Электрическая дуга при сварке - стабильная, но изменчивая


Во время проведения электродуговой сварки между двумя проводниками электричества - сварочным электродом и металлической свариваемой деталью возникает продолжительный (длящийся) электрический разряд. Собственно, этот разряд и принято называть электрической дугой - хотя, при сварке разряд имеет, как правило, другую форму.

 

Как выглядит разряд?

При значительной силе подаваемого тока потоки положительно и отрицательно заряженных частиц между оконечностями разряда вызывают сильную ионизацию воздушной прослойки, что обуславливает устойчивое непрерывное горение сварочной дуги. Визуально сварочную дугу можно представить в виде сияющего столба, верхний край которого касается сварочного электрода, а основание расположено в небольшом углублении, которое образуется на поверхности расплавленного разрядом металла - так называемой ванны. При сварке постоянным током прямой полярности, когда к детали подключён положительный, а к электроду - отрицательный полюс выходов сварочного аппарата, вполне логично называть место соединения электрода и столба - катодным пятном, а основание - анодным. При этом диаметр анодного пятна больший в сравнении с катодным в полтора-два раза, то есть столб разряда имеет, грубо говоря, форму усечённого конуса с более широким основанием (см. рис.1).

Сварочная  дуга (столб) окружена ореолом пламени, который образуется раскалёнными газами, образующимися в зоне сварки под действием сверхвысоких температур и вызванных ими химических процессов. Пламя вокруг дуги и сама электрическая дуга при сварке производят световое излучение широкого спектра (в том числе ультрафиолетового) и большой мощности, что делает необходимым использование защитных средств: светофильтров, лицевых масок и спецодежды.

 

 Схематическое изображение места сварки

 

Физика процесса.

 Электрическая дуга имеет высокую, до 5000 С, температуру и, соответственно, выделяет большое количество тепловой энергии. Не смотря на это, выделяемая тепловая энергия имеет высокую степень концентрации, то есть даже на небольшом расстоянии от места сварки температура металла изделия остаётся относительно низкой. Под действием высоких температур электрической дуги металл изделия расплавляется на определённую глубину, которую называют "глубиной проплавления" или же "проваром". Глубина провара (см. рис.1) зависит от нескольких факторов, в том числе и от состава свариваемого сплава, и от мощности подаваемого электрического тока.

Величина напряжения в электрической дуге зависит, прежде всего, от расстояния между катодом и анодом. Увеличение расстояния при той же силе тока ведёт к снижению величины напряжения в дуге. Это связано с тем, что газовая атмосфера между концами дуги обладает собственным электрическим сопротивлением, а увеличение сопротивления требует соответствующего увеличения напряжения в сети. Тем не менее, для поддержания горения дуги между сварочным электродом и деталью достаточно довольно низкого напряжения. Значительно больший импульс требуется для первичного образования дуги, "поджига" - дело в том, что для образования ионизированного канала (т.н. "пробоя") между электродами цепи требуется значительная энергия. Физику процесса легче продемонстрировать при помощи графика (см. рис. 2). В момент поджига напряжение дуги составляет значительную величину, но быстро падает до показателей, необходимых для поддержания устойчивого горения. Последующее увеличение силы тока влияет на температуру в точке сварки, но не на устойчивость горения дуги.

 

График

 

Факторы, влияющие на процесс.

Под устойчивым горением принято понимать такой режим электрической дуги, при котором процесс сварки проходит равномерно, без скачков и тем более срывов, требующих повторного поджига дуги. Устойчивость зависит от многих факторов, включая полярность и род тока, размер промежутка между электродом и деталью, состав сплава детали, вид и состав покрытия электрода. К примеру, при использовании переменного тока устойчивость горения ниже, что вызвано наличием фазовых переходов. Это обстоятельство компенсируется специальным покрытием электрода - газы, выделяемые при его нагреве, наоборот, способствуют правильному горению дуги.

В обычных условиях электрическая дуга при сварке проходит по кратчайшему расстоянию между электродом и сварочной поверхностью. Но прохождение электрического тока по элементам цепи, включая металл детали, вызывает возникновение электромагнитного поля, которое способно вызвать отклонение столба дуги от прямой. Образно этот процесс можно сравнить с колебанием пламени на ветру. Для того чтобы минимизировать такие проявления, следует присоединять сварочный электрод ближе к точке сварки, что снижает напряжение поля и, соответственно, силу его воздействия.

Читайте также:

Сварные конструкции сегодня можно встретить в самых разных сферах производства. Например, невозможно найти ни одного здания, при создании которого не применялись бы сварные конструкции. Именно поэтому к технологиям производства самых разных сварных конструкций предъявляются повышенные требования. И при этом каждая конструкция, в зависимости от ее особенностей, требует отдельного комплексного подхода.

В данной статье автор попытался дать довольно детальный ответ на вопросы: «что такое ток сварочной дуги, и какие бывают виды тока?». Простыми словами о том, что обычно пишут в учебниках о токе сварочной дуги. Рассматривается дуга постоянного и переменного токов.

В этой статье ознакомимся с нормированием сварочной работы, с организацией рабочего места и труда, которые сильно влияют на производительность труда, посмотрим основные формулы, которые помогут рассчитать нормы работы.

Рекомендовано: