Євген костенко - зварювальні роботи практичний посібник для електрогазозварника - стор 6

Електричні заряди в зварювальної дузі переносяться зарядженими частинками - електронами, а також позитивно і негативно зарядженими іонами. Процес, при якому в газі утворюються позитивні і негативні іони, називається іонізацією, а такий газ - іонізованим. Запалювання дуги при зварюванні плавиться починається з короткого замикання електрода з основним металом. Через шорсткості поверхні електродів торкання при короткому замиканні відбувається окремими виступаючими ділянками, які миттєво розплавляються під дією теплоти, що виділяється, утворюючи рідку перемичку між основним металом і електродом. При відведенні електрода рідка перемичка розтягується, перетин її зменшується, електричний опір і температура зростають. Коли розплавлений метал перемички досягає температури кипіння, пари металу легко іонізуються і виникає дуга. Виникнення дуги триває долі секунди.

Дуга, що горить між електродом і виробом на повітрі, називається вільною. Вільна дуга (рис. 13) складається з трьох зон: катодного з катодним плямою, службовцям для емісії (виходу) електронів; анодної з анодним плямою, бомбардир електронним потоком, і стовпа дуги, який займає проміжне положення між катодного і анодного зонами.

Мал. 13. Схема будови вільної дуги: 1 - електрод; 2 -катодная зона; 3 -столб дуги; 4 -анодная зона; 5 - виріб; / Д - довжина дуги (відстань між торцем електрода і поверхнею зварювальної ванни)

Температура в зоні стовпа дуги при зварюванні досягає 6 000-7 000 ° С в залежності від щільності зварювального струму. Зварювальні дуги класифікуються:

по застосовуваних електродів - дуга з плавиться і з не плавиться,;

за ступенем стиснення дуги - вільна і стисла дуга;

за схемою підведення зварювального струму - дуга прямого і непрямого дії;

за родом струму - дуга змінного струму (однофазна і трифазна) і дуга постійного струму;

по полярності постійного струму - дуга на прямий полярності і дуга на зворотній полярності;

по виду статичної вольтамперної характеристики - дуга з падаючої, жорсткої і зростаючої характеристикою (рис. 14).

Дугу називають "короткій", якщо довжина її становить 2-4 мм. Довжина "нормальної" дуги 4-6 мм. Дугу довжиною понад 6 мм називають "довгою".

Мал. 14. Статична вольт-амперна характеристика дуги в загальному вигляді

1. Назвіть три основні стани речовини і в чому їх відмінність.

2. Чому гази в звичайних умовах не проводять електричний струм?

3. Що називають зварювальної дугою?

4. Чим переносяться електричні заряди в зварювальної дузі?

8. Які дуги називаються "короткими", "нормальними" і "довгими"?

2. Умови запалювання і стійкого горіння дуги

Зварювальний дуга повинна мати певні технологічні умови, що забезпечують її швидке запалювання, стійке горіння, малу чутливість до змін її довжини в певних межах, швидке повторне запалення (збудження) після обриву, необхідне проплавлення основного металу.

Умови запалювання і стійкого горіння дуги залежать від таких факторів, як склад обмазки при зварюванні штучними електродами, рід струму (постійний чи змінний), пряма або зворотна полярність при зварюванні на постійному струмі, діаметр електрода, температура навколишнього середовища.

Для запалювання дуги потрібна напруга більше за величиною, ніж напруга для горіння дуги. Напруга, що підводиться від джерела живлення до електродів при розімкнутої зварювального кола, є напругою холостого ходу. При зварюванні на постійному струмі напруга холостого ходу не перевищує 90 В, а на змінному струмі - 80 В. В момент горіння дуги напруга, що подається від джерела живлення, значно знижується і досягає величини, необхідної для стійкого горіння дуги. У процесі горіння дуги струм і напруга знаходяться в певній залежності.

Залежність напруги дуги від струму в зварювального ланцюга, за умови постійної довжини дуги, називають статичної вольтамперної характеристикою дуги, яка графічно представлена ​​на рис. 14.

