Сварочная дуга — мощный электрический разряд в среде ионизированных газов и паров между электрода­ми, находящимися под напряжением. На рис. 1 схема­тически изображена дуга, питаемая постоянным током, между катодом (электродом) 1 и анодом 5. Она имеет катодную 2 и анодную 4 области, столб 3. Протяжен­ность катодной н анодной областей очень мала, боль­шую часть дуги составляет столб.

Напряжение дуги, т. е. разность потенциалов между катодом и анодом, зависит от длины дуги и силы тока, а также материалов и размеров электродов, состава и давления плазмы столба дуги. При неизменной силе тока напряжение дуги £/д зависит от ее длины /д:

= а + Ыл,

где а — сумма падения напряжения в катодной и анод­ной областях дуги; Ь — напряженность столба дуги.

При выборе источника питания решающее значение имеет характер зависимости между напряжением и си­лой тока дуги. Графическое изображение зависимости напряжения от силы тока дуги называют статической вольт-амперной характеристикой, или статической ха­рактеристикой дуги. Как видно из рис. 2, статическая характеристика сварочной дуги при постоянных диамет­ре электрода и длине дуги состоит из трех участков: падающего I, жесткого II, возрастающего III. В зависи­мости от способа сварки сварочной дуге соответствует тот или иной участок статической характеристики: при ручной сварке статическая характеристика дуги пада­ющая с переходом к жесткой, при механизированной сварке под флюсом и в углекислом газе — жесткая с переходом к возрастающей.

Источник питания сварочной дуги должен удовлет­ворять основным требованиям: обеспечивать надежное возбуждение дуги, поддерживать ее устойчивое горение, способствовать благоприятному переносу электродного металла н формированию сварного шва, а также. обес­печивать возможность настройки требуемого режима сварки.

Электрические свойства источника питания при работе в статическом режиме выражаются его внешней харак­теристикой — зависимостью между напряжением на его зажимах (клеммах) и силой тока, протекающего через сварочную цепь при нагрузке. Внешняя вольт-амперная характеристика может быть крутопадающей (а), поло­гопадающей (б), жесткой (в) и возрастающей (г) (рнс. 3). Важными параметрами источника питания яв­ляются его напряжение холостого хода Uo, ток корот­кого замыкания /*, номинальные напряжение £/„ и ток /„ (рис. 4).

При касании электродом изделия происходит корот­кое замыкание сварочной цепи, ток которого расплавля­ет и испаряет металл контактных поверхностей. Прн Последующем отрыве электрода от изделия в простран­стве, заполненном ионизированными парами и газами, под действием напряжения источника возникает свароч­ная дуга. Возбуждение дуги происходит тем легче, чем выше напряжение холостого хода источника. Для обес­печения надежного возбуждения напряжение холосто­го хода должно быть не ниже 40 В. По условиям безопасности напряжение холостого хода источников

переменного тока не превышает 80 В, постоянного то­ка — 90 В (за исключением специализированных источ­ников). Прн сварке неплавящимся электродом для воз­буждения дуги без касания на промежуток электрод — жзделне подают высоковольтный разряд от специального генератора высокочастотного напряжения — осцилля­тора.

Устойчивое горение дуги обеспечивается правильным выбором внешней характеристики источника питания (см. рис. 4). Например, при падающей статической ха­рактеристике 2 дуги источник питания должен иметь еие более крутопадающую внешнюю характеристику 1. Как видно из рнс. 4, сила тока и напряжение дуги в источника питания совпадают в точках А и В. Из них только точка А соответствует устойчивому горению ду­га. Если по какой-либо причине сила тока снизится, то напряжение источника станет больше напряжения дуги, я этот избыток приведет к увеличению силы тока, т. е. ж возврату в точку А. Если же сила тока увеличится, то напряжение источника снизится и станет меньше напряжения дуги, поэтому сила тока уменьшится и ре­жим горения восстановится. Тем самым поддерживается ■остояниый режим сварки и устойчивое горение дуги.

Точка В соответствует неустойчивому горению дуги, так как всякое случайное изменение силы тока разви­вается вплоть до обрыва дуги или до тех пор, пока аш тока ие достигнет значения, соответствующего точ­ке устойчивого горения дуги А. Следовательно, устой­
чивое горение дуги поддерживается только в той точке, где внешняя характеристика источника питания являет­ся более крутопадающей, чем статическая характеристи­ка дуги.

