ТЕОРИЯ сварочных процессов

Сварочные дуги с плавящимся электродом

Распределение энергии в сварочных дугах, их энергетическая структура определяются рядом факторов, главнейшие из которых следующие:

1) состав плазмы, размеры и условия стабилизации столба дуги;

2) материал, размеры и форма электродов (особенно катода).

Кроме того, большое влияние на распределение энергии в сва­рочных дугах оказывает режим сварки: плотность тока, сила тока, полярность, наличие импульсов, их амплитуда и частота, динами­ческие характеристики источника питания и т. п. Все эти факторы взаимосвязаны.

Основными технологическими применениями Me-дуг явля­ются сварка и резка плавящимся электродом. Me-дуги используют при сварке электродами без покрытия и с покрытием, при сварке порошковыми электродами и проволоками, при сварке под флю­сом и в защитных газах (СО2, Аг, Не), а также при сварке в вакуу­ме. Защитные среды для металлических дуг в большинстве слу­чаев обеспечивают широкие возможности регулирования метал­лургических процессов при сварке.

Ручная сварка Me-дугой ведется обычно электродами диамет­ром 2...6 мм на постоянном и переменном токах 100...300 А при

2

плотностях тока по сечению электрода j < 20 А/мм в любом про­странственном положении. Широко применяются электроды с качественными обмазками (покрытиями), поэтому поверхность катода предлагается рассматривать как сложную систему, состоя­щую из расплавленного металла и шлаковых пленок. Перенос металла в дуге крупнокапельный, обычно с короткими замыка­ниями. КПД дуги составляет около 75 %. Анализ энергетической структуры таких дуг показывает, что мощность в столбе дуги со­ставляет примерно от 7 до 30 % общей мощности дуги (табл. 2.5).

Остальная мощность выделяется в приэлектродных областях. Значение UK + £/а определяли из опытов экстраполированием пря­мой по уравнению Айртона £/д = а + ЫА (рис. 2.47).

Важным фактором при ручной сварке является устойчивость дуги. На нее оказывают влияние внутренние условия в самой дуге

(состав и свойства плазмы) и внешние условия - статические и динамические свойства источника питания и характе­ристики электрической цепи, опреде­ляющие в большой мере переходные процессы в дуге. Наиболее известна оценка устойчивости дуги по ее раз-

Рис. 2.47. Прямая t/д = и + РЬІВН0Й ДЛИНЄ W Чем «О"™' Р»

+ «д и схема определения рывная длина дуги, тем выше ее UK + t/a устойчивость (см. табл. 2.5).

Многие авторы указывают, что введение в дугу элементов с низким потенциалом ионизации Uj (в первую очередь щелочных металлов) повышает ее устойчи­вость. Введение таких элементов облегчает возбуждение дуги, го­рение ее на переменном токе, а также стабилизирует положе­ние катодного пятна и изменяет характер дуги на постоянном то­ке. При достаточной концентра­ции этих элементов можно полу­чать диффузионную привязку

дуги на катоде, что существенно влияет на характер плавления и переноса электродного материала.

Считается, что пары легкоионизируемых элементов попадают в столб дуги и повышают степень ионизации в нем. Объяснение действия элементов-ионизаторов можно связать с их воздействием на работу выхода электронов с катода, поскольку значение <р тесно связано с потенциалом ионизации. Пары элементов-ионизаторов попадают в катодную область, понижают работу выхода электро­нов с катода, что снижает катодное падение потенциала, повышает электропроводность катодной области и устойчивость дуги в це­лом. Анодное падение мало изменяется и, как уже отмечалось, со­ставляет в Ме-дугах 2,5 ± 0,5 В. При уменьшении UK + £/а увели­чивается градиент напряжения в дуге (рис. 2.48). Это, например, облегчает сварку на автоматах с регуляторами напряжения дуги. Введение элементов-ионизаторов приводит к уменьшению мощ­ности, выделяемой в приэлектродных областях, и к увеличению доли энергии, затрачиваемой в столбе дуги. Производительность расплавления при этом обычно снижается.