.

К технологическим характеристикам дуги относятся также пространственная устойчивость и эластичность. Под этим понимают способность сохранения дугой неизменности пространственного положения относительно электродов в режиме устойчивого горения и возможность отклонения и перемещения без затухания под воздействием внешних факторов. Такими факторами могут быть магнитные поля и ферромагнитные массы, с которыми дуга может взаимодействовать. При этом взаимодействии наблюдается отклонение дуги от естественного положения в пространстве. Отклонение столба дуги под действием магнитного поля, наблюдаемое в основном при сварке постоянным током, называют магнитным дутьем (рис. 6).

 

 

Возникновение его объясняется тем, что в местах изменения направления тока создаются напряженности магнитного поля. Дуга является своеобразной газовой вставкой между электродами и как любой проводник взаимодействует с магнитными полями. При этом столб сварочной дуги можно рассматривать в качестве гибкого проводника, который под воздействием магнитного поля может перемещаться, как любой проводник, деформироваться и удлиняться. Это приводит к отклонению дуги в сторону, противоположную большей напряженности. При сварке переменным током в связи с тем, что полярность меняется с частотой тока, это явление проявляется значительно слабее. Отклонение дуги также имеет место при сварке вблизи ферромагнитных масс (железо, сталь). Это объясняется тем, что магнитные силовые линии проходят через ферромагнитные массы, обладающие хорошей магнитной проницаемостью, значительно легче, чем через воздух. Дуга в этом случае отклонится в сторону таких масс.

Возникновение магнитного дутья вызывает непровары и ухудшение формирования швов. Устранить его можно за счет изменения места токоподвода к изделию или угла наклона электрода, временным размещением балластных ферромагнитных масс у сварного соединения, позволяющих выравнивать несимметричность магнитных полей, а также заменой постоянного тока переменным.

 

Понятие о сварке и ее сущность

Сложные конструкции, как правило, получают в результате объединения между собой отдельных элементов (деталей, агрегатов, узлов). Такие объединения могут выполняться с помощью разъемных или неразъемных соединений.

В соответствии с ГОСТ 2601-74 сварка определяется как процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве или пластическом деформировании или совместным действием того и другого.

Неразъемные соединения, выполненные с помощью сварки, называют сварными соединениями. Чаще всего с помощью сварки соединяют детали из металлов. Однако сварные соединения применяют и для деталей из неметаллов – пластмасс, керамик или их сочетаний.

Для получения сварных соединений не требуется применения каких-либо специальных соединительных элементов (заклепок, накладок и т. п.). Образование неразъемного соединения в них обеспечивается за счет проявления действия внутренних сил системы. При этом происходит образование связей между атомами металла соединяемых деталей. Для сварных соединений характерно возникновение металлической связи, обусловленной взаимодействием ионов и обобществленных электронов.

Для получения сварного соединения совершенно недостаточно простого соприкосновения поверхностей соединяемых деталей. Межатомные связи могут установиться только тогда, когда соединяемые атомы получат некоторую дополнительную энергию, необходимую для преодоления существующего между ними определенного энергетического барьера. При этом атомы достигают состояния равновесия в. действии сил напряжения и отталкивания. Эту энергию называют энергией активации. При сварке ее вводят извне путем нагрева (термическая активация) или пластического деформирования (механическая активация).

Сближение свариваемых частей и приложение энергии активации – необходимые условия для образования неразъемных сварных соединений.

В зависимости от вида активации при выполнении соединений различают два вида сварки: плавлением и давлением. При сварке плавлением детали по соединяемым кромкам оплавляют под действием источника нагрева. Оплавленные поверхности кромок покрываются расплавленным металлом, который, сливаясь в общий объем, образует жидкую сварочную ванну. При охлаждении сварочной ванны жидкий металл затвердевает и образует сварной шов. Шов может быть образован или только за счет расплавления металла свариваемых кромок, или за счет их и дополнительного введения в сварочную ванну расплавляемой присадки.

Сущность сварки давлением состоит в непрерывном или прерывистом совместном пластическом деформировании материала по кромкам свариваемых деталей. Благодаря пластической деформации и течению металла облегчается установление межатомных связей соединяемых частей. Для ускорения процесса применяют сварку давлением с нагревом. В некоторых способах сварки давлением нагрев может производиться до оплавления металла свариваемых поверхностей.

 

Классификация видов сварки

В настоящее время различают более 150 видов сварочных процессов. ГОСТ 19521-74 устанавливает классификацию сварочных процессов по основным физическим, техническим и технологическим признакам.

Основой физических признаков классификации является форма энергии, используемой для получения сварного соединения. По физическим признакам все виды сварки относят к одному из трех классов: термическому, термомеханическому и механическому.

К термическому классу относят все виды сварки плавлением, осуществляемые с использованием тепловой энергии, – газовую, дуговую, электрошлаковую, электронно-лучевую, лазерную и др.

К термомеханическому классу относят все виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления,— контактную, диффузионную, газо- и дугопрессовую, кузнечную и др.

К механическому классу относят все виды сварки давлением, осуществляемые с использованием механической энергии, – холодная, трением, ультразвуковая, взрывом и др.

К техническим признакам классификации сварочных процессов относят способы защиты металла в зоне сварки, непрерывность процесса и степень его механизации (рис. 7).

Технологические признаки классификации устанавливаются для каждого вида сварки отдельно. Например, вид дуговой сварки может быть классифицирован по следующим признакам: виду электрода, характеру защиты, уровню автоматизации и т. п.

 

Основные разновидности дуговой сварки

Источником нагрева при дуговых способах сварки является сварочная дуга, представляющая собой устойчивый электрический разряд, происходящий в газовой среде между двумя электродами или электродом и деталью. Для поддержания такого разряда нужной продолжительности необходимо применение специальных источников питания дуги (ИПД). Для питания дуги переменным током применяют сварочные трансформаторы, при постоянном токе- сварочные генераторы или сварочные выпрямители. На рис. 8 показана схема электрической цепи дуговой сварки.

