Основные сведения о дуге

Рис. 2.1. Электрическая дуга прямо­го действия:

Дугой называется длительный электрический разряд между двумя электродами в ионизированной смеси газов и паров, харак­теризующийся высокой плотностью тока и малым напряжением. Дуга состоит из трех основных частей — анодной 6 и катодной 8 областей и столба 7 (рис. 2.1). В процессе горения дуги на по­верхностях электрода и основного металла обра­зуются активные пятна, через которые проходит весь ток дуги.

Активное пятно, находя­щееся на катоде, назы­вается катодным, нахо­дящееся на аноде, — анодным.

Под электриче­ским разрядом по­нимают прохождение то­ка через газовую среду.

1 — электрод, 2, 5 — катодное и анодное пятна, 3 — сварочная ванна, 4 — заготов­ка, 6, 8 — анодная и катодная области, 7 — столб дуги; U а—анодное напряже­ние. Uy.~ катодное напряжение, ^д— напряжение дуги, £’с — напряжение стол­ба, длина дугн

Различают дуговой, ис­кровой, коронный и тле­ющий электрические раз­ряды При сварке ис­пользуют дуговой раз­ряд, представляющий со­бой устойчивый электри­ческий разряд в ионизи­рованной атмосфере га­за и паров металла. При недостаточной мощности источника тока происходит искровой—кратковременный электрический разряд. Коронный разряд образуется в сильно неоднородных электриче­ских полях и проявляется в виде интенсивного свечения ионизи­рованного газа. Тлеющий разряд возникает при низких давлени­ях газа (например, в лампах дневного света).

Образование дуги начинается с ее зажигания, которое может осуществляться одним из двух способов. 1) электрод приближа­ют к заготовка на расстояние 3…6 мм и в сварочную пепь па короткое время подключают источник высокочастотного перемен­ного тока высокого напряжения (осциллятор); после зажигания дуги цепи переключают на основной источник питания; 2) зажи-

гание дуги осуществляется в три этапа: короткое замыкание

электрода на заготовку; отвод электрода на 3…6 мм; возникно­вение устойчивого электрического разряда. Второй способ являет­ся основным, а первый применяют только при сварке неплавя — щимся электродом.

При коротком замыкании (рис 2.2, а) плотность тока в точ­ках контакта достигает больших значений и под действием вы­деляющейся теплоты металл в этих точках «мгновенно» расплав-

Рис. 2 2. Схема образования дуги: а — короткое замыкание, б — образование перемычки (шейки), в — возникновение дуги; /—металл, —электрическая дуга, 3 — электрод, L д—длина дуги (расстоя­ние от торца электрода до поверхности сварочной ванны)

ляется, образуя жидкук перемычку между основ­ным металлом и элект­родом (рис. 2.2, б) При отводе электрода от по­верхности металла жид­кая перемычка сначала растягивается, а затем разрывается, после чегс практически мгновение начинается дуговой раз­ряд через межэлектрод — ный промежуток, запол­ненный ионизированными частицами паров метал­ла, газа и электродного покрытия (рис. 2.2, е), Источником электронов для дугового разряда является ме­талл катодного пятна, нагретый до температуры «2400 СС. Под действием электрического поля начинается эмиссия электронов в столб дуги, где они, ионизируя нейтральные атомы, делают его электропроводным. Затраты энергии на эмиссию электронов со­ставляют — 36 % от всей затраченной энергии. Падение напряже­ния UK в катодной области достигает 10…16 В.

Столб дуги представляет собой плазму, нагретую до 6000… …8000 °С и состоящую из смеси электронов, нейтральных атомов, положительных и отрицательных ионов. Количество энергии, те­ряемой в столбе дуги на направленное перемещение электронов и ионизацию газов, «=21 %. Падение напряжения Uc в столбе ду­ги составляет 2… 12 В и возрастает с увеличением длины дуги.

Анодное пятно является местом входа и нейтрализации на поверхности заготовки свободных электронов. Температура в анодной области, составляющая ~ 2600 °С несколько выше, чем в катодной, что объясняется большим количеством выделяемой энергии (~43 %) в результате соударений свободных электронов с поверхностью анодного пятна. Так как поверхность анодного

пятна вогнута и имеет большую площадь, чем катодного, падение анодного напряжения Ua относительно небольшое и составляет

6.. .8 В

Общее падение напряжения на электрической дуге представ­ляет собой сумму падений напряжений в различных областях:

ил = ик + ис + иа, (2.1)

или

ил = (10… 16) + (2… 12) + (6.. .8) = 18. . .36 В. (2.2)

Катодное и анодное падения напряжения зависят от материа­

лов заготовки и электрода, свойств газовой среды и др., но для каждого данного процесса они вполне определенны. Падение напряжения в столбе дуги зависит от длины £д дуги чем короче дуга, тем оно ниже. Следовательно, общее падение напряжения

£/д= a-f bLK, (2.3)

где а —постоянный коэффициент, равный Ua + UK b — падение напряжения на 1 мм длины дуги.

При сварке неплавяшимся электродом дуга горит устойчиво при Uд = 30…35 В, плавящимся — при U =18…28 В.

Для возбуждения дуги при сварке металлическим электродом необходимо напряжение 30…50 В, называемое напряжением зажигания.

Рис. 2.3 Схемы крупнокапельного (а) и струйного (б) переноса электродного металла на заготовку при короткой дуге:

а

dK— диаметр капли, d э — диаметр электрода

Под действием теплоты сварочной дуги электрод плавится, а расплавленный металл в виде капель переходит в сварочную ванну на поверхности заготовки (рис. 2.3, а). За 1 с от электрода
отделяется 20…50 капель металла примерно одинакового разме ра. Отрыв и перенос капель в дуге происходят под действием электромагнитных сил, сил тяжести, сил поверхностного натяже­ния и газовых потоков. При больших плотностях тока, например при сварке в защитных газах, капельный перенос металла мо­жет переходить в струйный (рис. 2.3,6), что способствует улуч­шению условий формирования шва.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий

plazmorez.com