В області 1 (до 100 А) зі збільшенням струму напруга значно зменшується, так як при підвищенні сили струму збільшується поперечний переріз стовпа дуги і його провідність. Вольт-амперна характеристика буде падаючої і дуга горить нестійкий. В області 2 (100-1 000 А) при збільшенні струму напруга підтримує одну й ту величину, так як поперечний переріз стовпа дуги і площі анодного і катодного плям збільшуються пропорційно току. Вольт-амперна характеристика буде жорсткою, дуга горить стійко, і забезпечується нормальний процес зварювання. В області 3 (понад 1 000 А) збільшення струму викликає зростання напруги, так як збільшення щільності струму вище певного значення не супроводжується збільшенням катодного плями через обмежений поперечного перерізу електрода, при цьому вольт-амперна характеристика буде зростаючій. Дуга зі зростаючою вольт-амперної характеристикою використовується при зварюванні під флюсом і в захисних газах.

Мал. 15. Вольт-амперна характеристика дуги при ручного дугового зварювання низьковуглецевої сталі: криві (а, б); при автоматичному зварюванні під флюсом: криві (в, г); крива (д): вольт-амперна характеристика джерела живлення; точка 1 - точка стійкого горіння дуги

Для прикладу на рис. 15 приведена вольт-амперна характеристика дуги при ручного дугового зварювання штучним електродом низьковуглецевої сталі і автоматичному зварюванні під флюсом при високій щільності струму.

Таким чином, першою умовою запалювання і горіння дуги є наявність електричного джерела живлення дуги достатньої потужності, що дозволяє швидко нагрівати катод до високої температури при порушенні дуги.

Більш повна стабілізація горіння дуги досягається також при достатньому ступені іонізації стовпа дуги, тому другою умовою для запалювання і горіння дуги є наявність іонізації стовпа дуги за рахунок введення до складу покриття штучних електродів або до складу флюсів таких елементів, як калій, натрій, барій, літій , алюміній, кальцій і ін. Ці елементи мають низький потенціал іонізації і в момент запалювання дуги сприяють швидкому її виникнення.

Третьою умовою стійкості горіння дуги при зварюванні на змінному струмі є наявність в зварювального ланцюга дроселя (підвищеної індуктивності). Це пояснюється тим, що в зварювального ланцюга змінного струму, що має тільки омічний опір, в процесі горіння дуги утворюються обриви (100 обривів дуги в секунду при промисловій частоті змінного струму 50 Гц). При включенні дроселя в зварювальну ланцюг змінного струму відбувається зрушення фаз між напругою джерела живлення і струмом, горіння дуги щодо стабілізується.

При зварюванні на постійному струмі запалювання і горіння дуги протікають дещо краще, ніж при зварюванні на змінному струмі.

У зварювальну ланцюг постійного струму також включають дроселі для поліпшення стабільності горіння дуги.

Однак повна стабілізація горіння дуги досягається в точці перетину вольтамперних характеристик дуги і джерела живлення. Ця точка буде визначати стійке горіння дуги (див. Рис. 15).

Для поліпшення збудження дуги застосовують спеціальні високочастотні пристрої - осцилятори, а для забезпечення надійного повторного порушення дуги застосовують спеціальні генератори імпульсів високої напруги (стабілізатори).

Запалювання і стійке горіння дуги при будь-якому роді струму залежить від динамічної характеристики джерела живлення дуги. Джерело живлення повинно підтримувати горіння дуги при наявності збурень у вигляді зміни напруги в мережі і забезпечувати регулювання зварювального процесу в залежності від стану поверхні виробу, що зварюється і швидкості подачі зварювального дроту.

Технічні особливості горіння дуги на постійному або змінному струмі виражаються в тому, що дуга, як гнучкий газовий провідник, може відхилятися від нормального положення під впливом магнітних полів, створюваних навколо дуги і в зварюваної виробі. Магнітні поля впливають на рухомі заряджені частинки стовпа дуги і тим самим впливають на всю дугу. Таке явище прийнято називати магнітним дуттям. Магнітні поля надають відхиляє вплив на дугу при нерівномірному і несиметричному розташуванні поля щодо дуги, особливо при зварюванні на постійному струмі. На рис. 16 показано вплив місця підведення струму до зварюваної деталі і нахилу електрода на відхилення дуги.