Сварочная дуга - это... Описание и характеристики. Сварочная дуга
Сварочная дуга
В современной промышленности сварка имеет большое значение, она имеет очень широкую область применения во всех отраслях промышленности. Для осуществления сварочного процесса необходима сварочная дуга.
Что такое сварочная дуга, ее определение
Сварочной дугой считается очень большой по величине мощности и длительности электрический разряд, который существует между электродами, на которые подано напряжение, в смеси газов. Ее свойства отличаются высокой температурой и плотностью тока, благодаря которым она способна расплавлять металлы, имеющие температуру плавления выше 3000 градусов. Вообще можно сказать, что электрическая дуга – это проводник из газа, который преобразует электрическую энергию в тепловую. Электрическим зарядом называется прохождение электрического тока через газовую среду.
Существует несколько видов электрического разряда:
- Тлеющий разряд. Возникает в низком давлении, применяется в люминесцентных лампах и плазменных экранах;
- Искровой разряд. Возникает, когда давление равно атмосферному, отличается прерывистой формой. Искровому разряду соответствует молния, также применяется для зажигания двигателей внутреннего сгорания;
- Дуговой разряд. Применяет при сварке и для освещения. Отличается непрерывистой формой, возникает при атмосферном давлении;
- Коронный. Возникает, когда тело электрода шероховато и неоднородно, второй электрод может отсутствовать, то есть возникает струя. Применяется для очистки газов от пыли;
Природа и строение
Природа сварочной дуги не так уж и сложна, как может показаться на первый взгляд. Электрический ток, проходя через катод, затем проникает в ионизированный газ, происходит разряд с ярким свечением и очень высокой температурой, поэтому температура электрической дуги может достигать 7000 – 10000 градусов. После этого ток перетекает на обрабатываемый свариваемый материал. Так как температура настолько высока дуга выделяет вредное для человеческого организма ультрафиолетовое и инфракрасное излучения, оно может навредить глазам или оставить световые ожоги на коже, поэтому при проведении сварочного процесса необходима надлежащая защита.
Строение сварочной дуги представляет собой три главные области: анодная, катодная и столб дуги. Во время горения дуги на катоде и аноде образуются активные пятна – области, в которых температура достигает самых высоких значений, именно через данные области проходит весь электрический ток, анодные и катодные области представляют собой более большие падения напряжения. А сам столб располагается между этими областями падение напряжения в столбе очень незначительно. Таким образом, длина сварочной дуги представляет собой сумму вышеперечисленных областей, обычно длина равна нескольким миллиметрам, когда анодные и катодные области, соответственно, равны 10-4 и 10-5 см. Самая благоприятная длина примерно равна 4-6мм, при такой длине обеспечивается постоянная и благоприятная температура.
Разновидности
Виды сварочной дуги отличаются схемой подвода сварочного тока и средой, в которой они возникают, наиболее распространенными вариантами являются:
- Прямое действие. При таком способе сварочный располагается параллельно свариваемой металлической конструкции и дуга возникает под углом девяносто градусов по отношению к электроду и металлу;
- Сварочная дуга косвенного действия. Возникает, когда используется два электрода, которые располагаются под углом 40-60 градусов к поверхности свариваемой детали, дуга возникает между электродами и сваривает металл;
Также существует классификация в зависимости от атмосферы, в которой они возникают:
- Открытый тип. Дуга данного типа горит на воздухе и вокруг нее образовывается газовая фаза, содержащая пары свариваемого материала, электродов и их покрытий;
- Закрытый тип. Горение такой дуги происходит под слоем флюса, в газовую фазу, образовавшуюся вокруг дуги входят пары металла, электрода и флюса;
- Дуга с подачей газов. В горящую дугу подаются сжатые газы – гелий, аргон, углекислый газ, водород и другие различные смеси газов, подаются они для того, чтобы не окислялся свариваемый металл, их подача способствует восстановительной или нейтральной среде. В газовую фазу вокруг дуги входят – подающийся газ, пары металла и электрода;
Также различают по длительности действия – стационарная (для долгого применения) и импульсная (для однократного), по материалу используемого электрода – угольные, вольфрамовые – неплавящиеся электроды и металлические – плавящиеся. Самый распространенный плавящийся электрод – стальной. На сегодняшний день наиболее часто применяется сварка с неплавящимся электродом. Таким образом, виды сварочных дуг разнообразны.
Условия горения
При стандартных условиях, то есть температуре в 25 градусов и давлении в 1 атмосферу газы не способны проводить электрический ток. Для того, чтобы образовалась дуга необходимо, чтобы газы между электродами были ионизированы, то есть имели в своем составе различные заряженные частицы – электроны или ионы (катионы или анионы). Процесс образования ионизированного газа будет называться ионизацией, а работа, которую необходимо затратить на отрыв электрона у атомной частицы для образования электрона и иона – работой ионизации, которая измеряется в электрон-вольтах и называется потенциалом ионизации. Какую именно энергию необходимо затратить для отрыва электрона от атома зависит от природы газовой фазы, значения могут быть от 3,5 до 25 эВ. Самый маленький потенциал ионизации имеют металлы щелочной и щелочно-земельной группы – калий, кальций и, соответственно, их химический соединения. Такими соединениями покрывают электроды, для того, чтобы они способствовали устойчивому существованию и горению сварочной дуги.
