Сварочная дуга - это... Описание и характеристики. Сварочная дуга это

Сварочная дуга — что это такое, классификация

Апрель 28, 2017

Наличие мощного источника тока позволяет получить электрический разряд между двумя электрическими выходами вторичной обмотки трансформатора. Небольшой зазор позволяет сделать этот разряд управляемым и во время его действия возникает мощное световое излучение и выделение огромного количества тепловой энергии. Эта энергия позволяет расплавить металл, а управляемый процесс называется сварочной дугой, напряжение и сила тока которой даёт возможность достигать температуры, доходящей до 6000оС. Определение параметров этого явления и возможностей использования его на практике, открывает широкие перспективы для соединения различных металлов и сплавов. Об этом мы и расскажем.

Электрическая дуга и области её применения

Когда был обнаружен эффект короткого замыкания источника тока и его возможность расплавлять металлы, это открыло огромные перспективы для использования в области сваривания самых разных материалов. С помощью плавящихся электродов, покрытых флюсом и присадками, управляемая сварочная дуга позволяет оперативно получить монолитное соединение самых разнообразных деталей. Высокая температура сварки дугой короткого замыкания даёт возможность варить любые материалы от броневых листов и строительных конструкций до тонкого металлопроката, алюминия и титана.

Строение сварочной дуги

Чтобы понять значение электрической дуги и области её применения при сварке, необходимо знать, что она представляет собой разряд большой мощности в среде газов. Этот процесс сопровождается выделением тепловой и световой энергии с ультрафиолетовой и инфракрасной составляющей, которая требует защиты кожного покрова и органов зрения. Тепловая энергия сварочных дуг ведёт к расплаву материала заготовок и покрытого электрода, что вызывает их частичное испарение. В зависимости от среды, где он действует, разряд может быть следующих видов:

в состоянии открытой дуги в воздушной, кислородной среде;
закрытый разряд, действие которого происходит под флюсом с парами металла;

в виде дуги, работающей в среде активных или инертных газов.

Кроме того, процесс может происходить с применением плавящихся электродов и проволоки или тугоплавкими вольфрамовыми электродами с ручной подачей присадочных материалов.

Важно понимать, что момент возникновения электрического разряда сопровождается яркой световой вспышкой, возникновением брызг расплавленного металла и вредных излучений, поэтому необходимо принять меры по защите зрения и открытых участков кожи.

Виды электрической дуги

Для наилучшего понимания процесса необходима классификация сварочной дуги по различным признакам, поскольку параметры видов разряда и способы его запуска несколько отличаются в зависимости от ряда факторов. Например, тугоплавкий оксидный слой на поверхности металла или сплава вынуждает повышать значение тока во время возбуждения электрической дуги и соответственно увеличивать температуру в сварочной ванночке. При соприкосновении электрода с заготовкой возникает резкое падение напряжения и возрастание величины тока, поскольку сопротивление между катодом и анодом близко к нулю. Это ведёт к моментальному разогреву металла и его испарению.

В момент отрыва электрода от детали возникает сварочная дуга в газообразной воздушной или инертной среде, в которой присутствуют пары металла и флюса. В условиях стабилизации появляется зона горения, состоящая из катодной области, столба разряда и анодной области. Классификация сварочных процессов происходит по следующим признакам:

материал электрода может быть неплавящимся вольфрамовым или плавящимся покрытым;
по форме ток может быть импульсным, переменным и постоянным с прямой или обратной полярностью;
среда может быть открытой воздушной, закрытой под флюсом и инертной;
по принципу подключения электродов и воздействию на металл процесс может быть комбинированным, косвенным и прямым.

Примером комбинированного воздействия может служить сварка трёхфазной дугой, при которой две фазы подключены к электродам, а третья к соединяемым деталям. Косвенное воздействие производится между двумя близкорасположенными электродами и заготовкой, а прямое между деталями и одним электродом.

Важно знать, что поверхность соединяемых заготовок должна быть очищена от загрязнений и окисного слоя, иначе шов получится пористым и непрочным при любом способе работы.

