Дугой называется длительный электрический разряд между двумя электродами в ионизированной смеси газов и паров, харак­теризующийся высокой плотностью тока и малым напряжением. Дуга состоит из трех основных частей — анодной 6 и катодной 8 областей и столба 7 (рис. 2.1). В процессе горения дуги на по­верхностях электрода и основного металла обра­зуются активные пятна, через которые проходит весь ток дуги.

Активное пятно, находя­щееся на катоде, назы­вается катодным, нахо­дящееся на аноде, — анодным.

Под электриче­ским разрядом по­нимают прохождение то­ка через газовую среду.

Различают дуговой, ис­кровой, коронный и тле­ющий электрические раз­ряды При сварке ис­пользуют дуговой раз­ряд, представляющий со­бой устойчивый электри­ческий разряд в ионизи­рованной атмосфере га­за и паров металла. При недостаточной мощности источника тока происходит искровой—кратковременный электрический разряд. Коронный разряд образуется в сильно неоднородных электриче­ских полях и проявляется в виде интенсивного свечения ионизи­рованного газа. Тлеющий разряд возникает при низких давлени­ях газа (например, в лампах дневного света).

Образование дуги начинается с ее зажигания, которое может осуществляться одним из двух способов. 1) электрод приближа­ют к заготовк. на расстояние 3...6 мм и в сварочную цепь па короткое время подключают источник высокочастотного перемен­ного тока высокого напряжения (осциллятор); после зажигания дуги цепи переключают на основной источник питания; 2) зажи-

гание дуги осуществляется в три этапа: короткое замыкание

электрода на заготовку; отвод электрода на 3...6 мм; возникно­вение устойчивого электрического разряда. Второй способ являет­ся основным, а первый применяют только при сварке неплавя - щимся электродом.

При коротком замыкании (рис. 2.2, а) плотность тока в точ­ках контакта достигает больших значений и под действием вы­деляющейся теплоты металл в этих точках «мгновенно» расплав­ляется, образуя жидкук перемычку между основ­ным металлом и элект­родом (рис. 2.2,6). При отводе электрода от по­верхности металла жид­кая перемычка сначала растягивается, а затем разрывается, после чегс практически мгновение начинается дуговой раз­ряд через межэлектрод­ный промежуток, запол­ненный ионизированными частицами паров метал­ла, газа и электродного покрытия (рис. 2.2, в),

Источником электронов для дугового разряда является ме­талл катодного пятна, нагретый до температуры = 2400 СС. Под действием электрического поля начинается эмиссия электронов в столб дуги, где они, ионизируя нейтральные атомы, делают его электропроводным. Затраты энергии на эмиссию электронов со­ставляют ~36 % от всей затраченной энергии. Падение напряже­ния UK в катодной области достигает 10... 16 В.

Столб дуги представляет собой плазму, нагретую до 6000... ...8000 °С и состоящую из смеси электронов, нейтральных атомов, положительных и отрицательных ионов. Количество энергии, те­ряемой в столбе дуги на направленное перемещение электронов и ионизацию газов, = 21 %. Падение напряжения Uc в столбе ду­ги составляет 2... 12 В и возрастает с увеличением длины LK дуги.

Анодное пятно является местом входа и нейтрализапии на поверхности заготовки свободных электронов. Температура в анодной области, составляющая — 2600 °С несколько выше, чем в катодной, что объясняется большим количеством выделяемо^ энергии (—43 %) в результате соударений свободных электронов с поверхностью анодного пятна. Так как поверхность анодного

пятна вогнута и имеет большую площадь, чем катодного, падение анодного напряжения £/а относительно небольшое и составляет 6...8 В.

Общее падение напряжения на электрической дуге представ­ляет собой сумму падений напряжений в различных областях:

Uz = UK + Uc + Ua, (2.1)

или

£/д = (10.. .16) + (2... 12) Hr (6.. .8) - 18.. .36 В. (2.2)

Катодное и анодное падения напряжения зависят от материа­лов заготовки и электрода, свойств газовой среды и др., но для каждого данного процесса они вполне определенны. Падение напряжения в столбе дуги зависит от длины £.д дуги: чем короче дуга, тем оно ниже. Следовательно, общее падение напряжения

ия=а+Ыл. (2.3)

где а —постоянный коэффициент, равный £/а + £/к; b — падение напряжения на 1 мм длины дуги.

При сварке неплавяшимся электродом дуга горит устойчиво при (Уд = 30...35 В, плавящимся — при UR= 8...28 В.

Для возбуждения дуги при сварке металлическим электродом необходимо напряжение 30...50 В, называемое напряжением зажигания.

Под действием теплоты сварочной дуги электрод плавится, а расплавленный металл в виде капель переходит в сварочную ванну на поверхности заготовки (рис. 2.3,а). За 1 с от электрода

dK~ диаметр капли, d э— диаметр электрода

отделяется 20...50 капель металла примерно одинакового разме ра. Отрыв и перенос капель в дуге происходят под действием электромагнитных сил, сил тяжести, сил поверхностного натяже­ния и газовых потоков. При больших плотностях тока, например при сварке в защитных газах, капельный перенос металла мо­жет переходить в струйный (рис. 2.3,6), что способствует улуч­шению условий формирования шва.