Также для возникновения и горения дуги необходима постоянная температура на катод, которая зависит от природы катода, его диаметра, размера и температуры окружающей среды. Температура электрической дуги поэтому должна быть постоянной и не колебаться, благодаря огромным значениям силы тока температура может достигать 7 тысяч градусов, таким образом, сваркой можно присоединять абсолютно все материалы. Постоянная температура обеспечивается с помощью исправного источника питания, поэтому его выбор при конструировании сварочного аппарата очень важен, он оказывает влияние на свойства дуги.
Возникновение
Она возникает при быстром замыкании, то есть когда электрод соприкасается с поверхность свариваемого материала, из-за колоссальной температуры поверхность материала расплавляется, а между электродом и поверхность образуется небольшая полоса из расплавившегося материала. К моменту расхождения электрода и свариваемого материала образуется шейка из материала, которая моментально разрывается и испаряется из-за высокого значений плотности тока. Газ ионизируется и возникает электрическая дуга. Возбудить ее можно с помощью касания или чирканья.
Особенности
Она имеет следующие особенности по сравнению с другими электрическими зарядами:
- Высокая плотность тока, которая достигает нескольких тысяч ампер на квадратный сантиметр, благодаря чему достигается очень высокая температура;
- Неравномерность распределения электрического поля в пространстве между электродами. Вблизи электродов падение напряжения очень велико, когда в столбе – наоборот;
- Огромная температура, которая достигает самых больших значений в столбе из-за высокой плотности тока. При увеличении длины столба температура уменьшается, а при сужении – наоборот увеличивается;
- С помощью сварочных дуг можно получать самые различные вольт-амперные характеристики – зависимости падения напряжения от плотности тока при постоянной длине, то есть установившемся горении. На данный момент существует три вольтамперные характеристики.
Первая – падающая, когда при увеличении силы и ,соответственно, плотности тока, напряжение падает. Вторая- жесткая, когда изменение силы тока никак не влияет на значение величины напряжения итретья – возрастающая, когда при увеличении силы тока напряжение также увеличивается.
Таким образом, сварочную дугу можно назвать самым лучшим и надежным способом скрепления металлических конструкций. Сварочный процесс оказывает большое влияние на сегодняшнюю промышленность, потому что только высокая температура сварочной дуги способна скреплять большинство металлов. Для получения качественных и надежных швов необходимо правильно и верно учитывать все характеристики дуги, следить за всеми значениями, благодаря этому процедура пройдет быстро и наиболее эффективно. Также необходимо учитывать свойства дуги: плотность тока, температуру и напряжение.
Поделись с друзьями
0
0
0
0
svarkalegko.com
Сварочная дуга - это... Описание и характеристики
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.
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.
fb.ru
Все, что вы хотели знать о сварочной дуге
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
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!
[Всего голосов: 0 Средний: 0/5]svarkaed.ru
Температура сварочной дуги в разных зонах горения, ее длина и условия возбуждения
Принцип электродуговой сварки основан на использовании температуры электрического разряда, возникающего между сварочным электродом и металлической заготовкой.
Дуговой разряд образуется вследствие электрического пробоя воздушного промежутка. При возникновении этого явления происходит ионизация молекул газа, повышение его температуры и электропроводности, переход в состояние плазмы.
Горение сварочной дуги сопровождается выделением большого количества световой и особенно тепловой энергии, вследствие чего резко повышается температура, и происходит локальное плавление металла заготовки. Это и есть сварка.
Основные свойства дугового разряда
В процессе работы, для того, чтобы возбудить дуговой разряд, производится кратковременное касание заготовки электродом, то есть, создание короткого замыкания с последующим разрывом металлического контакта и установлением требуемого воздушного зазора. Таким способом выбирается оптимальная длина сварочной дуги.
При очень коротком разряде электрод может прилипать к заготовке, плавление происходит чересчур интенсивно, что может привести к образованию наплывов. Длинная дуга отличается неустойчивостью горения и недостаточно высокой температурой в зоне сварки.
Неустойчивость и видимое искривление формы сварочной дуги часто можно наблюдать при работе промышленных сварочных агрегатов с достаточно массивными деталями. Это явление называется магнитным дутьем.
Суть его заключается в том, что сварочный ток дуги создает некоторое магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем, создаваемым током, протекающим через массивную заготовку.
То есть, отклонение дуги вызывается магнитными силами. Дутьем процесс назван потому, что дуга отклоняется, как будто под воздействием ветра.
Радикальных способов борьбы с этим явлением нет. Для уменьшения влияния магнитного дутья применяют сварку укороченной дугой, а также располагают электрод под определенным углом.
Среда горения
Существует несколько различных сварочных технологий, использующих электродуговые разряды, отличающиеся свойствами и параметрами. Электрическая сварочная дуга имеет следующие разновидности:
- открытая. Горение разряда происходит непосредственно в атмосфере;
- закрытая. Образующаяся при горении высокая температура вызывает обильное выделение газов от сгорающего флюса. Флюс содержится в обмазке сварочных электродов;
- в среде защитных газов. В этом варианте, в зону сварки подается газ, чаще всего, это гелий, аргон или углекислый газ.