Источники питания для электродугового метода

С целью получения энергии для соединения металлов используется разнообразная профессиональная аппаратура, поскольку любая отрасль промышленности немыслима без этого оборудования. Такие источники питания сварочной дуги широко используются и в быту, при дачном строительстве и ремонте всевозможных изделий из сплавов и металлов. Характеристики современного оборудования дают неограниченные возможности для выполнения огромного спектра задач.

Мы рассмотрим основные виды используемых агрегатов, которые позволяют работать сварочной дугой с разными видами металлов и с применением электродов широкого назначения, а именно:

понижающие трансформаторы переменного тока, а также понижающие выпрямители, работающие с применением покрытых электродов;
инверторные аппараты ММА;
инверторы MMA+TIG, которые могут варить как плавящимися электродами, так и тугоплавкими в среде защитных газов;
полуавтоматическая аппаратура MIG/MAG, в которой вместо электродов используется специальная проволока, а работа производится в защитной среде;
оборудование для точечной сварки как бытовое, так и промышленное.

Универсальный сварочный инвертор СТАРТ 200 AC

Создаваемая этими приборами сварочная дуга, возникает благодаря переменному, постоянному или импульсному току с различными вольт-амперными характеристиками. Кроме того, современная аппаратура обладает возможностью регулировки параметров тока и напряжения в очень широких пределах, а также имеет режимы горячего старта и форсажа дуги. Имеется возможность использовать прямую и обратную полярность, а также импульсный ток, щадящий заготовки малой толщины. Общим для этих методов является то, что длина сварочной дуги не должна превышать 5−6 мм, иначе её действие приобретает нестабильный характер.

Нужно отметить, что правильный выбор оборудования даёт возможность изменять параметры дуги при сварке в довольно широких пределах, а это обстоятельство существенно расширяет ваши возможности и позволяет обеспечить хорошее качество работ.

Заключение

Мы рассмотрели процесс возникновения сварочной дуги, её виды и использование при соединении металлов. Широкий ассортимент источников питания позволяет выбрать необходимый для работы аппарат с нужными характеристиками по управлению дугой короткого замыкания. Приобретение необходимых навыков сварки зависит от опыта и обучения, успешной работы.

electrod.biz

Сварочная дуга - это... Описание и характеристики

Бизнес 19 мая 2018

Для того чтобы успешно провести процесс сварки, необходима сварочная дуга. Это электрический разряд, который характеризуется очень высокой мощностью и является достаточно длительным. Возникает он между такими элементами, как электроды, которые находятся в определенной газовой среде. Для возникновения дуги необходимо подать напряжение на электроды.

Общее описание дуги

Основные отличительные свойства сварочной дуги - это очень высокая температура, а также плотность тока. Благодаря этим двум качествам в совокупности дуга способна без проблем плавить металлы, температура плавления которых составляет 3000 градусов по Цельсию. Можно сказать, что данная дуга является проводником, который состоит из летучих веществ, а основное предназначение - это преобразование электрической энергии в тепловую. Сам же электрический заряд - это момент прохождения электрического тока через газовую среду.

Разновидности разряда

Сварочная дуга - это разряд, а так как существует несколько его видов, то выделяют и несколько видов самой дуги:

Первая разновидность называется тлеющим разрядом. Возникает такой вид только в среде с низким давлением, и применяется только в таких вещах, как плазменные экраны или же люминесцентные лампы.
Второй тип - это искровой разряд. Возникновение такого вида происходит в тот момент, когда давление будет примерно равно атмосферному. Отличается тем, что имеет довольно прерывистую форму. Яркий пример такого разряда - молния.

Сварочная дуга - это дуговой разряд. Именно этот тип чаще всего используется во время сварки. Возникает он при наличии атмосферного давления, а его форма непрерывна.
Последний тип называется коронным. Чаще всего возникает в том случае, если поверхность электрода отличается шероховатостью и неоднородностью.