 

 

Разработка дуговой сварки обусловлена открытием электрической дуги в 1802 г. русским физиком В.В. Петровым. Впервые для соединения металлических частей с помощью электрической дуги, горящей между неплавящимся угольным электродом и свариваемым изделием, было осуществлено Н.Н. Бенардосом в 1882 г. При необходимости в сварочную ванну дополнительно подавался присадочный материал. В 1888 г. русский инженер Н.Г. Славянов усовершенствовал процесс, заменив неплавящийся угольный электрод на плавящийся металлический. Тем самым было достигнуто объединение функций электрода для существования дугового разряда и присадочного металла для образования ванны. Предложенные Н.Н. Бенардосом и Н.Г. Славяновым способы дуговой сварки неплавящимся и плавящимся электродами легли в основу разработки наиболее распространенных современных способов дуговой сварки.

Дальнейшее совершенствование дуговой сварки шло по двум направлениям: 1) изыскание средств защиты и обработки расплавленного металла сварочной ванны; 2) автоматизация процесса. По характеру защиты свариваемого металла и сварочной ванны от окружающей среды могут быть выделены способы дуговой сварки с шлаковой, газошлаковой и газовой защитой. По степени автоматизации процесса способы разделяют на ручную, механизированную и автоматическую сварку. Ниже приводятся характеристики и описание основных разновидностей дуговой сварки.

Дуговая сварка покрытыми электродами (рис. 9). При этом способе процесс выполняется вручную. Сварочные электроды могут быть плавящиеся – стальные, медные, алюминиевые и др. – и неплавящиеся – угольные, графитовые, вольфрамовые.

 

 

Наиболее широко применяют сварку стальными электродами, имеющими на поверхности электродное покрытие. Покрытие электродов готовится из порошкообразной смеси различных компонентов и наносится на поверхность стального стержня в виде затвердевающей пасты. Его назначение – повысить устойчивость горения дуги, провести металлургическую обработку сварочной ванны, и улучшить качество сварки. Сварной шов образуют за счет расплавления металла свариваемых кромок и плавления стержня сварочного электрода. При этом сварщик вручную осуществляет два основных технологических движения: подачу покрытого электрода в зону сварки по мере его расплавления и перемещение дуги вдоль свариваемого шва. Ручная дуговая сварка покрытыми электродами — один из наиболее распространенных способов, используемых при изготовлении сварных конструкций. Она отличается простотой и универсальностью, возможностью выполнения соединений в различных пространственных положениях и труднодоступных местах. Существенный недостаток ее – малая производительность процесса и зависимость качества сварки от квалификации сварщика.

Дуговая сварка под флюсом (рис. 10). Электрическая дуга горит между плавящимся электродом и деталью под слоем сварочного флюса, полностью закрывающего дугу и сварочную ванну от взаимодействия с воздухом. Сварочный электрод выполнен в виде проволоки, свернутой в кассету и автоматически подаваемой в зону сварки. Перемещение дуги вдоль свариваемых кромок может выполняться или вручную, или с помощью специального привода. В первом случае процесс ведется с помощью сварочных полуавтоматов, во втором – сварочных автоматов. Дуговая сварка под флюсом отличается высокой производительностью и качеством получаемых соединений. К недостаткам процесса следует отнести трудность сварки деталей небольших толщин, коротких швов и выполнение швов в основных положениях, отличных от нижних. Подробную информацию о дуговой сварке под флюсом читайте в

 

 

Дуговая сварка в защитных газах (рис. 11). Электрическая дуга горит в среде специально подаваемых в зону сварки защитных газов. При этом можно использовать как неплавящийся, так и плавящийся электроды, а выполнять процесс ручным, механизированным или автоматическим способом. При сварке неплавящимся электродом применяют присадочную проволоку, при плавящемся электроде присадки не требуется. Сварка в защитных газах отличается широким разнообразием и применяется для широкого круга металлов и сплавов.

 

Электрошлаковая сварка (рис. 12). Процесс сварки является бездуговым. В отличие от дуговой сварки для расплавления основного и присадочного металлов используется теплота, выделяющаяся при прохождении сварочного тока через расплавленный электропроводный шлак (флюс). После затвердевания расплава образуется сварной шов. Сварку выполняют чаще всего при вертикальном положении свариваемых деталей с зазором между ними. Для формирования шва по обе стороны зазора устанавливают медные ползуны-кристаллизаторы, охлаждаемые водой. Электрошлаковую сварку применяют для соединения деталей больших толщин (от 20 до 1000 мм и более).

Сварные соединения и швы

Согласно ГОСТ 2601-84 устанавливается ряд терминов и определений связанных со сварными соединениями и швами.

Сварное соединение – это неразъемное соединение нескольких деталей, выполненное сваркой. Конструктивный тип сварного соединения определяется взаиморасположением свариваемых частей. При сварке плавлением различают следующие типы сварных соединений: стыковое, угловое, тавровое, нахлесточное и торцовое. Применяется также соединение нахлесточное с точечным сварным швом, выполненное дуговой сваркой.

Металлическую конструкцию, изготовленную сваркой из отдельных деталей, называют сварной конструкцией. Часть такой конструкции называют сварным узлом.

Стыковое соединение представляет собой сварное соединение двух деталей, расположенных в одной плоскости и примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями (рис. 13, а). Оно наиболее распространено в сварных конструкциях, поскольку имеет ряд преимуществ перед другими видами соединений. Условные обозначения стыковых соединений: С1 – С48.

Угловое соединение представляет собой сварное соединение двух элементов, расположенных под углом друг к другу и сваренных в месте приложения их кромок (рис.13, б). Условные обозначения угловых соединений: У1 – У10.

Тавровое соединение – это соединение, в котором к боковой поверхности одного элемента примыкает под углом и приварен торцом другой элемент. Как правило, угол между элементами прямой (рис. 13, в). Условные обозначения тавровых соединений: Т1 – Т8.

Нахлесточное соединение представляет собой сварное соединение, в котором соединяемые элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга (рис. 13, г). Условные обозначения: h2 – Н9.

 

Торцовое соединение – это соединение, в котором боковые поверхности элементов примыкают друг к другу (рис. 13, д). Условных обозначений в стандарте пока нет.

Сварной шов представляет собой участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла сварочной ванны.