Защита зоны сварки необходима для предотвращения активного окисления плавящегося металла под воздействием кислорода воздуха.
Слой окисла препятствует образованию сплошного сварного шва, металл в месте соединения приобретает пористость, в результате чего снижается прочность и герметичность стыка.
В какой-то мере дуга сама способна создавать микроклимат в зоне горения за счет образования области повышенного давления, препятствующего притоку атмосферного воздуха.
Применение флюса позволяет более активно выдавливать воздух из зоны сварки. Использование среды защитных газов, подаваемых под давлением, решает эту задачу практически полностью.
Продолжительность разряда
Кроме критериев защищенности, дуговой разряд классифицируется по продолжительности. Существуют процессы, в которых горение дуги происходит в импульсном режиме.
В таких устройствах сварка осуществляется короткими вспышками. За время вспышки, температура успевает возрасти до величины, достаточной для локального расплавления небольшой зоны, в которой образуется точечное соединение.
Большинство же применяемых сварочных технологий использует относительно продолжительное по времени горение дуги. В течение сварочного процесса происходит постоянное перемещение электрода вдоль соединяемых кромок.
Область повышенной температуры, создающая сварочную ванну, перемещается вслед за электродом. После перемещения сварочного электрода, следовательно, и дугового разряда, температура пройденного участка снижается, происходит кристаллизация сварочной ванны и образование прочного сварного шва.
Структура дугового разряда
Область дугового разряда условно принято делить на три участка. Участки, непосредственно прилегающие к полюсам (аноду и катоду), называют соответственно, анодным и катодным.
Центральную часть дугового разряда, расположенную между анодной и катодной областями, называют столбом дуги. Температура в зоне сварочной дуги может достигать нескольких тысяч градусов (до 7000 °C).
Хотя тепло не полностью передается металлу, его вполне хватает для расплавления. Так, температура плавления стали для сравнения составляет 1300-1500 °C.
Для обеспечения устойчивого горения дугового разряда необходимы следующие условия: наличие тока порядка 10 Ампер (это минимальное значение, максимум может достигать 1000 Ампер), при поддержании напряжения дуги от 15 до 40 Вольт.
Падение этого напряжения происходит в дуговом разряде. Распределение напряжения по зонам дуги происходит неравномерно. Падение большей части приложенного напряжения происходит в анодной и катодной зонах.
Экспериментальным путем установлено, что при сварке плавящимся электродом, наибольшее падение напряжения наблюдается в катодной зоне. В этой же части дуги наблюдается наиболее высокий градиент температуры.
Поэтому, при выборе полярности сварочного процесса, катод соединяют с электродом, когда хотят добиться наибольшего его плавления, повысив его температуру. Наоборот, для более глубокого провара заготовки, катод присоединяют к ней. В столбе дуги падает наименьшая часть напряжения.
При производстве сварочных работ неплавящимся электродом, катодное падение напряжения меньше анодного, то есть, зона повышенной температуры смещена к аноду.
Поэтому, при этой технологии, заготовка подключается к аноду, чем обеспечивается хороший ее прогрев и защита неплавящегося электрода от излишней температуры.
Температурные зоны
Следует заметить, что при любом виде сварки, как плавящимся, так и неплавящимся электродом, столб дуги (его центр) имеет самую высокую температуру – порядка 5000-7000 °C, а иногда и выше.
Зоны наиболее низкой температуры располагаются в одной из активных областей, катодной или анодной. В этих зонах может выделяться 60-70% тепла дуги.
Кроме интенсивного повышения температуры заготовки и сварочного электрода, разряд излучает инфракрасные и ультрафиолетовые волны, способные оказывать вредное влияние на организм сварщика. Это обусловливает необходимость применения защитных мер.
Что касается сварки переменным током, понятие полярности там не существует, так как положение анода и катода изменяется с промышленной частотой 50 колебаний в секунду.
Дуга в этом процессе обладает меньшей устойчивостью по сравнению с постоянным током, ее температура скачет. К преимуществам сварочных процессов на переменном токе, можно отнести только более простое и дешевое оборудование, да еще практически полное отсутствие такого явления, как магнитное дутье, о котором сказано выше.
Вольт-амперная характеристика
На графике представлены кривые зависимости напряжения источника питания от величины сварочного тока, называемые вольт–амперными характеристиками сварочного процесса.
Кривые красного цвета отображают изменение напряжения между электродом и заготовкой в фазах возбуждения сварочной дуги и устойчивого ее горения. Начальные точки кривых соответствуют напряжению холостого хода источника питания.
В момент возбуждения сварщиком дугового разряда, напряжение резко снижается вплоть до того периода, когда параметры дуги стабилизируются, устанавливается значение тока сварки, зависящее от диаметра применяемого электрода, мощности источника питания и установленной длины дуги.
С наступлением этого периода, напряжение и температура дуги стабилизируются, и весь процесс приобретает устойчивый характер.
svaring.com
Сварочная дуга - это... Что такое Сварочная дуга?
