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.
|
1 — электрод. 2,5 — катодное и анодное пятна, 3 — сварочная ванна, 4 — заготовка, 6, 8— анодная и катодная области, 7 — столб дуги; U-Л— анодное напряжение, £7К—катодное напряжение, напряжение дуги, £'с — напряжение столба, — длина дугн |
Под электрическим разрядом понимают прохождение тока через газовую среду. 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 заготовк на расстояние 3...6 мм н в сварочную иепь па короткое время подключают источник высокочастотного переменного тока высокого напряжения (осциллятор); после зажигания дуги цепи переключают на основной источник питания; 2) зажигание 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» расплавляется, образуя жидкук перемычку между основным металлом и электродом (рис. 2.2,6). При отводе электрода от поверхности металла жидкая перемычка сначала растягивается, а затем разрывается, после чегс практически мгновение начинается дуговой разряд через межэлектродный промежуток, заполненный ионизированными частицами паров металла, газа и электродного покрытия (рис. 2.2, в), 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..Л 6 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.
|
Рис. 2 2. Схема образования дуги: А — короткое замыкание, б — образование перемычки (шейки), в — возникновение ауги; 1 — металл, 2 — электрическая дуга, 3 — электрод, Ід—Длина дуги (расстояние от торца электрода до поверхности сварочной ванны) |
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 выделяемо! энергии (~43 %) в результате соударений свободных электронов с поверхностью анодного пятна. Так как поверхность анодногопятна вогнута и имеет большую площадь, чем катодного, падение анодного напряжения U& Относительно небольшое и составляет 6 ..8 В.
Общее падение напряжения на электрической дуге представляет собой сумму падений напряжений в различных областях:
Uz = UK + Uc + Ua, (2.1)
Или
UП = (10... 16) + (2... 12) - (6.. .8) = 18. . .36 В. (2.2)
Катодное и анодное падения напряжения зависят от материалов 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
ИЛ=а+Ыл, (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 £/д=18...28 В.
Для возбуждения дуги при сварке металлическим электродом необходимо напряжение 30...50 В, называемое напряжением зажигания.
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.
