Природа сварочной дуги

Электрическая дуга, используемая для сварки металлов, называют сварочной дугой. Дуга является частью электрической сварочной цепи, и на ней происходит падение напряжения. При сварке на постоянном токе электрод, подсоединённый к положительному полюсу источника питания дуги, называют анодом, а к отрицательному – катодом.

Сварочная дуга – мощный длительный электрический дуговой разряд в газах окружающей среды и парах материалов и электродов.

Дуга не подчиняется закону Ома. При замыкании электрода на изделии отрицательно заряженные ионы под действием электрического тока сносятся с поверхности.

Промежуток между электродами называют областью дугового разряда или дуговым промежутком. Длину дугового промежутка называют длиной дуги.

В столбе дуги заряженные частицы – электроны и ионы, взаимодействуя с нейтральными атомами газовой среды, заряжают их. Процесс образования заряженных частиц газа называют ионизацией, а сам газ – ионизованным.

Ионизация – взаимодействие свободных электронов с нейтральными атомами газовой среды.

Виды ионизации

1.Начальная ионизация

2.Объёмная ионизация

3.Фотоионизация.

Дуга, горящая между электродом и объектом сварки, является дугой прямого действия. Такую дугу принято называть свободной дугой в отличие от сжатой, поперечное сечение которой принудительно уменьшено за счёт сопла горелки, потока газа, электромагнитного поля. Возбуждение дуги происходит следующим образом. При коротком замыкании электрода и детали в местах касания их поверхности разогреваются. При размыкании электродов с нагретой поверхности катода происходит испускание электронов – электронная эмиссия. Выход электронов в первую очередь связывают с термическим эффектом (термоэлектронная эмиссия) и наличием у катода электрического поля высокой напряжённости (автоэлектронная эмиссия). Наличие электронной эмиссии с поверхности катода является непременным условием существования дугового разряда.

По длине дугового промежутка дуга разделяется на три области: катодную, анодную и находящийся между ними столб дуги. Катодная область включает в себя нагретую поверхность катода, называемую катодным пятном, и часть дугового промежутка, примыкающую к ней. Протяжённость катодной области мала. Составляет L_к ≈ 10^{-5 см. Температура катодного пятна для стальных электродов достигает 2400 – 2700 °C. На нем выделяется до 38% общей теплоты дуги. Падение напряжения в катодной области} U_к составляет порядка 12 – 17 В. Анодная область состоит из анодного пятна на поверхности анода и части дугового промежутка, примыкающего к нему. Протяжённость этой области также мала. Составляет L_а ≈ 10^{-4 см. Имеет примерно такую же температуру, как и катодное пятно, но в результате бомбардировки электронами на ней выделяется больше теплоты, чем на катоде. Падение напряжения в ней} U_а составляет порядка 2 – 11 В. Столб дуги занимает наибольшую протяжённость дугового промежутка, расположенного между катодной и анодной областями.

Статическая характеристика дуги является графическая зависимость между током и напряжением при постоянной длине дугового промежутка.

U

С – точка сварки, неустойчивый процесс сварки;

А – устойчивый процесс сварки.

В зависимости от способа подключения сварку разделяют на сварку с «прямой полярностью» и сварку с «обратной полярностью»

Если «+» электрод, а «-« изделие, то это – обратная полярность

Если «+» изделие, а «-« электрод, то это – прямая полярность. Чаще всего сварка производится «обратной полярностью».