При жесткой статической характеристике дуги внеш­няя характеристика источника питания может быть и круто-, и пологопадающей. При возрастающей стати­ческой характеристике дуги применяют источники с жесткими внешними характеристиками.

К источникам питания переменного тока предъявля­ют дополнительные требования, связанные с понижен­ной устойчивостью дуги переменного тока. При частоте 50 Гц напряжение источника в течение секунды 100 раз снижается до нуля, при этом дуга угасает. После каж­дого такого угасания дуга может возбудиться лишь при повышенном напряжении, называемом напряжением повторного возбуждения. Если напряжение источника недостаточно велико, повторного возбуждения может не произойти, и в горении дуги наступают значительные перерывы. Для надежного повторного возбуждения дуги переменного тока необходимо увеличивать силу тока и напряжение холостого хода источника, а также при­менять источники с большой индуктивностью.

При ручной сварке все возможные способы регулиро­вания силы тока и напряжения дуги можно свести к двум; изменению напряжения холостого хода UB и сопротивления Z источника. Если увеличить напряжение холостого хода источника питания (рис. 5, а), его ха­рактеристика сместится вправо и пересечется с харак­теристикой дуги при больших токах. Если увеличить сопротивление источника питания, что соответствует смещению его характеристики влево (рис. 5, б), то энер­гия, отдаваемая источником питания дуге, уменьшится, сила тока снизится. При механизированной сварке ис­точником регулируют напряжение дуги, сила тока в этом случае задается скоростью подачи электродной проволоки автомата.

При ручной сварке покрытыми электродами исполь­зуют источники питания постоянного и переменного то­ка с крутопадающими внешними характеристиками (см. рис. 4). Благодаря повышенному напряжению холостого хода обеспечивается надежное первоначальное и пов­торное возбуждение дуги. При сочетании крутопада­ющей характеристики источника с жесткой характерис­тикой дуги выполняется условие устойчивости. Посколь-

ку на рабочем участке (область точки А) характеристи­ка источника близка к вертикальной, то при увеличении длины дуги и ее напряжения сила тока уменьшается незначительно. За счет этого обеспечиваются высокая устойчивость горения, эластичность сварочной дуги и стабильный режим сварки. При крутопадающей внеш­ней характеристике сила тока короткого замыкания сравнительно невелика, поэтому разбрызгивание элект - тродного металла при капельном переносе мало.

При сварке под флюсом применяются автоматические системы с постоянной скоростью подачи проволоки, ра­ботающие по принципу саморегулирования дуги. Он за­ключается в том, что при большой силе тока и неболь­шом диаметре электрода в дуге самопроизвольно устанавливается такая сила тока, при которой скорость плавления проволоки равна скорости ее подачи. При внезапном удлинении дуги сила сварочного тока умень­шается, и снижается скорость плавления проволоки. В результате возникшее отклонение длины дуги умень­шается, а сила тока увеличивается до тех пор, пока не восстановятся исходные длина и сила тока дуги. Аналогичные процессы происходят при укорачивании дуги.

Чем больше отклонение силы сварочного тока, тем легче саморегулирование дуги. При изменении длины дуги отклонение силы тока тем больше, чем меньше наклон внешней характеристики источника. Поэтому ис­точник для сварки под флюсом должен иметь полого - иадающую внешнюю характеристику (см. рис. 3). При этом обеспечиваются надежное первоначальное и пов­торное возбуждение и устойчивое горение дуги. Сила тока зависит от скорости подачи проволоки и поэтому настраивается механизмом ее подачи сварочного аппа­рата.

При механизированной сварке в углекислом газе ис­пользуют источники постоянного тока с жесткой внеш­ней характеристикой. Постоянный ток необходим для улучшения условий возбуждения дуги. Жесткая Харак­теристика обеспечивает' устойчивость горения дуги и стабильность процесса сварки. Для уменьшения раз­брызгивания электродного металла последовательно с источником включают дроссель со значительной индук­тивностью, ограничивающей пиковое значение силы то­ка короткого замыкания. Величина напряжения дуги регулируется источником, а сила сварочного тока — полуавтоматом.