ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Определение и строение дуги. Условия зажигания и горения дуги из "Электрогазосварщик " Электрическая сварочная дуга — устойчивый электрический разряд в сильно ионизированной смеси газов и паров материалов, используемых при сварке, и характеризуемый высокой плотностью тока и высокой температурой. [c.45] В зависимости от материала электрода различают дуги между неплавящимися электродами (угольными, вольф-рамовььм и) и плавящимися металлическими электродами. [c.46] Сварочная дуга обладает рядом физических и технологических свойств, от которых зависит эффективность использования дуги при сварке. К физическим относятся элек-тричегкие, электромагнитные, кинетические, температурные, световые. К технологическим свойствам относятся мощность дуги, пространственная устойчивость, саморегулирование. [c.46] Процесс, при котором из нейтральных атомов и молекул образуются положительные и отрицательные ионы, называется 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. [c.47] 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 большие энергии, 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. [c.47] Существует несколько способов извлечения электронов из металлов. Из них для процесса сварки имеют значение два термоэлектронная и автоэлектронная эмиссии. [c.47] При 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. [c.48] 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. [c.48] 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. [c.48] В образовавшейся ионизированной среде возникает электрическая сварочная дуга (рис. 15). Процесс возбуждения дуги кратковремен 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/мм К катоду устремляются потоки положительных ионов, которые бомбардируют и отдают ему свою энергию, вызывая нагрев до температуры 2500—3000°С. [c.49] 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, накаляя его до температуры 2500—4000°С. Столб дуги, расположенный между катодной и анодной зонами, состоит из раскаленных и ионизированных частиц. Температура в этой зоне достигает 6000—7000°С в зависимости от плотности сварочного тока. [c.50] Зависимость напряжения дуги от тока в сварочной цепи называют статической вольт-амперной характеристикой дуги. [c.51] Вольт-амперная характеристика дуги имеет три области— падающую, жесткую и возрастающую (рис. 16). 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. [c.51] Напряжение, необходимое для возбуждения дуги, зависит от рода тока (постоянный или переменный), дугового промежутка, материала электрода и свариваемых кромок, 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 определяют по формуле и = а + Ы, где а — коэффициент, по своей физической сущности составляющий сумму падений напряжений в зонах катода и анода, В Ь коэффициент, выражающий среднее падение напряжения на единицу длины дуги, В/мм I — длина дуги, мм. Для стальных электродов в среднем можно принять = 10 В, Ь = 1 В/мм. При / = 4 мм = 10 + 2 4 = 18 В. [c.52] Длиной дуги называется расстояние между торцом электрода и поверхностью сварочной ванны. Короткой дугой считают дугу длиной 2—4 мм. Длина нормальной дуги составляет 4—6 мм. Дугу длиной более 6 мм называют длинной. [c.52] 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. [c.52] Электрическая сварочная дуга может быть отклонена от своего нормального положения при помощи магнитных полей, создаваемых вокруг дуги и в свариваемой детали. 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. [c.52] Магнитное дутье в некоторых случаях 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. [c.53] Энергия мощных потоков заряженных частиц, бомбардирующих катод и анод, превращается в тепловую энергию электрической дуги. Суммарное количество теплоты 2 (Дж), выделяемое дугой на катоде, аноде и столбе дуги, определяется по формуле Q = Шг, где I — сварочный ток. А и — напряжение дуги. В / — время горения дуги, с. [c.54] Вернуться к основной статье