Сварочная ванна – это часть металла сварного шва, находящаяся в момент сварки в расплавленном состоянии. Углубление, образующееся в сварочной ванне под действием дуги, называют кратером. Металл соединяемых частей, подвергающихся сварке, называют основным металлом. Металл, предназначенный для введения в сварочную ванну в дополнение к расплавленному основному, называют присадочным металлом. Переплавленный присадочный металл, введенный в сварочную ванну или наплавленный на основной металл, называют наплавленным металлом. Сплав, образованный переплавленным основным или переплавленным основным и наплавленным металлами, называют металлом шва. В зависимости от параметров и формы подготовки свариваемых кромок деталей доли участия основного и наплавленного металлов в формировании шва могут существенно изменяться (рис. 14):

 

В зависимости от доли участия основного и присадочного металлов в формировании шва его состав может изменяться. Торцовые поверхности деталей, подлежащие нагреву и расплавлению при сварке, называют свариваемыми кромками. Для обеспечения равномерного проплавления свариваемых кромок в зависимости от толщины основного металла и способа сварки им придают наиболее оптимальную форму, выполняя предварительно подготовку кромок. На рис. 15 приведены применяемые формы подготовки кромок для различных типов сварных соединений. Основными параметрами формы подготовленных кромок и собранных под сварку соединений являются е, R, b, a, с – высота отбортовки, радиус закруглений, зазор, угол скоса, притупление кромок.

 

Отбортовку кромок применяют при сварке тонкостенных деталей. Для толстостенных деталей применяют разделку кромок за счет их скоса, т.е. выполнение прямолинейного или криволинейного наклонного скоса кромки, подлежащей сварке. Нескошенная часть кромки с носит название притупления кромки, а расстояние b между кромками при сборке – зазором. Острый угол b между плоскостью скоса кромки и плоскостью торца называют углом скоса кромки, угол a между скошенными кромками – углом разделки кромок.

Значения параметров формы подготовки кромок и их сборки регламентируются ГОСТ 5264-80. В зависимости от типов сварных соединений различают стыковые и угловые сварные швы. Первый вид швов используется при получении стыковых сварных соединений. Второй вид швов используется в угловых, тавровых и нахлесточных соединениях.

Что такое дуговая вспышка?

Примечание редактора: на момент публикации этой статьи текущая редакция стандарта NFPA 70E Standard была редакцией 2009 года. Издание 2012 года сейчас является самым последним. См. «Что такое NFPA 70E?» для дополнительной информации.

Согласно Википедии, «вспышка дуги (или разряд дуги) – это тип электрического взрыва, который возникает в результате низкоомного соединения с землей или другой фазой напряжения в электрической системе».Температура вспышки дуги может достигать 35000 градусов по Фаренгейту – примерно в четыре раза выше, чем поверхность солнца. Вспышка электрической дуги может произойти, если проводящий объект приближается к источнику тока с большим ампером или из-за отказа оборудования (например, при размыкании или замыкании разъединителей). Дуга может нагревать воздух до температуры 35 000 F и испарять металл в оборудовании. Вспышка дуги может вызвать серьезные ожоги кожи в результате прямого теплового воздействия или воспламенения одежды. Нагревание воздуха и испарение металла создают волну давления, которая может повредить слух и вызвать потерю памяти (от сотрясения мозга) и другие травмы, вплоть до смерти.

Опасная вспышка дуги может произойти в любом электрическом устройстве, независимо от напряжения, в котором энергия достаточно высока для поддержания дуги. Сюда входят панели управления, переключатели, трансформаторы и другие места, где может произойти сбой оборудования. Некоторые из наиболее опасных задач включают в себя удаление или установку автоматических выключателей, работу с цепями управления с открытыми частями под напряжением, применение защитных заземлений, снятие крышек панелей, а также выполнение испытаний и диагностики низкого напряжения.

Как защитить себя или своих сотрудников от этой потенциально смертельной опасности? Вы следуете рекомендациям, изложенным в стандарте NFPA 70E 2009 по электробезопасности на рабочем месте, издание 2009 года. Но что говорит OSHA? OSHA рекомендует ссылаться на NFPA 70E для обеспечения электробезопасности.

Стандарт NFPA 70E 2009 по электробезопасности на рабочем месте – это общепризнанный стандарт, устанавливающий безопасные методы работы с электричеством. Он включает в себя списки типичных работ с электрикой и классифицирует эти работы по пяти категориям в зависимости от уровня опасности / риска, с диаграммами с подробным описанием средств индивидуальной защиты (СИЗ), необходимых для защиты, до уровня опасности для каждой категории.Согласно Национальному совету безопасности, «как классификации опасностей / категорий риска, так и требования к СИЗ, а также упрощенный двухкатегориальный подход широко использовались. Отчасти это связано с тем, что они легко помогают определить, какой уровень СИЗ требуется для защиты рабочих от потенциальной опасности задач или работ в каждой из категорий риска опасности. Упрощенный двухэтапный подход требует минимального номинала дуги – также известного как ATPV – 8 для “повседневной рабочей одежды” и 40 для «смена одежды.«Все огнестойкие ткани проходят или могут быть испытаны для измерения количества падающей энергии, необходимой (в кал / см ² ), чтобы предсказуемо вызвать ожоги второй степени под тканью.

Так что же популярно в 2009 году? Вспышка дуги, а что вы носите? Вы носите одежду, которую анализ опасности вспышки дуги, проведенный в соответствии с требованиями NFPA 70E 2009, считает подходящей.

Статья любезно предоставлена ​​Джеймсом Нортоном, президентом JHN Group.С ним можно связаться по вопросам консультации по безопасности машин по телефону [электронная почта защищена] .

Вы когда-нибудь задумывались, какова температура сварочной дуги?

Сварочная дуга

Дуговая сварка считается наиболее экономичным методом соединения двух металлических деталей. Этот метод использует электричество для получения сильного тепла, которое помогает расплавить две части металла в одну цельную деталь. Сварочные аппараты используют трансформатор или инверторный источник питания для создания электрической дуги между «электродом» или присадочным материалом и основным материалом, чтобы создать достаточно тепла для плавления металлов прямо в точке контакта, что делает его эффективным и точным.

Температура сварочной дуги обычно находится в диапазоне 6000-8000 градусов по Цельсию, который в пересчете на градусы Фаренгейта будет примерно в пределах 10000-15000 градусов, но точная температура зависит от множества факторов, таких как тип тока, тип защитного газа, сила тока и т. Д. . Я не физик, поэтому я не могу объяснить это более подробно, однако мы можем изучить некоторые факторы более глубоко.

Сварщики используют постоянный – постоянный или переменный – переменный ток, а также неплавящиеся или расходуемые электроды в зависимости от метода.И важно знать, что зона сварки всегда защищена защитным газом или облаком флюса, создаваемым некоторыми присадочными металлами.