Тепловая мощность С. д. лежит в пределах от 10 до 105вт при концентрации от 102 до 105 вт/см2. Широкий диапазон мощностей позволяет применять С. д. для сварки и резки различных материалов толщиной от 0,05 до 100 мм за один или несколько проходов.
Г. И. Лесков.
Схема дугового разряда при сварке: 1 — катод; 2 — столб дугового разряда; 3 — анод; 4 — пламя сварочной дуги.
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.
- Сварочная горелка
- Сварочное железо
Смотреть что такое "Сварочная дуга" в других словарях:
сварочная дуга — Стабильный разряд электричества в ионизированной атмосфере газов и паров металла, возникающий между основным металлом и электродом. [http://sl3d.ru/o slovare.html] Тематики машиностроение в целом … Справочник технического переводчика
сварочная дуга — suvirinimo lankas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. welding arc vok. Schweißlichtbogen, m rus. сварочная дуга, f pranc. arc de soudage, m … Automatikos terminų žodynas
сварочная дуга косвенного действия — Сварочная дуга, при которой объект сварки не включён в цепь сварочного тока. [http://sl3d.ru/o slovare.html] Тематики машиностроение в целом … Справочник технического переводчика
сварочная дуга прямого действия — Сварочная дуга, при которой объект сварки включен в цепь сварочного тока. [http://sl3d.ru/o slovare.html] Тематики машиностроение в целом … Справочник технического переводчика
сварочная дуга с возрастающей характеристикой — Сварочная дуга с зависимостью тока дуги от напряжения. [http://sl3d.ru/o slovare.html] Тематики машиностроение в целом … Справочник технического переводчика
сварочная дуга с жёсткой характеристикой — Сварочная дуга без зависимости тока дуги от напряжения. [http://sl3d.ru/o slovare.html] Тематики машиностроение в целом … Справочник технического переводчика
короткая сварочная дуга — Сварочная дуга небольшой длины. [http://sl3d.ru/o slovare.html] Тематики машиностроение в целом … Справочник технического переводчика
сварочная цепь — 3.11 сварочная цепь: Цепь, которая включает в себя все проводящие элементы, через которые будет протекать сварочный ток. Примечания 1 При дуговой сварке дуга является частью сварочной цепи. 2 В некоторых процессах дуговой сварки дуга может быть… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Сварка — технологический процесс соединения твёрдых материалов в результате действия межатомных сил, которое происходит при местном сплавлении или совместном пластическом деформировании свариваемых частей. С. получают изделия из металла и… … Большая советская энциклопедия
Сварка — Сварщик за работой Сварка это технологический процесс получения неразъёмного соединения посредством установления межатомных и межмолекулярных связей между свариваемыми частями изделия при их нагреве (местном или общем), и/или … Википедия
Книги
- Здесь будет сад, Николай Калиниченко. «Транспорт был огромен. За неделю кропотливой работы из обычного карьерного проходчика сделали сухопутный броненосец. Обшили борта стальными листами, устроили палубы для пассажиров, усилили… Подробнее Купить за 14.99 руб электронная книга
dic.academic.ru
Электрическая сварочная дуга: свойства, строение, характеристики
Во время дуговой сварки сварочная дуга является основным инструментом, который должен расплавлять основной металл заготовки и присадочный материал, чтобы создать шов и соединить две части неразрывно. В большинстве случаев, явление электрической дуги является вредным для электрических приборов. Оно возникает всегда, когда размыкаются контакты. В бытовых выключателях, магнитных контакторах и в прочих устройствах данное явление неизбежно, так что принимаются различные меры, чтобы погасить дугу и сделать ее более короткой. В сварке она является главной особенностью, но ею нужно научиться управлять.
Электрическая сварочная дуга возникает в тот момент, когда контакт, образованный между основным металлом и электродом, размыкается. В это время образуется длительный и мощный заряд электричества, который обладает высокой температурой. В данном месте наблюдается высокая плотность тока, способствующая расплавлению. Для ее создания требуется высокий уровень затрат энергии.
Область применения 
Сварочная дуга применяется в обыкновенной ручной дуговой сварке, которая на данный момент является наиболее простым методом стандартного сваривания. Здесь она защищается обмазкой электродов, которая при сгорании образует газовые испарения, препятствующие проникновению посторонних элементов внутрь ванны расплавленного металла.
Также дуга используется в полуавтоматической газовой сварке. Здесь используется сварочная электрическая дуга, которая подается не на обыкновенный электрод, а на неплавкий вольфрамовый. Соответственно, расплавления металла идет не с одного из выходов, как это было в предыдущем методе. На дугу подается сварочная проволока, которая расплавляет материал.
Еще одним вариантом являются автоматы. Они проще в создании, чем газовые, так что получили широкое распространение в промышленности. Они могут быть как с плавкими, так и с неплавкими электродами. С одной установки может зажигаться несколько электродуг, если они имеют многопостовую конструкцию.
В ручной дуговой сварке идет работа с обыкновенными конструкционными сталями. Иногда пробуют сваривать цветные металлы, но это сложно и не всегда успешно. Лучше дуга проявляет себя при защите газа. Она оказывается более стабильной при горении, а также позволяет создавать качественные надежные швы.
