Электрическая дуга – мощный стабильный электрический разряд в ионизированной атмосфере газов и паров металла. Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе ее горения. Процесс зажигания дуги включает три этапа:
1. короткое замыкание электрода на заготовку.
Короткое замыкание выполняется для разогрева торца электрода 1 (катода) и заготовки 2 (анода) в зоне ее контакта с электродом.
2. отвод электрода на расстояние 3…6 мм. После отвода электрода с его разогретого торца под действием электрического поля начинается термоэлектронная эмиссия электронов 3. Столкновение быстро движущихся от катода к аноду электронов с молекулами газов и паров металла приводит к их ионизации 4. По мере разогрева столба дуги и повышения кинетической энергии атомов и молекул происходит дополнительная их ионизация. В результате дуговой промежуток становится электропроводимым.
3. Процесс зажигания дуги заканчивается возникновением устойчивого дугового разряда в столбе дуги 6.
Электрические свойства дуги описываются статической вольт-амперной характеристикой, представляющей собой зависимость между напряжением и током дуги в состоянии устойчивого горения. Характеристика состоит из трех участков: I – падающего, П – жесткого, Ш – возрастающего.
На участке I c повышением силы тока увеличивается степень ионизации дуги, и напряжение для ее поддержания уменьшается. На участке П пропорционально силе тока возрастает сечение дуги, при этом плотность тока и напряжение дуги остаются постоянными. На участке Ш при повышении тока рост сечения дуги ограничивается сечением электрода, в результате чего увеличиваются плотность тока и напряжение дуги.
Каждому участку характеристики дуги соответствует определенный характер переноса расплавленного электродного металла в сварочную ванну: на I и П – крупнокапельный, на Ш – мелкокапельный или струйный.
На участке I дуга малоустойчива и имеет ограниченное применение. В этом случае для поддержания горения дуги необходимо постоянное включение в сварочную цепь осциллятора.
На участке П характеристики дуги напряжение U дуги пропорционально ее длине:
,
Где Lд – длина дуги (0<Lд<8 мм); a и b - опытные коэффициенты, зависящие от свариваемого металла и газа в дуге и других факторов (для стальных электродов a=10 В; b+2 В/мм).
Из этой зависимости следует, что для сохранения неизменного Uд необходимо поддерживать постоянной Lд.
Температура столба дуги зависит от материала электрода и состава газов в дуге, а температура катода и анода приближается к температуре кипения металла электродов. Эти температуры дуги постоянного тока при сварке покрытым стальным электродом составляют соответственно 6000, 2700, 29000С. При этом в анодной области дуги, как правило, выделяется больше тепловой энергии, чем в катодной. При сварке дугой переменного тока температуры анода и катода выравниваются вследствие периодической смены полярности.
Вопрос 53