Источники энергии

Для дуговой сварки можно использовать несколько источников питания , но чаще всего используется источники питания постоянного тока (из розетки в нашей стене) рядом с с источником постоянного напряжения (от станка) либо постоянным – постоянным, либо переменным – переменным током Текущий.Напряжение также напрямую связано с длиной дуги, в то время как ток к количеству теплового вклада.

При дуговой сварке источники постоянного тока обычно используются для ручных методов сварки, таких как дуговая сварка металлическим электродом и дуговая сварка вольфрамовым электродом , поскольку они поддерживают постоянный ток, несмотря на небольшие колебания напряжения. Эта особенность имеет решающее значение, потому что может быть довольно сложно удерживать электрод стабильно при сварке штангой, поэтому длина дуги и напряжение будут часто колебаться на уровне .С другой стороны, источники постоянного напряжения постоянно поддерживают напряжение при колебаниях тока, и по этой причине они применяются в автоматизированных процессах дуговой сварки в промышленных масштабах, таких как FCAW, сварка под флюсом и GMAW. В этих сварочных процессах длина дуги остается постоянной, потому что любое изменение длины между основным материалом и проволокой немедленно корректируется огромным изменением тока. Это означает, что если расстояние между основным материалом и проводом слишком мало, ток будет быстро увеличиваться, что увеличивает тепло, возвращая его к исходному разделительному расстоянию.

По крайней мере, это теория.

При дуговой сварке направление используемого тока также имеет значение и в зависимости от материала влияет на температуру сварочной дуги, проплавление и качество сварного шва. В процессах с плавящимися электродами, включая газовую дугу и дуговую сварку в среде защитного металла, используется постоянный ток, в то время как электроды могут заряжаться как отрицательно, так и положительно.

Типы методов экранирования, влияющих на температуру дуги

Насколько я понимаю, тримикс (гелий, аргон, CO2) или аргон / CO2 или даже чистый CO2 не имеют большого значения, если вы свариваете довольно тонкие материалы дома.Да, с чистым CO2 вы можете получить лучшее проникновение, то есть дуга будет более горячей, но большая разница проявляется, когда вы используете самозащитные присадочные металлы с противоположной полярностью.

Температура брызг при сварке

Сварочные искры образуются, когда электрод соприкасается с заготовкой, а затем удаляется, позволяя воздуху ионизироваться между двумя металлами, а электроны переходят через зазор. В результате генерируется тепло и яркий свет.Температура сварочных брызг может составлять от 550 до 1200 градусов Цельсия.

Интересное чтиво о сварочных брызгах: сварочные брызги – 11 фактов, которые вы должны знать об этом

Заключение

Подводя итог, можно сказать, что температура сварочной дуги составляет 10000-15000 градусов, и, поскольку я не физик, я не знаю точную температуру и точное воздействие различных защитных газов, длины дуги и силы тока. Это практически невозможно определить, если я не проверил это сам, но я думаю, что диапазона от 10 000 до 15 000 достаточно, чтобы знать, что это чертовски жарко.

Что вызывает дуговую вспышку? Объяснение возникновения электрической дуги

Когда возникает дуговое замыкание, происходит мощный электрический взрыв. И дуговая вспышка, и дуговая вспышка являются отдельными побочными продуктами этого электрического взрыва. Вспышка дуги – это свет и тепло от взрыва, а дуговая волна – это последующая волна давления.

По оценкам Статистического управления труда, ежедневно в США происходит от пяти до десяти инцидентов, связанных с дуговым замыканием.Цель любого, кто работает с электричеством, – благополучно вернуться домой по окончании работы. Шаг первый – понять опасности, с которыми вы работаете.

Что такое дуговая вспышка?

Дуговая вспышка – это свет и тепло, возникающие в результате взрыва дуги. Температура вспышки дуги может достигать 2800–19000 ° C (5000–35000 ° F). Чтобы дать вам некоторую перспективу; температура поверхности солнца оценивается в 5 500 ° C (9 932 ° F). Такие высокие температуры могут воспламенить одежду и обжечь кожу любого человека в радиусе нескольких футов.Вспышка дуги также может расплавить металл, вызвать повреждение легких и зрения и даже привести к госпитализации или смерти.

Что такое дуговой разряд?

Дуговой разряд – это волна давления, возникающая после дугового замыкания. Они могут быть достаточно сильными, чтобы бросить взрослого техника на землю или нанести дополнительный ущерб оборудованию. Разряд дуги может вызвать нарушение функций слуха или мозга. Взрыв также может стать причиной разлета незакрепленного оборудования, инструментов, механизмов и мусора, что может привести к дальнейшим повреждениям или травмам.

Что вызывает дуговое замыкание?

Одной из основных причин вспышки дуги являются скачки напряжения (скачки), возникающие в результате переключения реактивных нагрузок или ударов молнии. Переходный процесс может длиться всего микросекунды, но он может нести тысячи ампер энергии. Если это произойдет во время проведения измерений, может образоваться плазменная дуга; либо внутри измерительного инструмента, либо снаружи.

К другим причинам дугового замыкания относятся такие простые ситуации, как:

• Прикосновение измерительного щупа к неправильной поверхности
• Изношенные или ослабленные соединения
• Разрывы в изоляции
• Неправильно установленные детали
• Пыль
• Коррозия

Предотвращение травмы

И дуговая вспышка, и дуговая разрядка могут привести к травмам и быть потенциально смертельными.Принятие надлежащих мер предосторожности для предотвращения дугового замыкания и обеспечения безопасности в случае его возникновения очень важно. Прочтите раздел «Границы дугового замыкания и безопасность», чтобы узнать, какие меры необходимо предпринять, чтобы оставаться в безопасности.

Расшифровка стенограммы видео:

Это видео не предназначено для обучения технике безопасности.

Перед выполнением электрических измерений вы должны соблюдать стандарты безопасности вашего работодателя и пройти необходимое обучение.

Помимо опасности поражения электрическим током, одна из самых опасных для любого человека работающего с электричеством лица – вспышка дуги.

Вспышка дуги – это взрывное высвобождение энергии электрической дуги, когда электрический ток проходит через ионизированный воздух.

Менее чем за секунду возникает вспышка дуги при замыкании фазы на землю или замыкании фазы на фазу.

Это может быть результатом случайного контакта с электрическими системами, накопления токопроводящей пыли, коррозии, падения инструментов или неправильных рабочих процедур.

Плазменная дуга имеет практически неограниченную допустимую нагрузку по току с момента ее создания.

