?и <

3;1. Сварочная дуга, ее физические. ' и электрические свойства

Сварочная дуга представляет собой электрический разряд в ионизированной смеси газов, паров металлов и компонентов, вхо­дящих в состав электродных покрытий, флюсов и т. д. Для обра­зования этого разряда воздушный промежуток между электро­дами должен быть ионизирован, так как проводит электрический ток. Газы ионизируются различными путями. Для процессов сварки наиболее востребованной является тепловая ионизация. Если ионизированные газы находятся в электрическом поле, то подвижные газовые ионы приходят в движение и создают электрический ток. Система находится в динамическом равно­весии, заключающемся в том, что в каждую единицу времени восстанавливается столько же молекул из ионов (молизация, рекомбинация), сколько распадается. При прекращении действия ионизирующих факторов электропроводность исчезает и ток прек­ращается.

При сварке для возбуждения дугового разряда начальная ионизация достигается путем соприкосновения двух электродов (электрод и деталь), а затем их быстрого разведения. В момент соприкосновения электродов при достаточно большой силе тока металл в зоне контакта расплавляется и частично испаряется, в результате происходит ионизация газа между концами электродов настолько значительная, что даже при несущественной разнице потенциалов возникает дуговой разряд. Разряд поддерживается далее как устойчивая дуга в том случае, если сохраняются фак­торы, обеспечивающие ионизацию дугового промежутка. При на­греве металла поверхности электродов электроны получают при­ращение кинетической энергии, достаточное для того, чтобы покинуть поверхность катода, т. е. наблюдается термоэлектронная

эмиссия. Вылетающие электроны, сталкиваясь с молекулами па­ров и газов в дуговом промежутке, расщепляют их па положитель­ные и отрицательные ионы. Если между электродами имеется, достаточно сильное электрическое ноле, то заряженные частицы ориентируются нолем и устанавливается стабильный дуговой раз­ряд. В момент зажигания дуги концы электродов еще недостаточно разогреты и для поддержания дугового разряда необходима повы­шенная кинетическая энергия электронов, которая может быть получена при увеличении мощности электрического поля, т. е. некотором повышении напряжения между электродами сравни­тельно с тем напряжением, которое необходимо/утя поддержания дуги в установившемся состоянии.

С повышением силы тока в дуге возрастает электропроводность газа, т. е. уменьшается сопротивление дугового промежутка, вслед­ствие чего та часть общего напряжения цени, которая приходится на дуговой промежуток, падает. Таким образом, для поддержания большего тока в дуге требуется меньшее напряжение, чем для поддержания меньшего тока. Для дугового разряда, ток которого превышает 50 А (обычно используемый при дуговой сварке), на­пряжение на дуге постоянной длины сохраняется практически постоянным. Это явление объясняется тем, что электропровод­ность дугового промежутка при росте силы тока /со 50 А возрастает быстрее роста тока, а после 50 А электропроводность повышается прямо пропорционально росту тока, так как, начиная примерно с 50 А, площадь сечения столба дуги и электродных пятен изме­няется прямо пропорционально силе тока. При этом плотность тока и падение напряжения по всей длине столба дуга сохраняется практически достоянными при любом значении сварочного тока при условии поддержания постоянной длины дуги.

При больших плотностях тока в электроде, когда катодное пятно занимает всю площадь торца электрода, сечение столба дуги практически остается постоянным, в результате повышается плот­ность тока и градиент потенциала.

Общее напряжение дуги f/, определяется как сумма падений напряжения в трех ее областях (рис. 3.1)

где иЛ, 1’к, ис, {'а - падение напряжения соответственно на дуге, катоде, в столбе дуги и на аноде; 1Л - сила тока дуги, А.

Зависимость напряжения дуги от силы сварочного тока назы­вают статической, вольт-амперной характеристикой дуги (ВАХ). Ес внешний вид представлен на рис. 3.2. Как видно из рисунка, при малых значениях силы тока (область /) статическая харак­теристика дуги падающая. При средних значениях силы тока (при ручных и механизированных способах сварки) напряжение на дуге нс зависит от силы тока (область //). Возрастающая часть статической ВАХ дуги (області»

III) используется при большой силе тока (механизированная сварка под флюсом, сварка в защитных газах).

Источники тока сварочной ду­ги должны иметь регулирующие

устройства, обеспечивающие по - - too юоо /„ а

лучение нескольких внешних ха- Вис. 3.2. Общий вид НОЛЫ-ампирной ха

рактсристмк, ПОЗВОЛЯЮЩИХ вы - рактсрисгшаї открытой душ: / нони - 1 жеппая плотность тока; // - обычная

ПОЛНИТЬ СВарКу В широком диаиа - плотность тока; III — повышенная нлот-

зонс режимов. 1ЮС№ тока