Видео по теме

Природа дуги

Стоит сказать, что электрическая сварочная дуга не так уж и сложна, как кажется на первый взгляд, понять ее природу достаточно просто. Здесь применяется электрический ток, который протекает через такой элемент, как катод. После этого он попадает в среду с ионизированным газом. В этот момент и возникает разряд, который характеризуется ярким светом и очень высокой температурой. Вообще, сварочная дуга может иметь температуру в пределах от 7000 до 10 000 градусов по Цельсию. После прохождения этого этапа ток будет переходить на материал, который подвергается сварке. Можно сказать, что источник сварочной дуги - электрический ток, который подвергся изменениям.

Из-за настолько высоких температур дуга будет излучать инфракрасные и ультрафиолетовые лучи, которые вредны для здоровья человека. Это опасно для глаз человека, а также может оставить световой ожог. По вышеуказанным причинам все сварщики должны иметь хорошие индивидуальные средства защиты.

Строение дуги

Строение (структура) сварочной дуги включает в себя три основных компонента, или участка - анодный и катодный участок, а также столб дуги. Стоит отметить, что во время горения сварочной дуги на участках анода и катода будут образовываться активные пятна или области, которые характеризуются максимальным значением температуры. Через эти две области будет проходить весь электрический ток, который вырабатывает источник питания. В это же время наибольшее падение напряжения сварочной дуги будет также фиксироваться на этих двух участках. Столб дуги же находится между этими двумя зонами, а такой параметр, как падение напряжения, в данном случае будет минимальным.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что, во-первых, источник питания сварочной дуги может выдавать довольно высокое напряжение и ток большой силы. Во-вторых, длина дуги будет состоять из совокупности тех областей, которые были перечислены выше. Чаще всего длина такой дуги равна нескольким миллиметрам, при условии, что анодная и катодная области соответственно равны 10-4 и 10-5 см. Наиболее благоприятной длиной считается дуга 4-6 мм. Именно при таких показателях удастся достичь стабильного горения и высокой температуры.

Виды дуги

Отличие сварочной дуги заключается в схеме подвода, а также в среде, в которой она может возникать. В настоящее время существует два наиболее распространенных типа дуги:

Дуга прямого действия. В таком случае сварочный аппарат должен располагаться параллельно по отношению к объекту, который подвергается сварке. Электрическая дуга будет возникать, когда угол между металлической заготовкой и электродом составит 90 градусов.

Вторая основная разновидность - сварочная дуга косвенного типа действия. Она возникает только в том случае, если используется два электрода, и расположены они под углом в 40-60 градусов по отношению к поверхности металлической детали. Дуга будет возникать между этими двумя элементами и сварит металл между собой.

Классификация

Стоит отметить, что есть классификация дуги в зависимости от атмосферы, в которой она будет возникать. На сегодняшний день известно о трех типах:

Первый тип - это открытая дуга. При сварке такого типа дуга будет гореть на открытом воздухе, а вокруг нее будет образовываться небольшой газовый слой, в который войдут пары металла, электродов и их покрытия.
Закрытый тип. Горение такой сварочной дуги характеризуется тем, что осуществляется под слоем флюса.
Последняя разновидность - это дуга с подачей газа. В таком случае в нее подается такое вещество, как гелий, аргон или углекислый газ. Можно использовать и некоторые другие типы газов.

Основное отличие последнего типа заключается в том, что подаваемые газы будут препятствовать такому явлению, как окисление металла во время сварки.

Небольшое отличие наблюдается и в плане времени действия такой дуги. По своей характеристике сварочная дуга может быть стационарной или же импульсной. Стационарная применяется при непрерывном сваривании металлов, то есть она непрерывна. Импульсный тип дуги - это однократное воздействие на металл, точеное прикосновение.

Рабочие элементы, то есть электроды, могут быть угольными или вольфрамовыми. Эти электроды также называются неплавящимися. Можно использовать и элементы из металла, однако они будут плавиться так же, как и заготовка. Наиболее распространенным типом электрода является сталь, если говорить о плавящихся типах. Однако применение неплавящихся видов становится все более популярным на сегодняшний день.