Энергия дуги преобразуется в основном в тепло и свет.

Хотя существуют и другие опасности, такие как дуговая волна или волна давления, акустическая волна и токсичные газы.

В течение миллисекунды температура в эпицентре вспышки дуги может достигать 35 тысяч градусов по Фаренгейту. Это в 4 раза горячее, чем поверхность Солнца.

Эти экстремальные температуры могут привести к взрыву испарения металлов, таких как медь, алюминий и сталь.

Присутствие этих испаряющихся металлов может способствовать поддержанию дуги, заставляя однофазную дугу переходить в трехфазную дугу.

Дуговой разряд, который следует за ним, представляет собой волну динамического давления, создающую мгновенное расширение газа, воздуха и плазменного шара дуги.

Волна давления может привести к разрыву панелей, образованию летящих обломков, акустическим и физическим травмам.

Вспышка дуги длится до тех пор, пока устройства защиты от перегрузки по току не разомкнут цепь.

Быстродействующий предохранитель может разомкнуть цепь за несколько миллисекунд, или автоматический выключатель может сработать за шесть или менее циклов, но к этому времени повреждение уже будет.

Вы можете подумать, что это единичные или нечастые события, но это не так.

По оценкам отраслевых источников, в США ежедневно происходит от 5 до 10 аварий с вспышкой дуги.

Бюро труда США сообщило, что за последний год 1 тысяча электриков пострадали от сотрясений и ожогов, некоторые со смертельным исходом.

Несмотря на то, что смертельных исходов от электрошока гораздо больше, чем от дугового разряда, травмы, полученные в результате дугового разряда, могут быть очень серьезными.

Хотя вы не можете полностью исключить опасности работы с электричеством, при тщательном планировании и применении того, что вы узнали здесь сегодня, вы можете уменьшить их.

Спасибо за просмотр от имени всех сотрудников Fluke Corporation.

Связанные ресурсы

Что такое дуговая вспышка? – ROOTS for Safety

Электрическая дуга – это кратковременная, но смертельная опасность, которая выделяет большое количество смертельной энергии.На жаргоне такое происшествие вызывает ионизацию воздуха, которая наносит серьезный вред оборудованию и людям. Повреждение вызвано как взрывом, так и теплом, исходящим от взрыва испаренных материалов.

За доли секунды взрыв электрической дуги может достигать температуры, превышающей 19 000 градусов Цельсия. Это примерно в 4 раза горячее, чем поверхность солнца. Это тепло может вызвать серьезные ожоги, даже со смертельным исходом, а также вызвать возгорание одежды и других близлежащих материалов и предметов.Такие высокие температуры испаряют все материалы, такие как вода (присутствующая в воздухе в виде влажности), и разжижают металлические детали в непосредственной близости от места происшествия, такие как медь и алюминий. Это, в свою очередь, означает значительное расширение объема, что приводит к взрывному давлению и звуковым волнам, которые представляют собой одну из самых больших опасностей при возникновении дугового разряда.

Упрощенное перечисление природы электрической дуги:

• Продолжительность электрической дуги относительно короткая, часто не более 0,5 секунды.
• Возникающая температура составляет примерно 19 000 ° C, что в 4 раза теплее, чем поверхность солнца.
• Уровень шума электрической дуги может доходить до 165 дБ – в качестве примера: реактивный истребитель, который проходит мимо вас с близкого расстояния, производит около 170 дБ.
• Одна из самых больших опасностей электрической дуги – это объемное расширение материалов из-за высокой температуры. Сильная жара испаряет все материалы, такие как вода и медь.Вода увеличивает объем в 1670 раз. Медь расширяется в испарении в 67 000 раз от своего первоначального объема.
• Ударная волна в результате вспышки дуги может превышать 2000 фунтов / кв. футов, что в 4 раза сильнее, чем мог поразить Майк Тайсон в свои лучшие дни.

Само собой разумеется, что надлежащие СИЗ могут иметь значение между жизнью и смертью или, по крайней мере, значительно способствовать уменьшению ожоговых ран. В сердечнике защита от электрической дуги не так уж сильно отличается от защиты от ожоговых травм, вызванных вспышкой пламени.В обоих случаях цель состоит в том, чтобы защитить пользователей от термических опасностей, которые могут привести к ожоговым ранениям 2-й степени или более серьезным последствиям. Именно природа опасности отличает защиту от вспышки огня от защиты от электрической дуги.

Electric Arc – обзор

16.2 Материалы и методология

Электродуговый шлак, произведенный на заводе ферроникеля LARCO S.A Larymna в Греции, использовался для синтеза геополимеров. Годовое производство шлака составляет около 1 700 000 т, из которых около 450 000 т используется в цементной промышленности.Стоимость утилизации оставшихся объемов достигает 650 000 евро в год. Размер частиц хрупкого шлака колеблется от 0,075 до 4 мм (большая часть приходится на фракцию 0,1–1,5 мм). Шлак сушили и измельчали ​​(91% –50 мкм, 47% –10 мкм) с помощью пульверизатора FRITSCH, чтобы увеличить площадь поверхности и улучшить прочность на сжатие производимых геополимеров (Захараки, 2005; Захараки и Комницас, 2005; Захараки et al ., 2006). Используемые добавки включают каолинит (Fluka), метакаолинит (полученный путем прокаливания каолинита при 600 ° C в течение 4 часов), CaO (Alfa Aesar), кварцевый песок, а также пуццолан, летучую золу, красный шлам и стекло.

В таблице 16.1 показан химический анализ шлака и используемых добавок в виде оксидов и микроэлементов. Содержание железа в шлаке показано как Fe ₂ O ₃ , но также присутствует значительная часть двухвалентного железа. Микроэлементы видны в элементарной форме. Основные минералогические фазы, присутствующие в шлаке, а именно фаялит, анортит, кварц, тридимит, кристобалит, магнетит, форстерит и хромит, видны на рентгенограмме рис. 16.1. Судя по форме рисунка, содержание аморфного вещества превышает 50%.

