Для защиты расплавленного металла в зону горения дуги часто специально вводят газы (табл. 2). Рассмотрим, как они будут влиять на условия горения дуги при аргонодуговой сварке и сварке в среде угле­кислого газа.

Введение газа приводит к охлаждению катода и столба дуги, что является причиной относительно ускоренного прекращения эмиссии электронов с катода и падения проводимости межэлектродного промежутка после уга­сания дуги, вследствие чего повторное зажигание дуги в каждом полупериоде тока еще больше затрудняется. Но различные газы по-разному влияют на условия зажи­гания и горения дуги переменного тока. Рассмотрим влия­ние некоторых из них.

Инертные газы. Аргон, а особенно гелий, имеют вы­сокий потенциал возбуждения и потенциал ионизации,

Рис. 19. Изменение кривых тока и напряжения при го­рении дуги переменного тока между электродами с раз­личными теплофизическими свойствами: х—напряже­

ние холостого хода источни-
ка тока

поэтому зажигание дуги затруднено. Но, возникнув, дуга горит устойчиво вследствие того, что отсутствуют потери энергии на диссоциацию, имеющую место при многоатомных газах. Кроме того, атомы инертных газов имеют целиком заполненные электронами внешние ор­биты, хорошо защищающие приближающийся к атому лишний электрон от действия положительного заряда ядра, что исключает образование отрицательных ионов и снижает коэффициент рекомбинации, повышая устой­чивость дуги.

При горении дуги между электродами с разньши теп­лофизическими свойствами, например между вольфрамом и алюминием, в те полупериоды, когда катодом является вольфрам, дуговой разряд проходит в основном за счет термоэлектронной эмиссии. Благодаря высокой темпера­туре кипения и относительно низкой теплопроводности вольфрама напряжение зажигания невелико, и дуга горит при меньшем напряжении (рис. 19). В те полу - нериоды, когда катодом является алюминий (обратная

полярность), напряжение зажигания дуги относительно нелико. Зажигание дуги в обоих случаях происходит с некоторым опозданием, и кривая напряжения дуги имеет несимметричную форму; в ней имеется постоянная составляющая, которая вызывает появление в сварочной цепи постоянной составляющей тока, значение которой тем больше, чем больше разница в теплофизических свой­ствах материала электрода и изделия. Если при указан­ных условиях сварки в цепь дуги включить амперметр постоянного тока, то отклонение стрелки его будет про­порционально составляющей постоянного тока.

Постоянная составляющая сварочного тока создает постоянное магнитное ноле в сердечнике трансформатора и дросселя. Это ухудшает устойчивость дуги и отрица­тельно сказывается на технологических свойствах ее. Тогда даже незначительное содержание Оа и N2 в аргоне приводит к образованию тугоплавкой пленки окислов и нитридов на поверхности алюминиевого сплава в месте сварки, препятствующей сплавлению кромок и форми­рованию шва.

Для полного или частичного устранения составляю­щей постоянного тока в сварочную цепь последовательно включают следующие элементы: конденсаторы, активное и индуктивное сопротивление и другие устройства.

Сварочная дуга, горящая между вольфрамовым элек­тродом и изделием в инертных газах, обладает способ­ностью к катом ному распылению, заключающемуся в том, что под действием положительных ионов, бомбардирую­щих катод (изделие), с поверхности сварочной ванны и соседних относительно холодных зон происходит выры­вание (испарение) частиц металла. Вместе с ними уда­ляются окисные пленки, даже такие тугоплавкие как А1о03, чтсГ улучшает условия сварки.

В среде аргона наблюдается более интенсивное катод­ное распыление, чем в среде гелия.

Углекислый газ. Под действием теплоты сварочной дуги углекислый газ С0.2 диссоциирует на окись углерода и атомарный кислород, и атмосфера дуги насыщается кис­лородом, имеющим большой потенциал ионизации и большое сродство к электрону (см. табл. 1). Вследствие большого сродства к электрону атомы кислорода захва­тывают электроны, образуя отрицательные ионы, которые, соединяясь с положительными ионами, рекомбини­руют.

Захват электронов атомами кислорода и нейтрализа­ция положительных ионов приводят к уменьшению об­щего количества заряженных частиц в дуговом проме­жутке, а уменьшение количества положительных ионов уменьшает положительный объемный заряд у катода, и электроны не получают должного ускорения в катодной области.

Электроны, обладающие меньшей кинетической энер­гией, легче захватываются атомами кислорода и поло­жительными ионами, и в результате степень ионизации резко падает. При питании дуги переменным током это еще усугубляется и тем, что часть отрицательных ионов, накапливаясь у анода, увеличивает объемно-отрицатель­ный заряд у анода, и в момент смены полярности, когда объемные заряды у катода и анода устремляются друг к другу, рекомбинируют. В связи с этим деионизация газов в столбе дуги, в котором находятся атомы кислорода, будет больше, чем в дуге переменного тока, в которой отсутствуют элементы, имеющие большое сродство к элек­трону. Поэтому переменный ток для сварки в углекислом гаде почти не применяется, а применяется постоянный ток преимущественно обратной полярности.