Классификация сварочной дуги
Электрические свойства сварочной дуги могут отличаться в зависимости от того, с какого источника подается электричество. Для ее создания используют инверторы, генераторы, выпрямители, трансформаторы и прочую технику. Выделяют два основных типа получаемой дуги:
- В первом случае наблюдаются статичные параметры. Они не меняются в течение длительного времени использования. Допустимы минимальные отклонения, но они не являются существенными и не влияют на характеристики накладываемого шва.
- Во втором случае получается динамические параметры. Это переходные, когда параметры в системе изменяют и из-за них меняется характеристика дуги.
Классифицировать дугу можно еще по другим признакам:
- Открытая — горение происходит в воздухе;
- Закрытая – горение происходит во флюсе;
- С подачей защитных газов – в дугу поставляются газы с защитными функциями.
Классификация сварочной дуги
Строение сварочной дуги
Сварочная дуга представляет собой явление, в котором можно выделить несколько основных областей, определяющих ее строение. Выделяют три основные области:
- Столб дуги – это основная доля всего дугового промежутка. В него входят положительные и отрицательные ионы. Столб обладает нейтральным зарядом, так как положительные и отрицательные элементы здесь находятся в одинаковом количестве.
- Катодная область — это источник электронов, которые ионизируют газы, находящиеся рядом. Здесь очень высокое напряжение. Выделившиеся электроды удаляются из данной области под действием электрического поля. Это поле притягивает положительные ионы. Ионов здесь всегда больше, чем электронов.
- Анодная область – это самая широкая область из всей дуги. Ток анода условно считают сугубо электронным, но на самом деле здесь присутствуют и ионы, пусть и в незначительном количестве. Здесь создается отрицательный объемный заряд. В анодной области присутствует низкий уровень напряжения.
Схема строения сварочной дуги
Во время горения дуги на электроде можно выделить несколько активных пятен. Они разделяются по степени нагревания, так как есть несколько зон нагретых по-разному, и они наблюдаются практически при каждом процессе сваривания. Если пятно находится на аноде, то его называют анодным, а если на катоде, то катодным.
Свойства дуги
Дуга обладает очень ярким светом, который оказывается вредным для глаз и может привести к их ожогу во время своего горения. Помимо видимого спектра, она излучает еще ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Если расстояние между электродом и заготовкой слишком большое, то дуга тухнет. Она обладает очень высокой силой тока и температурой, которая увеличивается, если размер столба будет расти. При подаче плотного воздуха или газа под давлением, а также масла, дуга может потухнуть.
Свойства сварочной электрической дуги
Характеристики
Вольтамперная характеристика сварочной дуги зависит от напряжения и сварочного тока, которые формируются источником питания. При изменении какого-либо из параметров меняются и другие значения данного явления. Существует три основных разновидности характеристик:
- Жесткая;
- Возрастающая;
- Падающая.
Падающая характеристика получается, когда производится сварка в обыкновенных условиях в среде защитных газов. Она характеризуется относительно небольшими значениями сварочного тока. Если сила тока будет повышаться, то возрастает и уровень процесса ионизации. Дуга увеличивает площадь своего сечения, а также температура горения.
«Важно!
Если сила тока находится от 80 до 300 А, то дуга получает жесткую характеристику.»
Здесь характерны низкие значения напряжения. Площадь сечения напрямую зависит от силы тока, так что можно легко регулировать ширину свариваемого шва.
Возрастающая характеристика присущая наиболее высоким значениям сварочного тока, более 300 А. Напряжение может увеличиваться тогда, когда скапливается большое количество зарядов на электроде. Это де приводит к падению напряжения на катоде.
Чем определяется мощность сварочной дуги?
От мощности сварочной дуги зависит много факторов, но и сама она является результатом определенных воздействий. Длина сварочной дуги является одним из определяющих факторов. Даже при одних и тех же параметрах на источнике электричества, при более высокой длине мощность будет расти. Также она зависит от силы тока, который подается на электрод. Он позволяет развивать мощность на более широком диапазоне, так что даже при длинном столбе она не будет тухнуть. Толщина и плотность также оказывают решающие значения на мощность, но для их увеличения требуется обеспечить достаточную силу тока.
Заключение
Сварочная электрическая дуга является одним из основных инструментов для данной области. Практически все инновации современных инверторов направлены на то, чтобы лучше освоить управление ее свойствами.
svarkaipayka.ru
Сварочная дуга - Cварочные работы
Сварочная дуга
Условия горения дуги. Газы и пары при обычных температуре и давлении не проводят электрический ток. Электропроводными они становятся при наличии в них частиц, несущих электрические заряды (положительные и отрицательные). В обычном состоянии в воздухе имеется только незначительное число ионов и электронов. В отличие от воздуха в металлах всегда есть некоторое число свободных электронов, переносящих электрическую энергию и делающих их электропроводными
Сварочная дуга представляет собой мощный и длительный электрический разряд в газовой среде между электродом и свариваемым изделием (между двумя электродами), сопровождающийся выделением большого количества тепла и световым излучением. Для возникновения электрического разряда газовый промежуток между электродом и свариваемым изделием должен быть ионизирован. В результате ионизации в газе возникают свободные носители заряда и газ становится электропроводным. Процесс ионизации воздушного промежутка протекает следующим образом.