Таблица 16.1. Химический анализ сырья и добавок

9022 9019 9019 902 902 9019 9019 9019 902 9024 902 9019 902 902 902 902 9019 9019 902 902 902 9019 9019 902 902 902 Ni

%	Ферроникелевый шлак	Пуццолан	Летучая зола	Красный шлам	Техническое стекло
Fe 2 9019 Fe 2 9024 O	1,09	5,60	45,48	–
SiO 2	32,74	72,22	33,40	6.96	74,00
Al 2 O 3	8,32	17,73	13,10	15,65	1,30
1,30
142 902 9024 9024 9024 9024 9024 9024 9024 9024 9024 9024 902 9024 9024 9024 9024 9024 9024 9024 9024 9024 9024 10,50
Cr 2 O 3	3,07	–	–	–	–
MgO	2,76	1.10	3,67	–	–
Mn 3 O 4	0,44	0,19	0,19	– Na	– 9019 –
9019 –	3,30	0,46	3,26	13,00
K 2 O	–	3,05	0,76	–	–
0.56	–	–	–
TIO 2	–	0,14	0,71	4,80	–
–	–
S	0,18	–	–	–	–
C	0,11	–	0.10	–	–	–	–
Co	0,02	–	–	–	–

16,1. Рентгенограмма шлака (Fa: фаялит, A: анортит, Q: кварц, T: тридимит, Ct: кристобалит, M: магнетит, Fo: форстерит, Ch: хромит).

Песок кварцевый, закупаемый в гранулированном виде, состоит из кварца. Пуццолан, добываемый на острове Милос, Греция, является очень дешевым материалом, и при использовании в портландцементном бетоне он увеличивает его долговременную прочность на сжатие.Летучая зола была получена от Ptolemais, N.W. Греция, тепловая электростанция и классифицируется согласно ASTM как тип C; его основные минералогические фазы – кварц SiO ₂ , кальцит CaCO ₃ , ангидрит CaSO ₄ , геленит Ca ₂ (Al (AlSi) O ₇ ), альбит NaAl ₄ Si ₃ O O ₈ , известь CaO и портландит Ca (OH) ₂ . Красный шлам был получен из АО «Алюминий Греции» и состоит из кварца SiO ₂ , гематита Fe ₂ O ₃ , гиббсита Al (OH) ₃ , диаспора AlO (OH), кальцита CaCO ₃ , канкринит Na ₆ Ca ₂ Al ₆ Si ₆ O ₂₄ (CO ₃ ) ₂ и катоит Ca ₃ Al ₂ (SiO ₄ ) (OH) ₈ .Техническое стекло – это аморфный материал, состоящий в основном из оксидов кремния, кальция и натрия. Перед использованием стекло и кварцевый песок измельчали ​​в порошок.

Шлак и добавки смешивали и медленно добавляли в активирующий раствор, приготовленный растворением безводных гранул гидроксида натрия или калия (ACS-ISO для анализа) в дистиллированной воде и смешиванием с раствором силиката натрия (Merck, Na ₂ O: SiO ₂ = 0,3, Na ₂ O = 7,5–8,5%, SiO ₂ = 25.5–28,5%). При непрерывном механическом перемешивании получали реактивную однородную пасту. Массовый процент добавления шлака и добавок варьируется и зависит от реагентов, используемых в каждом случае для получения рабочей пасты. Было синтезировано несколько контрольных образцов с использованием шлака и активирующего раствора в каждой серии опытов.

Пасту отливали в пластиковые кубические формы (по 5 см с каждой стороны), которые подвергали вибрации в течение пяти минут для удаления захваченного воздуха. Некоторые образцы предварительно отверждали при комнатной температуре в течение максимум 4 дней, а затем нагревали в лабораторной печи (MMM GmbH) при требуемой температуре в течение 24 или 48 часов.После извлечения из формы старение происходило при комнатной температуре в течение 7 или 28 дней, чтобы усилить развитие структурных связей. Затем была измерена прочность на сжатие с использованием силовой рамы MTS 1600. Все эксперименты проводились в двух экземплярах. Лишь в единичных случаях, когда отклонение результатов эксперимента превышало 10%, были изготовлены дополнительные образцы.

Для изучения геохимической стабильности полученных геополимеров образцы, синтезированные с использованием шлака и каолинита в условиях 80 ° C, 48 часов, 28 дней, погружали в растворы, содержащие дистиллированную, морскую воду и 0.5N HCl и оставил максимум на 9 месяцев. Первоначально использовалось 400 мл каждого раствора, а при необходимости добавлялись свежие растворы для учета потерь при испарении. Жидкие пробы собирали ежемесячно и анализировали на pH, окислительно-восстановительный потенциал (pH / Eh-метр Hanna 211) и электропроводность (кондуктометр Hanna EC215). Морская вода считалась выщелачивающим средством для оценки целостности геополимеров при использовании в прибрежных или подводных строительных работах. Раствор HCl использовался для оценки их поведения в чрезвычайно агрессивных / коррозионных промышленных средах.

Образцы были подвергнуты циклам замораживания-оттаивания (с использованием –15 ° C и 20 ° C в качестве крайних температур) в течение 9 месяцев, а также высокотемпературному нагреву (до 800 ° C) в течение 6 часов для оценки их целостность конструкции; Каолинит не добавлялся во время синтеза геополимера, когда изучалось влияние высокотемпературного нагрева.

XRD-анализ выполняли на дифрактометре Siemens D500 с использованием Fe-трубки и диапазона сканирования от 3 ° до 70 ° 20 с шагом 0,03 ° и временем измерения 4 секунды / шаг.Качественный анализ проводился с использованием программного обеспечения Diffrac _plus (Bruker AXS) и базы данных PDF. Визуализацию микроструктуры геополимера проводили с использованием сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM-5400, оборудованного оксфордским энергодисперсионным рентгеновским спектрометром (EDS). Перед анализом образцы были покрыты углеродом для увеличения проводимости поверхности. Анализ FTIR выполняли с помощью FTIR Spectrometer Model 1000 (Perkin-Elmer) с использованием метода таблеток KBr (1.Образец порошка 5 мг, смешанный с 150 мг KBr). Анализ ТГ проводили с использованием термогравиметрического анализатора Perkin Elmer TGA 6 (максимальная температура нагрева составляла 950 ° C при скорости 10 ° C мин. ^-1 с использованием скорости продувки азотом 60 мл мин. ^-1 ).

