Зварювальна дуга та її властивості
Фізична сутність дуги. Зварювальна дуга є потужним електричним розрядом у газах, що супроводжується виділенням значної кількості тепла і світла.
Для розігріву катода між ним та анодом (вони підключені до джерела зварювального струму) роблять короткочасне коротке замикання електрода на заготівлю. Після відриву електрода від виробу з розігрітого катода, яким при зварюванні постійним струмом може бути електрод і виріб (при змінному струмі полярність постійно змінюється), під впливом електричного поля починається електронна емісія. Електрони, що вилетіли з поверхні катода, прямують до анода і, стикаючись з молекулами і атомами повітря, іонізують їх. Негативні іони і електрони, що утворюються в повітряному проміжку, переміщуються до анода, а позитивні іони - до катода. На поверхні катода та анода здійснюється нейтралізація заряджених частинок та перетворення електричної енергії на теплову.
Електричні властивості дуги. До основних параметрів, що характеризує властивості дуги, відносяться напруга, струм та довжина дуги. Залежність між напругою і струмом при стаціонарному стані дуги виявляється статичною вольт-амперною характеристикою (рис. 56,а). Вона може бути падаючоюI, жорсткоюIIі зростаючоюIII. Найширше застосування має дуга з жорсткою характеристикою, коли напруга на дузі залежить від сили зварювального струму. Дугу зі зростаючою характеристикою застосовують при автоматичному зварюванні під флюсом на підвищених щільності струму і при зварюванні в захисних газах електродом, що плавиться. Дуга з падаючою характеристикою малостійка і має обмежене застосування. Залежність між напругою та довжиною дуги, що має жорстку характеристику,виражається наступною емпіричною формулою:
,
де U д - напруга на дузі, В;
aтаb- коефіцієнти, що залежать від роду матеріалу електрода, складу газового середовища тощо;
При зварюванні сталевими електродами в атмосфері повітряа= 10 В, аb= 2 В/мм.
Будова дуги та її теплові властивості. Зварювальна дуга (рис. 56,б) складається з трьох частин: катодної, анодної та стовпа дуги. У стовпі дуги1, температура якого 6000 ... 7000 ° С, відбуваються процеси іоніза-
ції та переміщення заряджених частинок до катода та анода. Стовп дуги оточений розпеченою сумішшю2парів електродного та зварюваного металів і продуктів реакції цих парів з навколишнім газовим середовищем.
Теплова потужність дуги визначається за формулою
деK- коефіцієнт несинусоїдності напруги та струму;
| Мал. 56. Статична вольт-амперна характеристика та будова зварювальної дуги |
| а б |
| - |
| 1 |
| 2 |
| + |
| I II III |
- Зварювальний струм, А.
Для постійного струмуK= 1, а при змінному струмі змінюється від 0,7 до 0,97.
Не все тепло дуги витрачається на плавлення присадного та основного металів: приблизно 50 % йде на нагрівання виробу; близько 30% - на нагрівання електрода і майже 20% становлять втрати тепла в навколишній простір. При живленні дуги постійним струмом більша кількість тепла, приблизно 42...43%, виділяється на аноді, близько 36...38% - на катоді і приблизно 20...21% - у стовпі дуги. Тому температура анода дещо вища за температуру катода.