Сварочная дуга возбуждается при касании концом электрода свариваемого изделия и последующем отрыве электрода от изделия. Вследствие большого омического сопротивления в месте контакта свариваемое изделие и промежуток между ними сильно разогреваются. В металле электрода имеются отрицательно заряженные свободные электроны, а в свариваемом металле — положительно заряженные ионы. Под действием нагрева (термоэлектронная эмиссия), энергии излучаемого света (фотоэлектронная эмиссия), электрического поля, появляющегося при соединении электрода с источником электрического тока (автоэлектронная эмиссия), притяжения положительно заряженных ионов свариваемого металла электроны с конца электрода устремляются к свариваемому изделию. В воздушном промежутке электроны, сталкиваясь с атомами и молекулами воздуха и паров металла, выбивают из них электроны, образуя ионы и свободные электроны. Воздух между электродом и свариваемым изделием становится проводником электрического тока, т. е. ионизируется. В результате удара кинетическая энергия электронов и ионов превращается в тепловую и поддерживает высокую температуру электрода и свариваемого изделия. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока горит дуга.
Возбуждение дуги и перенос металла. При касании электрода и свариваемого изделия происходит короткое замыкание сварочной цепи. Вследствие того, что электрод и свариваемое изделие не имеют идеально ровных поверхностей, они соприкасаются отдельными выступами. Благодаря высокой плотности тока в этом месте выделяется большое количество тепла и выступы плавятся, образуя тонкую прослойку жидкого металла. Последующий отвод электрода от изделия способствует образованию в жидком металле шейки. Плотность тока и температура еще более возрастают. Расплавленный металл шейки испаряется, она разрывается, образуя сварочную дугу.
Под действием сварочной дуга электрод плавится, расплавленный металл стекает в сварочную ванну в виде капель. При ручной сварке покрытыми электродами в сварочную ванну переносится 90% электродного металла, 10% уходит на брызги и пары. Электрод длиной 450 мм расплавляется в течение 1,5—2 мин. В секунду с электрода переносится 20—50 капель металла. Чем больше сварочный ток и чем толще электродное покрытие, тем больше металла переносится в виде потока мелких’ капель. У электродов с тонким покрытием, а также при сварке на ‘малых токах перенос металла крупнокапельный.
Строение, свойства и виды сварочной дуги. Электрод, присоединенный к положительному полюсу источника питания сварочной дуги, называют анодом, а к отрицательному полюсу — катодом. При сварке на постоянном токе катодам может быть свариваемое изделие и электрод, т. е. сварочная дуга может иметь прямую и обратную полярность. При прямой полярности электрод соединен с минусом, а свариваемое изделие — с плюсом источника питания дуги. При обратной полярности это соединение выполнено наоборот. С помощью сварочной дуги обратной полярности уменьшают выделение тепла на свариваемом изделии (тонколистовой и легкоплавкий металл; легированные стали, чувствительные к перегреву) .
Сварочная дуга (рис. 9) состоит из катодной, анодной областей и столба дуги. Катодная область расположена у катода и является источником электронов, ионизирующих дуговой промежуток. Предполагают, что длина катодной области равна длине свободного пробега электрона в газе. Анодная область расположена у анода и концентрирует электроны. Пространство, ограниченное катодной и анодной областями, называется столбом дуги. Столб дуги нейтрален — суммы зарядов отрицательных и положительных частиц равны. Температура катодной области достигает 3200°С, а анодной — 3400°С. Разница температур обусловлена тем, что катодом выбрасывается больше заряженных частиц, которые сильно бомбардируют анод, в результате чего выделяется большое количество тепла. В столбе дуги температура колеблется в пределах 5000—8000 °С. При сварке на постоянном токе на аноде выделяется 43% тепла сварочной дуги, на катоде — 36%, в столбе дуги — 21%. Длина дуги равна расстоянию между торцом электрода и поверхностью расплавленного металла. У покрытых электродов 0 4—5 мм длина устойчиво горящей нормальной дуги составляет 5—6 мм. Такая дуга считается короткой. Дуга длиной более 6 мм называется длинной. Горит она неустойчиво, металл электрода плавится неравномерно, капли металла больше подвергаются воздействию кислорода и азота воздуха, наплавленный металл пористый с неровной поверхностью.
Рис. 9. Схема сварочной дуги1,3 — анодное и катодное пятна; 2, 4 — анодная и катодная области; 5 — столб дуги
Под действием тепла дуги металл свариваемого изделия расплавляется на определенную глубину, которая называется глубиной проплавления или проваром, а жидкий расплавленный металл — сварочной ванной. Давление газов сварочной дуги отбрасывает расплавленный металл со дна ванны на боковую ее поверхность. При этом образуется углубление — кратер. В конце сварки необходимо с помощью специальных технологических приемов заделать кратер, так как в нем, как правило, обнаруживаются усадочные рыхлости, часто переходящие в трещины.