Распределение температуры дуги при сварке GMA алюминия при 250 A …

Контекст 1

… сварка – ключевой процесс в промышленном производстве (Naidu et al. 2003), а также сварка металлическим электродом в газовой среде (GMAW ) широко используется во многих обрабатывающих отраслях промышленности благодаря своим фундаментальным преимуществам, таким как регулируемые профили проплавления, гладкий валик, малое разбрызгивание и высокая скорость сварки (Kah et al.2009 г.). За последние два десятилетия GMAW стала основной технологией в индустрии роботизированной сварки (Chen and Wu 2009). Тип дуги является важным фактором во многих приложениях; однако явление дуги полностью не объяснено и проявляет неизвестные свойства и поведение. Использование дуги соответствующего типа при сварке различных материалов с разной толщиной обеспечивает экономию средств, сокращает время производства и улучшает качество. В последнее время важной проблемой стало соединение тонких материалов и материалов, чувствительных к нагреванию.Лучшее понимание явлений дуги может помочь в разработке и совершенствовании интегрированного проектирования промышленных сварочных систем (Iordachescu and Quintino 2008). В связи с растущим разнообразием соединяемых материалов и множеством различных процессов дуговой сварки потребность в понимании различных типов процессов дуговой сварки становится как никогда актуальной. Кроме того, при управлении и изменении процесса сварки знание явления дуги облегчит получение улучшенного качества сварных швов и надежных соединений (Eagar 1990a, b).В этом исследовании дается краткое введение в характеристики дуги, обсуждается классификация сварочных дуг, проводится сравнение дуг и обсуждаются преимущества и недостатки различных дуг. Наконец, рассматриваются типы сварочных дуг и их роль в промышленном применении. Сварочную дугу можно рассматривать как проводник газа, который преобразует электрическую энергию в тепловую (Найду и др., 2003). В исследовании Ланкастера (1984) сварочная дуга рассматривается как газообразное тело цилиндрической формы, ограниченное температурным градиентом.Одна из проблем, с которой обычно сталкивается сварочная промышленность, – это плохая стабильность дуги. Стабильность дуги и длина дуги влияют на процесс переноса металла (Pal et al. 2010). При стабильной дуге перенос металла происходит равномерно, а количество брызг минимально (Hermans and Ouden 1999). В ситуации стабильной дуги можно найти взаимосвязь между напряжением и током, показанную на рисунке 1 (Ibrahim Khan 2007). График показывает, что дуга не подчиняется закону Ома. Кроме того, уменьшающаяся часть характеристики дуги является частью Айртона и характеризуется нестабильной дугой, в то время как часть Ома, увеличивающаяся область, применяется при сварке.Другие факторы, такие как атмосфера дуги, длина дуги и металлы, также влияют на наклон кривой. Дуговая плазма представляет собой ионизированное состояние сварочного газа и представляет собой смесь почти равных количеств электронов и ионов. Плазма переносит ток дуги. Большую часть тока проводят электроны. В случае дуговой сварки электродом обычно считается катод, а заготовка – анод. Электроны вытекают из электрода (т. Е. Отрицательного вывода) и направляются в заготовку (т.е.е. положительный полюс) (Найду и др., 2003). Чтобы определить влияние дуговой плазмы на сварочную ванну, необходимо учитывать четыре фактора: (i) тепловой поток, (ii) плотность тока, (iii) напряжение сдвига и (iv) давление дуги. Существует прямая зависимость между увеличением теплового потока и плотности тока и глубиной сварочной ванны. Увеличение напряжения сдвига в расплавленной ванне способствует протеканию наружу потока в верхней части сварочной ванны, а увеличение давления дуги может привести к более вогнутой поверхности сварочной ванны (Мерфи и др.2009 г.). Однако давление дуги не влияет на плоскостность поверхности сварочной ванны, когда ток составляет менее 200 А (Lin and Eagar 1985; Wang and Tsai 2001). Первоначально считалось, что температура сварочной дуги состоит из тепла плазмы дуги, но Кобайн и Бургер (1955) показали, что большая часть тепла, передаваемого на заготовку от электрода, возникает из-за протекания тока в металл. Позже это понимание было расширено Куигли и др. (1973), которые отметили, что только 20% тепла переносится за счет теплопроводности горячих газов, а 80% остается в электрическом токе.В зависимости от точной природы плазмы и силы тока, протекающего через нее, температура сварочной дуги варьируется от 5000 до 30 000 К (Найду и др., 2003; Роберт и Месслер, 2004). В некоторых случаях мощность чрезвычайно высока, а температура может подниматься до 50 000 К (Найду и др. 2003). На температуру плазмы влияют два важных фактора: конкретная плазма и ее плотность (Роберт и Месслер, 2004). При дуговой сварке однокомпонентным газом, которая используется в некоторых сварочных процессах, температура в GMAW ниже, поскольку расплавленные капли, пар и ионы металлов более концентрированы.На рисунке 2 показано распределение температуры дуги при сварке алюминия методом GMA при 250 А. Как видно, центральная сердцевина дуги имеет самую высокую температуру, которая изменяется в зависимости от используемого защитного газа (Роберт и Месслер, 2004). На процесс сварки влияет несколько факторов, таких как ток дуги, напряжение дуги, скорость перемещения горелки, присадочная проволока и частота вращения (Лу и др., 2009; Мун и др., 2006). При выборе этих параметров следует учитывать количество подводимого тепла и желаемое плавление (Мин и др.2011). На режим дуги и, следовательно, на качество сварки сильно влияет сила тока (Ху и Цай, 2006). На глубину проплавления также существенно влияет ток дуги. При дуговой сварке металлическим газом увеличение тока дуги увеличивает проплавление стыка. Однако повышенное проникновение в стык также увеличивает вероятность прожога и растрескивания при затвердевании. Эксперименты, проведенные Ху и Цай (2006), показали, что более высокий ток приводит к более высокой электромагнитной силе, которая заставляет каплю отделяться от электрода к сварочной ванне.Кроме того, при более высоком токе размер расплавленной капли меньше и частота появления капель выше. Напряжение дуги пропорционально длине дуги. Следовательно, напряжением дуги можно управлять, изменяя длину дуги (Найду и др., 2003). На рис. 3 показаны кривые напряжения дуги типичного источника питания на диаграмме сварочного тока и напряжения. Видно, что небольшое изменение напряжения приводит к очень большому изменению сварочного тока. Как следствие взаимосвязи между сварочным током и напряжением дуги, свойства и геометрия сварного шва могут быть предсказаны (Shoeb et al.2013): при сварке высоким напряжением образуется очень широкий валик с возможными поднутрениями и вогнутой формой, а при сварке слишком низким напряжением образуется сварной шов низкого качества. Как видно из рисунка 3, напряжение значительно изменяется при небольшом изменении длины дуги, в то время как изменение тока незначительно. Следовательно, длина дуги больше влияет на напряжение, чем на сварочный ток. Длина дуги на этой диаграмме разделена на три части: длинную, среднюю и малую, которые представляют собой так называемые кривые источника напряжения.Соединение кривых CC и CV с кривой источника напряжения называется рабочей точкой источника питания и может быть изменено в процессе сварки (Naidu et al. 2003). Чтобы определить глубину проникновения дуги, необходимо знать положение дуги, которое рассчитывается на основе таких параметров, как сварочное напряжение, сварочный ток и скорость подачи проволоки. Положение дуги определяется как сумма удлинения проволоки и длины дуги. На рисунке 4 эти параметры показаны для GMAW буквами L и L a соответственно.Расстояние между сварочной горелкой и заготовкой составляет H, а параметр P отражает глубину проплавления (Ивата и др. 2009a, b). Рисунок 5 иллюстрирует взаимосвязь между положением дуги и проплавлением при сварке плоских листов под флюсом. Подгоночная линия на графике показывает, что значения глубины проникновения дуги и положения дуги очень близки. Таким образом, связь такая, как и ожидалось (Ивата и др. 2009a, b). Эффективность дуги является важным фактором в процессах дуговой сварки и обычно объясняется как вклад тепла в металл, деленный на общую тепловую энергию дуги (Eagar 1990a).Другими словами, эффективность дуги измеряется как количество энергии дуги, подводимой к подложке (Дюпон и Мардер, 1995). Эффективность дуги влияет на скорость сварки и может варьироваться от 60% до 99% для различных сварочных процессов (Eagar 1990b). Важно знать эффективность дуги, чтобы измерить эффективность плавления, как экспериментально, так и с помощью моделей теплового потока (Dupont and Marder 1995). Параметры сварки (например, ток и напряжение) мало влияют на эффективность дуги для данного процесса, а эффективность процессов сварки неплавящимся электродом считается немного ниже, чем у процессов с плавящимися электродами (Kou 1987; Lancaster 1984).Подвод тепла можно рассчитать с использованием КПД дуги по формуле, приведенной в уравнении 1 (Гунарадж и Муруган …