Момент возникновения дуги

Сварочная дуга возникает в тот момент, когда происходит быстрое замыкание. Такое случается, когда электрод соприкасается с металлической заготовкой. Из-за того, что температура просто огромна, металл начинается плавиться, а между электродом и заготовкой возникает тоненькая полоса из расплавленного металла. Когда электрод и металл расходятся, то последний практически моментально испаряется, так как плотность тока очень велика. Далее происходит ионизация газа, из-за чего и появляется сварочная дуга.

Условия горения дуги

В стандартных условиях, то есть при средней температуре 25 градусов и давлении в 1 атмосферу, газ не способен проводить электрический ток. Основное требование к возникновению дуги - это ионизация газовой среды между электродами. Другими словами, газ должен иметь в своем составе некоторые заряженные частицы, электроны или ионы.

Второе важное условие, которое необходимо соблюдать, - постоянное поддержание температуры на катоде. Значение требуемой температуры будет зависеть от таких характеристик, как природа катода, а также его диаметр и размер. Важную роль сыграет и температура окружающей среды. Сварочная дуга должна быть стабильной и при этом иметь огромную силу тока, который и даст высокий температурный показатель (7 тысяч градусов по Цельсию и более). Если все условия соблюдены, то полученной дугой можно обрабатывать любой материал. Чтобы обеспечить наличие постоянной и высокой температуры, нужно чтобы источник питания функционировал максимально стабильно. Именно по этой причине источник питания является важнейшей частью при выборе сварочного аппарата.

Особенности дуги

Есть несколько моментов, которые отличают сварочную дугу от других электрических разрядов.

Первое - это огромная плотность тока, которая может достигать нескольких тысяч ампер на один квадратный сантиметр. Это дает огромную температуру во время работы. Распределение электрического поля между электродами в их пространстве достаточно неравномерное. Около этих элементов наблюдается сильное падение напряжение, а к центру же, наоборот, оно сильно уменьшается. Нельзя не сказать о зависимости температуры от длины столба. Чем больше длина, тем хуже нагрев, и наоборот. Используя сварочные дуги, можно получить самую разную вольт-амперную характеристику (ВАХ).

Сварочный инвертор. Дуга и ее особенности

Сразу стоит начать с основного отличия инверторного источника питания от обычного, трансформаторного. Потребление электрической энергии уменьшено почти в два раза. Характеристика тока, который возникает при использовании инвертора, позволяет обеспечить более быстрое зажигание дуги, а также обеспечивает стабильное горение на протяжении всего процесса работы.

Сам по себе сварочный инвертор - это достаточно сложный аппарат, который производит операции по изменению тока для обеспечения максимально стабильной работы дуги. К примеру, прибор подключается к сети и получает на вход переменный ток, который он способен преобразовать в постоянный. Далее постоянный ток поступает в блок блок инвертора, где он снова преобразовывается в переменный, но уже с гораздо большей частотой, чем был в сети. Этот ток передается трансформатору, где значительно снижается его напряжение, из-за чего увеличивается его сила. После этого выпрямленный и настроенный переменный ток передается выпрямителю, где он преобразовывается в постоянный и подается для работы.

Источник: fb.ru

Комментарии

Идёт загрузка...

Сварочная дуга

Сварочная дуга представляет собой электрический дуговой разряд в ионизированной смеси газов, паров металлов и компонентов, входящих в состав электродных покрытий, флюсов и других средств.

Физические и электрические свойства сварочной дуги

Для возникновения электрического разряда газовый промежуток между электродами должен быть ионизирован. Процесс ионизации протекает в следующем порядке. При соприкосновении торца электрода и свариваемого изделия выступы шероховатых поверхностей мгновенно разогреваются током до температуры плавления и испарения вследствие большого омического сопротивления контакта. После отрыва электрода от изделия разогретый торец электрода (отрицательный полюс) начинает испускать электроны, устремляющиеся к аноду под действием разности потенциалов между электродами. При столкновении с электродными частицами металлов, которые в виде паров имеются в межэлектродном промежутке, электроны ионизируют их. Ионизация мгновенно охватывает весь межэлектродный промежуток, и он становится электропроводным. В процессе горения дуги ионизация поддерживается благодаря высокой температуре.

