Сварочная дуга и его свойства

Сварочная дуга - мощный электрический разряд в газах между проводниками, сопровождающийся выделением значительного количества тепла и света. Для питания сварочной дуги применяют специальные источники тока. С физической точки зрения это сложный ионный и электронный процесс переноса электрических зарядов через ионизированный воздушный промежуток. Ионизация газового промежутка при дуговой сварки в основном обусловлено электронной эмиссией горячего катода. Для разогрева катода между ним и анодом подключенными к источнику сварочного тока, производят кратковременное короткое замыкание. После отрыва электрода от изделия с разогретого катода (электрод и изделия) под воздействием электрического поля начинается электронная эмиссия. Электроны, вылетевшие с поверхности катода, направляются к аноду и, сталкиваясь на своем пути с молекулами и атомами воздуха ионизируют их. Образуемые воздушном промежутке отрицательные ионы и электроны перемещаются к аноду, а положительные ионы - к катоду. На поверхности катода и анода осуществляется нейтрализация заряженных частиц и преобразование электрической энергии в тепловую.

К основным параметрам характеризующим свойства дуги, относятся напряжение, ток и длина дуги. Зависимость между напряжением и током при установившемся стационарном состоянии дуги выражается ее статистической вольт-амперной характеристикой (рисунок. 2). Как видно она может быть падающей –I, жесткой (пологой) – II и возрастающей - III. Самое широкое применение имеет дуга с жесткой характеристикой, при которой напряжение на дуги не зависит от силы сварочного тока. Дугу с возрастающей характеристикой применяют при автоматической сварке под флюсом на повышенных плотностях тока и при сварке в защитных газах плавящимся электродом. Дуга с падающий характеристикой малоустойчива и имеет мало ограниченное применение. Зависимость между напряжением и длинной дуги, имеющей жесткую характеристику выражается следующей эмпирической формулой:

U_д = a + b • l_д (1)

где U_д – напряжение на дуге, В; l _д – длина дуги, мм; а и в – коэффициенты, зависящие от рода материала электрода, состава газовой среды и т.д.

При сварке стальными электродами в атмосфере воздуха а = 10 В, а, b = 2 В/мм.

I - падающая, II - жесткая (пологая), III - возрастающая

Рисунок 3 – Статистическая вольтамперная характеристика сварочной дуги

Сварочная дуга состоит из трех частей: катодной, анодной и столба дуги. Почти все пространство занимает столб, в котором происходит процессы ионизации и перемещение заряженных частиц к катоду и аноду. Температура столба дуги достигает 6000…7000⁰ С. Он окружен ареалом, который представляет собой раскаленную смесь паров электродного и свариваемого металлов и продуктами реакции этих паров с окружающей газовой средой. Не все тепло дуги расходуется на плавление присадочного и основного металлов: примерно 50% идет на нагрев изделия; около 30% - на нагрев электрода и почти 20% составляют потери тепла в окружающее пространство. При питание дуги постоянным током большое количество тепла, примерно 42-43 %, выделяется в аноде, около 36-38 – на катоде и приблизительно 20-21% в столбе дуги. Поэтому температура анода несколько выше температуры катода.

Рисунок 4 – Строение сварочной дуги

Дата добавления: 2015-05-06