Електрична зварювальний дуга і її властивості
Світло дуги сліпуче яскравий і використовується в різних освітлювальних приладах. Дуга випромінює велику кількість видимих і невидимих теплових (інфрачервоних) і хімічних (ультрафіолетових) променів. Невидимі промені викликають запалення очей і обпалюють шкіру людини, тому для захисту від них зварювальники застосовують спеціальні щитки і спецодяг.
Залежно від середовища, в якій відбувається дугового розряд, розрізняють наступні зварювальні дуги:
1. Відкрита дуга. Горить в повітрі. Склад газового середовища зони дугі- повітря з домішкою парів металу, що зварюється, матеріалу електродів і електродних покриттів.
2. Закрита дуга. Горить під шаром флюсу. Склад газового середовища зони дуги - пари основного металу, матеріалу електрода і захисного флюсу.
3. Дуга з подачею захисних газів. В дугу подаются.под тиском різні гази - гелій, аргон, вуглекислий газ, водень, світильний газ і різні суміші газів. Склад газового середовища в зоні дуги - атмосфера захисного газу, пари матеріалу електрода і основного металу.
Харчування дуги може здійснюватися від джерел постійного або змінного струму. У разі живлення постійним струмом розрізняють дугу прямої полярності (мінус джерела живлення на електроді, плюс - на основному металі) і зворотної полярності (мінус на основному металі, плюс на електроді). Залежно від матеріалу електродів дуги розрізняють з плавким (металевим) і неплавким (вугільним, вольфрамовим, керамічним і ін.) Електродами.
При зварюванні дуга може бути прямої дії (основний метал бере участь в електричному ланцюзі дуги) і непрямого впливу (основний метал не бере участі в електричному ланцюзі дуги). Дуга побічної дії застосовується порівняно мало.
Щільність струму в зварювальної дузі може бути різна. Застосовуються дуги з нормальною щільністю струму - 10-20 а / мм2 (звичайна ручна зварювання, зварювання в деяких захисних газах) і з великою щільністю струму - 80-120 а / мм2 і більше (автоматична, напівавтоматична зварювання під флюсом, в середовищі захисних газів ).
Виникнення дугового розряду можливо тільки в разі, коли газовий стовп між електродом і основним металом буде іонізований, т. Е. Буде містити іони і електрони. Це досягається тим, що газової молекулі або атому повідомляється відповідна енергія, звана енергією іонізації, в результаті чого з атомів і молекул виділяються електрони. Середу дугового розряду можна уявити газовим провідником електричного струму, мають круглоціліндріческіх форму. Складається дуга з трьох областей - катодна область, стовп дуги, анодная область.
Під час горіння дуги на електроді і основному металі спостерігаються активні плями, які представляють собою нагріті ділянки на поверхні електрода і основного металу; через ці плями проходить весь струм дуги. На катоді пляма іменується катодних, на аноді - анодним. Перетин середній частині стовпа дуги трохи більше розмірів катодного і анодного плям. Його розмір відповідно залежить від розмірів активних плям.
Напруга дуги змінюється в залежності від щільності струму. Ця залежність, зображена графічно, називається статичною характеристикою дуги. При малих значеннях щільності струму статична характеристика має падаючий характер, т. Е. Напруга дуги зменшується в міру збільшення струму. Це обумовлено тим, що зі збільшенням струму площа перетину стовпа дуги і електропровідність збільшуються, а щільність струму і градієнт потенціалу в стовпі дуги зменшуються. Величина катодного і анодного падінь напруг дуги не змінюється від величини струму і залежить тільки від матеріалу електрода, основного металу, газового середовища та тиску газу в зоні дуги.
При щільності струму зварювальної дуги звичайних режимів, які застосовуються при ручному зварюванні, напруга дуги не залежить від величини струму, так як площа перетину стовпа дуги збільшується пропорційно току, а електропровідність змінюється досить мало, і щільність струму в стовпі дуги практично залишається постійною. При цьому величина катодного і анодного падінь напруг залишається незмінною. У дузі великої щільності струму при збільшенні сили струму катодна пляма і перетин стовпа дуги не можуть збільшуватися, хоча щільність струму зростає пропорційно силі струму. При цьому температура і електропровідність стовпа дуги дещо підвищуються.
Напруга електричного поля і градієнт потенціалу стовпа дуги будуть зростати зі збільшенням сили струму. Катодне падіння напруги збільшується, внаслідок чого статична характеристика носитиме зростаючий характер, т. Е. Напруга дуги зі збільшенням струму дуги буде зростати. Зростаюча статична характеристика є особливістю дуги високої щільності струму в різних газових середовищах. Статичні характеристики відносяться до сталого стаціонарного стану дуги при незмінній її довжині.
Стійкий процес горіння дуги при зварюванні може відбуватися при дотриманні певних умов. На стійкість процесу горіння дуги впливає ряд факторів; напруга холостого ходу джерела живлення дуги, рід струму, величина струму, полярність, наявність індуктивності в ланцюзі дуги, наявність ємності, частота струму і ін.
Сприяють поліпшенню стійкості дуги збільшення струму, напруги холостого ходу джерела живлення дуги, включення індуктивності в ланцюг дуги, збільшення частоти струму (при харчуванні змінним струмом) і ряд інших умов. Стійкість може бути також істотно покращено за рахунок застосування спеціальних електродних обмазок, флюсів, захисних газів і ряду інших технологічних факторів.