Напряжение на дуге равно сумме падений напряжений в трех ее основных (рис. 1) областях:

Uд=Uк+ Uc+ Ua =f(Iд),

где Uд - напряжение на дуге, В; UK - падение напряжения на катоде, В; Uс-падение напряжения в столбе дуги, В; Uа - падение напряжения на аноде, В; Iд - сила тока в дуге.

Распределение падения напряжения в дуге

Рис.1. Распределение падения напряжения в дуге

Зависимость напряжения дуги от силы сварочного тока называют статической (вольтамперной) характеристикой дуги.

В общем виде статическая характеристика дуги показана на рис. 2. При малых значениях силы тока в электроде (область 1) статическая характеристика дуги падающая. При средних значениях силы тока (при ручной и автоматической дуговой сварке под флюсом) напряжение на дуге не зависит от силы тока (область 2, жесткая характеристика). В этом случае с достаточной точностью статическая характеристика может быть выражена уравнением

Uд= a+ blд,

где lд - длина дуги, мм; а, b - постоянные коэффициенты, зависящие от материала электродов, давления и свойств газовой среды.

Общий вид статической характеристики дуги

Рис.2. Общий вид статической характеристики дуги

Из этого уравнения следует, что напряжение на дуге, при всея прочих равных условиях, будет зависеть от длины столба дуги.

Возрастающая статическая характеристика дуги (область 3, см. рис. 2) получается при большой силе тока (при автоматической сварке под флюсом или при сварке в среде защитных газов).

Сварочная дуга переменного тока

Вследствие того, что мгновенные значения переменного тока 100 раз в секунду переходят через нуль, причем меняет также свое местонахождение катодное пятно, являющееся источником вылета электронов, ионизация дугового промежутка получается менее стабильной и сварочная дуга менее устойчива, при прочих равных условиях, по сравнению с дугой постоянного тока.

Если дуга включена в цепь переменного тока последовательно с активным сопротивлением, то мгновенные значения напряжения источника и сварочного тока совпадают по фазе. В каждый полупериод дуга угасает и вновь зажигается (восстанавливается) через некоторый промежуток времени, пока напряжение источника тока поднимается до некоторой величины, называемой напряжением повторного зажигания.

Зажигание, дуги характеризуется началом прохождения тока в сварочной цепи. В каждый полупериод имеется перерыв в прохождении тока при угасаниях дуги. Эти перерывы называют временами угасания дуги. Момент угасания происходит при несколько меньшем мгновенном значении напряжения источника, чем в момент зажигания, для которого требуются более высокие значения для получения ионизации остывшего промежутка. Время угасания дуги зависит от максимального значення напряжения зажигания дуги и частоты переменного тока.

Время восстановления дуги снижается при повышении напряжения холостого хода и при использовании повышенных частот. Это время уменьшается также и при снижении напряжения зажигания. Из указанных мер повышения устойчивости горения дуги наиболее распространено снижение напряжения зажигания, чего достигают применением электродов с ионизирующими обмазками.

Величина напряжения зажигания зависит от целого ряда факторов, в первую очередь от величины силы тока дуги. С увеличением силы сварочного тока напряжение зажигания дуги снижается.

Для сварки открытой дугой напряжение зажигания Uз и напряжение горения дуги Uд имеют следующую зависимость:

Uз = (1,3 – 2,5) Uд

При сварке на больших силах тока под флюсом напряжение зажигания почти равно напряжению горения дуги.

Повышение напряжения холостого хода источника питания ограничено правилами техники безопасности, а использование высоких частот требует применения специальной аппаратуры. Общепринятой мерой повышения стабильности сварочной дуги переменного тока является включение в сварочную цепь катушек со стальным сердечником (дросселей), которые позволяют вести сварочные работы металлическими электродами при напряжении сварочного трансформатора порядка 60 - 65В и стандартной частоте. При этом в обмазке электродов должно быть достаточное количество ионизирующих компонентов.

oitsp.ru