Сварочная дуга. Сварочные материалы

Сварочная дуга — электрический дуговой разряд в ионизированной смеси газов, паров металла и компонентов, входящих в состав электронных покрытий, флюсов и т. д.

В зависимости от схемы подвода сварочного тока, условий горения сварочной дуги и других признаков различают сварочные дуги следующих видов: дуга прямого действия, когда она горит между электродом и свариваемым металлом; дуга косвенного действия, когда она горит между двумя электродами, а свариваемый металл не включен в электрическую цепь; дуга между двумя плавящимися электродами и свариваемым изделием; сжатая дуга и др.

Для возбуждения дугового разряда и получения начальной ионизации обычно два электрода или электрод и деталь сводят до соприкосновения, а затем быстро разводят. Ток между электродами проходит через мелкие неровности на торцах и разогревает их до расплавления. При быстром разведении электродов расплавляемые мостики растягиваются и сужаются. В результате этого при высокой температуре паров металла наступает ионизация промежутка и возникает дуговой разряд. Наименьшими потенциалами ионизации обладают щелочноземельные металлы (калий, кальций) и их соединения, которые входят в состав электродных покрытий. Разряд поддерживается далее как стационарная устойчивая дуга, если сохраняются факторы, вызывающие ионизацию дугового промежут­ка. Если между электродами существует достаточная разность потенциалов, то полет заряженных частиц ориентируется электрическим полем и устанавливается стабильная дуга. Области дуги, в которых температура ее столба снижается до температуры расплавленного или нагретого металла, называют приэлектродными областями. В них протекают процессы, резко отличающиеся от процессов в столбе дуги. Энергия, выделяющаяся в этих областях, расходуется на плавление металла детали и плавящегося электрода или на плавление металла и нагрев неплавящегося электрода.

В катодной области скапливаются положительные ионы, а в анодной — электроны. В связи с этим в приэлектродных областях создаются условия для резкого возрастания напряженности электрического поля у катода. Возникаемые активные (катодные) пятна блуждают по поверхности торца, вызывая пространственное изменение расположения столба дуги.

В анодной области при горении дуги создается отрицательный объемный заряд и ионизации практически не происходит. Энергия, выделяемая в анодной области при прямой полярности, расходуется на плавление металла анода.

Напряжение дуги ил есть сумма падений напряжений в анодной или катодной 17К областях и столбе дуги U_c, т. е.

Для дуг с плавящимся электродом при нормальных режимах

Зависимость напряжения дуги от сварочного тока называют статической (вольт-амперной) характеристикой дуги. При малых значениях силы тока (область I) она падающая (рис. 3.13, а). При средних значениях (ручная сварка) напряжение дуги не зависит от силы тока (область II), поэтому характеристика получается жесткой. На­пряжение  дуги, В,

Следовательно, напряжение дуги при всех прочих равных условиях зависит от длины дуги.

Возрастающая статическая характеристика дуги (область III) по­лучается при большой силе тока (автоматическая наплавка под флюсом, сварка в среде защитных газов).

Устойчивость системы источник питания — дуга. Свойства источника питания определяются его внешней характеристикой, представляющей собой зависимость изменения напряжения источника от силы сварочного тока (рис. 3.13,6). Крутопадающая харак­теристика 1 применима для ручной дуговой сварки, пологопадающая 2—для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом, жесткая 3 и возрастающая 4 — для сварки в защитных газах. Свойства дуги также определяются зависимостью изменения напряжения дуги (рис. 3.13, в) от сварочного тока, т. е. статической характеристикой системы источник питания — дуга, которая должна находиться в установившемся состоянии (определяется точками А2 и А1). Пересечение внешней характеристики 1 (см. рис. 3.13, б) с осью ординат определяет напряжение холостого хода источника их, а с осью абсцисс — силу тока короткого замыкания I_K. Точку А2 (см. рис. 3.13, в) называют точкой зажигания дуги, а точку А1 — точкой устойчивого горения, куда дуга автоматически стремится попасть. Так, если по какой-либо причине увеличивается сила тока, то на­пряжение источника будет меньше напряжения дуги. Ток уменьшается, и режим горения дуги восстанавливается.

Если статическая характеристика дуги падающая, то для ее устойчивого горения внешняя характеристика источника питания должна быть более крутопадающей.

Отношение тока короткого замыкания I_К к рабочему току I_Р на­зывают коэффициентом дробности Д источника питания. Он характеризует устойчивость горения дуги и работы источника свароч­ного тока. Это отношение должно быть равно 1,1... 1,5 и не превышать двух. Напряжение зажигания дуги из должно быть равно 1,3...2,5 напряжения дуги ип. Напряжение холостого хода источника питания должно быть в 2...3 раза выше напряжения дуги. Температура нагрева зависит от материала катода, состава газового промежутка, диаметра электрода и температуры окружающей среды.