Сварочные дуги подразделяются на прямые, косвенные и комбинированные. Прямой считается дуга, которая горит между электродом и свариваемым изделием. Дугу, горящую между двумя электродами над свариваемым изделием, называют косвенной. Комбинированная сочетает в себе прямую и косвенную дуги.
Дуга переменного и постоянного тока. Сварочная дуга может питаться постоянным и переменным током. В первом и во втором случаях имеются свои преимущества и недостатки.
При сварке дугой переменного тока промышленной оягтоты катодные и анодные пятна меняются местами 100 раз в 1 с. В процессе перехода тока через нулевое -значение и при изменении полярности в начале и конце каждого полупериода дуга гаснет, что приводит к снижению температуры дугового промежутка. Одновременно с этим падает температура активных пятен, и особенно на активном пятне сварочной ванны следствие отвода тепла в изделие. Повысить устойчивость горения дуги переменного тока можно увеличением частоты его с помощью специальных генераторов и осцилляторов Кроме того, для повышения устойчивости горения дуги -в покрытие электродов вводят элементы с низким потенциалом ионизации (калий, натрий, кальций), которые облегчают возбуждение дуги.
Дуга постоянного тока горит значительно устойчивее. Однако она имеет существенный недостаток — магнитное дутье. Сварочную дугу можно рассматривать как газовый проводник электрического тока, который под действием электромагнитных сил может отклониться от своего нормального положения. Ток, проходя но сварочным проводам, электроду и дуге, создает вокруг дуги и в свариваемом металле магнитные поля. Когда эти поля расположены несимметрично относительно оси дуги, они могут отклонять дугу как гибкий проводник тока. А это затрудняет сварку и даже может привести к обрыву дуги. При сварке на переменном токе явление магнитного дутья значительно слабее. К преимуществам источников переменого тока можно отнести меньшую их стоимость и простоту в эксплуатации.
Меры борьбы с магнитным дутьем. Сила магнитного поля при сварке пропорциональна квадрату тока. Вследствие этого магнитное дутье особенно заметно при сварке на больших токах (300—400А). Однако причиной образования магнитного дутья служит только неравномерное расположение магнитного поля относительно сварочной дуги. Распределение магнитного поля в сварочном контуре зависит от места подвода тока к свариваемому изделию, его конфигурации и наличия зазоров в свариваемом стыке (рис. 10).
В случае присоединения обратного провода сварочной цепи в непосредственной близости от места сварки появление магнитного дутья исключается, так как образуется симметричное магнитное поле. При удалении места присоединения от места сварки образуется несимметричное магнитное поле. Важным фактором образования несимметричного магнитного поля являются большие ферромагнитные массы, расположенные рядом со сварочной ванной (массивные металлические изделия). Массивные ферромагнитные изделия имеют большую магнитную проницаемость по сравнению с воздухом и поэтому магнитные силовые линии устремляются в среду с меньшим сопротивлением, отклоняя при этом сварочную дугу.
Рис. 10. Места подвода тока относительно сварочной дугиа — ток подведен к изделию слева от дуги; 6 — ось подведенного тока совпадает с осью сварочной дуги; в — ток подведен к изделию справа от дуги
Ослабить действие магнитных полей можно, изменив, угол наклона электрода таким образом, чтобы нижний конец электрода был направлен в сторону действия магнитного дутья, или применяя сварку короткой дугой, так как чем короче дуга, тем меньше возможность ее отклонения.
Статическая вольт-амперная характеристика дуги.
Для горения дуги на электроде и свариваемом изделии должно поддерживаться напряжение (напряжение на дуге), которое прямо пропорционально длине дуги. Напряжение на дуге равно сумме падений напряжения в катодной, анодной областях и столбе дуги. Для возбуждения дуги необходимо более высокое напряжение по сравнению с напряжением, установившимся в процессе сварки. Это требуется для ионизации воздушного промежутка, который еще недостаточно нагрет, и для придания электронам большой скорости.
Для обеспечения устойчивого горения дуги ток и напряжение ее должны находиться в определенной зависимости, называемой статической вольт-амперной характеристикой (рис. 11).
Повышение силы тока в дуге до 100А вызывает резко? увеличение площади сечения столба дуги, что при-чнт ‘К возрастанию его электропроводности и уменьшению напряжения. В этом случае характеристика дуги нязпвается падающей. При дальнейшем повышении си-лы тока до 1000А площадь сечения столба дуги увеличивается пропорционально силе тока, поэтому плотность
Рис. 11. Статическая вольт-амперная характеристика дуги
его и падение напряжения на всех участках столба дуги сохраняются постоянными. Такая характеристика именуется жесткой. Повышение силы тока в дуге свыше 1000А приводит к резкому возрастанию напряжения: увеличение плотности тока выше определенного значения уже не может увеличить сечение столба дуги. Поэтому напряжение на дуге повышается. Характеристику называют возрастающей.
—
Сварочная дуга —это мощный и длительный разряд электричества в газовой среде, сопровождающийся выделением большого количества тепла и световым излучением. При нормальной температуре и давлении газы, в том числе и воздух, не проводят электрический ток. Сварочная дуга возбуждается при соприкасании электрода с изделием. Большое омическое сопротивление приводит к тому, что электрод и воздушный промежуток, в месте контакта сильно нагреваются. Под действием тепла электроны из электрода (или свариваемого изделия), присоединенного к отрицательному полюсу источника питания, вырываются в воздушный промежуток, где сталкиваясь с атомами и молекулами воздуха, выбивают из них электроны и образует ионы и свободные электроны. Воздух между электродом и свариваемым изделием становится проводником электричества. Этот процесс продолжается до тех пор пока горит дуга. Электрод (свариваемое изделие), присоединенный к положительному полюсу источника питания сварочной дуги, называют анодом, а к отрицательному полюсу—катодом. Поверхность катода, из которой вылетают электроны, называют катодным пятном. При сварке на постоянном токе катодом может быть как электрод, так и свариваемое изделие. Сварочная дуга в данном случае может быть прямой и обратной полярности. При прямой полярности электрод присоединен к «минусу», а свариваемое изделие — к «плюсу» источника питания. При обратной полярности — наоборот. Сварочный ток обратной полярности применяют, когда нужно уменьшить выделение тепла на свариваемом изделии или при использовании электродов некоторых марок. На аноде выделяется 43% тепла, на катоде — 36%, в столбе дуги —21%.
Рис. 8. Схема строения сварочной дуги
рис. 9. Статическая вольт-амперная характеристика дуги
Сварочная дуга (рис. 8) состоит из катодной и анодной областей, столба дуги. Катодной областью называют пространство, расположенное у катода, анодной— у анода. Пространство между катодной и анодной областями называется столбом дуги. Расстояние между конечной точкой электрода и нижней точкой поверхности расплавленного металла свариваемого изделия составляет длину дуги. Дуга бывает короткая (3—6 мм) и длинная (более 6 мм). Плавление электрода при длинной дуге протекает неравномерно, увеличивается разбрызгивание, понижается производительность, капли расплавленного металла более подвержены окислению, дуга горит неустойчиво. На свариваемом изделии в ванне расплавленного металла под действием струи газов дуги образуется углубление, называемое кратером. Под действием тепла дуги металл свариваемого изделия расплавляется на определенную глубину, которая называется глубиной проплавления или проваром, а жидкий расплавленный металл — сварочной ванной.
Сварочная дуга может питаться переменным и постоянным током. При сварке на переменном токе промышленной частоты катодные и анодные пятна меняются местами 100 раз в 1 с. В процессе перехода тока через нулевое значение и при изменении полярности в начале и конце каждого полупериода дуга гаснет, что приводит к снижению температуры дугового промежутка. Одновременно с этим падает температура активных пятен, и особенно пятна сварочной ванны вследствие отвода тепла в изделие. Все это приводит к неустойчивому горению дуги. Дуга постоянного тока горит значительно устойчивее. Однако она имеет свой недостаток— магнитное дутье. Ток, проходя по сварочным проводам, электроду и дуге создает вокруг дуги и в свариваемом металле магнитные поля. Когда эти поля расположены несимметрично относительно оси дуги, они могут отклонять дугу как гибкий проводник тока, что не только затрудняет сварку, но и может привести к обрыву дуги. Распределение магнитного поля в сварочном контуре зависит также от места присоединения обратного провода сварочной цепи к свариваемому изделию, от конфигурации изделия и наличия зазоров в свариваемом стыке. Присоединение обратного провода в непосредственной близости от места сварки исключает появление магнитного дутья. Образование несимметричных магнитных полей вызывают большие ферромагнитные массы (массивные металлические изделия), расположенные рядом со сварочной ванной. Ослабить действие магнитных полей можно путем изменения наклона электрода таким образом, чтобы нижний конец электрода был направлен в сторону действия магнитного дутья, или применяя сварку короткой дугой, имеющий меньшую возможность для отклонения.
Для обеспечения устойчивого горения дуги ток и напряжение должны находиться в определенной зависимости, называемой статической вольт-амперной характеристикой дуги (рис. 9). Увеличение тока в дуге до 100 А вызывает резкое увеличение площади сечения столба дуги, что приводит к увеличению его электропроводности и уменьшению напряжения. Такую форму характеристики дуги называют падающей. При увеличении тока от 100 до 1000 А площадь сечения столба дуги увеличивается пропорционально току, поэтому плотность тока и падение напряжения на всех участках столба дуги сохраняются постоянными. Характеристику тогда называют жесткой. Значение тока в дуге свыше 1000 А приводит к резкому увеличению напряжения: повышение тока выше определенного значения уже не может увеличить сечение столба дуги. Поэтому напряжение на дуге растет. Характеристика называется возрастающей.
Читать далее:Сварочные флюсыСварочные электродыОбщие сведения о сварке арматурыПротивопожарные мероприятия при сваркеБезопасность труда при сварке технологических трубопроводовБезопасность труда при сварке строительных металлических и железобетонных конструкцийЗащита от поражения электрическим током при сваркеТехника безопасности и производственная санитария при сваркеУправление качеством сваркиСтатистический метод контроля
stroy-server.ru
