Сварочная дуга. Часть 1

Электрический разряд между двумя электродами в ионизированной смеси газов и паров металла с выделением теплоты, звуковой и лучистой энергии называется сварочной дугой.

Для получения длительного дугового разряда в газе необходима достаточная сила тока.

Хорошим источником тока считается тот, который расплавляет свариваемые кромки при минимальной температуре.

Для сварки металлов обычно используется электрическая дуга прямого действия, когда одним электродом является металлический или угольный стержень, а вторым - свариваемое изделие. Электропитание может быть от источников постоянного и переменного тока промышленной частоты (50 Гц). Свойства дуги зависят от рода тока, полярности, характеристики источника тока, состава атмосферы, дугового промежутка, состава расплавленного металла, режима сварки.

В сварочной технике различают дугу свободную и сжатую.

Свободная - когда дуга горит между электродами и изделием на воздухе, сжатая - когда поперечное сечение дуги принудительно уменьшено.

Свободная дуга состоит из трех зон: 1 - катодной, с катодным пятном; 2- анодной, с анодным пятном, бомбардирующимся электронным (т. е. минусовым) потоком; 3 - столба дуги в промежутке между катодной и анодной зонами.

Температура в столбе свободной дуги - 7000ºС, на анодном, катодном пятне - до 1900ºС. Этой разностью температур объясняется нерасплавляемость вольфрамового электродного стержня, у которого температура плавления более 3000ºС.

Процесс образования электрически заряженных частиц (электронов и ионов) в межэлектродном пространстве называется ионизацией, а газ, в котором появились заряженные частицы, делается электропроводным и называется ионизированным газом.

Основным фактором, вызывающим ионизацию, является высокая температура газа, поддерживаемая энергией электрического тока. Степень ионизации столба дуги очень высока. Сильно ионизированный газ столба называют электронной плазмой и его (газа) электропроводность приближается к электропроводности металлов.

Чем больше заряженных частиц в газе, тем выше его ионизация. Дуговой разряд существует за счет эмиссии, т. е. выхода электронов. Заряд электрона постоянный.

Энергия, затраченная на отрыв электрона от атома, а значит, и на образование положительного иона, называется работой ионизации. Эта работа, выраженная в электронвольтах (эВ), называется потенциалом ионизации. Величины потенциалов для различных материалов колеблются от 3,9 до 24,5 эВ. Наименьшими потенциалами ионизации обладают щелочноземельные материалы (кальций, калий, натрий) и их соединения.

Для повышения степени ионизации, а значит, для стабилизации горения дуги, в дуговой промежуток (через обмазку электродов или флюс) вводят элементы с малым потенциалом ионизации. Чем ниже потенциал ионизации, тем легче оторвать электрон с электронной оболочки, т. е. получить свободный электрон, тем легче стабилизировать электрическую дугу.

Но от потенциала ионизации зависит температура столба дуги: чем выше потенциал, тем выше температура. Потенциалы ионизации некоторых элементов следующие (в эВ): калий - 4,32; натрий - 5,12; алюминий - 5,96; хром - 6,74; марганец - 7,6; железо - 7,83; кремний - 7,94; углерод - 11,24; углекислый газ - 14,3; аргон - 15,7; азот - 14,51.

Виды подготовки кромок Сварочные работы Сварочная дуга. Часть 2

Сварочная дуга