Система камеры для электродуговых печей

Основные аспекты применения Электродуговая печь (ДСП) используется в сталеплавильном производстве для нагрева загруженного материала (металлолома) с помощью электрической дуги. Температура печи может достигать 3200 ° F (1760 ° C). Электродуговые печи состоят из водоохлаждаемого сосуда с огнеупорной футеровкой, покрытого выдвижной крышкой, через которую один или несколько графитовых электродов входят в печь для создания дуги между загруженным материалом и электродом (электродами), генерирующим тепло, необходимое для плавления материал. После достижения надлежащей температуры и химического состава жидкая сталь «выпускается» путем наклона печи и пропускания расплавленной стали через отверстие (летка), которое проходит вертикально через узкую смещенную от центра секцию печи в другую емкость для транспортировки. до следующей операции. После достижения надлежащей температуры и химического состава жидкая сталь «выпускается» путем наклона печи и пропускания расплавленной стали через отверстие (летку), которое проходит вертикально через узкую смещенную от центра секцию печи в другую емкость. для транспортировки к следующей операции. После завершения процесса выпуска летка заполняется огнеупорным герметизирующим составом, обычно песком. Система камер для электродуговой печи Lenox устанавливается через печь над леткой (см. A), позволяя оператору наблюдать за шлаком, процессом выпуска, проверять состояние огнеупора, летки и желоба и контролировать повторное заполнение летки. Ручное наблюдение можно исключить за счет повышения безопасности и увеличения времени оборачиваемости печи.Также может использоваться для наблюдения за ковшами, передаточными ковшами, доменными печами и торпедными вагонами. Зачем нужны системы камер для печей Lenox? Прочная и долговечная конструкция для работы в суровых условиях сталелитейной промышленности. Проверенная надежная двойная система охлаждения и камера высочайшего разрешения с превосходной оптикой. Минимальные затраты на обслуживание и эксплуатацию при правильной установке. Имеет ведущую в отрасли двухлетнюю гарантию. Гибкость в выборе длины проникновения, углов обзора и моделей с водяным охлаждением, в которых используется встроенная продувка воздухом / газом с низким расходом для предотвращения засорения системы линз. Lenox ноу-хау, опыт и установка / обслуживание на месте. Единственный и неповторимый ПЕЧНАЯ КАМЕРНАЯ СИСТЕМА РАЗРАБОТАН ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ с исключительной прочностью, высоким разрешением, проверенным временем система охлаждения, более длительная гарантия и гораздо более низкая средняя стоимость эксплуатации. Lenox Furnace Camera HD Высокотемпературные системы видеокамер печи предназначены для монтажа либо непосредственно через стену, либо заподлицо с внешней стеной печи. В корпусе камеры из нержавеющей стали используется ламинарный поток из стали с тройными стенками для эффективного водяного охлаждения цветной CCD-камеры и новейшая технология оптических линз для получения четких изображений с высоким разрешением (540 строк) в реальном времени, что позволяет работать в агрессивных средах до 4250ºF (2345ºC).Встроенная система продувки воздухом предотвращает засорение системы линз. Доступна камера печи длиной 24 дюйма (61 см), 31 дюйм (79 см), 36 дюймов (92 см) и обеспечивает прямой обзор с возможностью выбора поля обзора 30 °, 45 °, 90 ° и возможностью увеличения до 5X. . Печные камеры системы Lenox FireSight состоят из цветной ПЗС-камеры с высоким разрешением (540 строк) и сложного регулятора громкости света, эксклюзивного решения Lenox, которое позволяет оператору дистанционно регулировать количество света, передаваемого на камеру, устраняя факел / blooming общий с другими системами.Используется кварцевая оптика, еще одна эксклюзивная модель Lenox, которая может выдерживать температуры до 1200 ° F (649 ° C) выше, чем стеклянные линзы, используемые в других системах. Кроме того, кожух объектива с водяным охлаждением и корпус камеры видеонаблюдения обеспечивают охлаждение и защиту камеры печи, а также продувку системы объектива воздухом для предотвращения загрязнения из-за отложений. Разработанные для установки непосредственно через стенку печи, эти камеры печи могут использоваться при температурах до 3500 ° F (1927 ° C). Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Винторезные станки Вопросы и ответы Карусельные станки Советы мастера Станок 1М63 Токарные станки Фрезерные станки Разное