Название: Технологические основы сварки плавлением - Конспект лекций (Е.В. Харламова)

Жанр: Технические

Просмотров: 1422


3.3. общие характеристики сварочной дуги

 

Явление прохождения электрического тока через газы получило название газовых разрядов. Существующие виды разрядов, рис. 3.2, (темновой, тлеющий, дуговой, искровой и коронный) отличаются друг от друга величиной разрядного тока, напряжением, температурой и давлением газа (плазмы) между электродами.

Строгих количественных границ между ними провести не удается, так как один вид разряда часто переходит в другой без заметного внешнего воздействия. Однако дуговой разряд существенно отличается от других сравнительно большим током не ниже нескольких ампер), низким напряжением (порядка десятков вольт) и высокой температурой газа в разрядной области.

 

Рис. 3.2. Статическая вольт-амперная характеристика

различных видов газового разряда

Дуговые разряды широко используются в технике. В прожекторах и кинопроекционной аппаратуре, в специальных лампах сверхвысокого давления (СВД) до 100 атм. Дуга используется в газотронах, температронах и ртутных выпрямителях для выпрямления тока и управления его силой и т.д.

Широкое применение электрическая дуга получила в металлургии и сварочной технике для нагрева и плавления металлов. Мы будем рассматривать только сварочные дуги. Они позволяют ввести в подлежащие обработке материалы удельную мощность до 105 Вт/см2 при пятне нагрева 1…10 мм2. Такая концентрация энергии обеспечивает эффективный местный нагрев и расплавление металлов, а также резку и другие виды локальной тепловой обработки изделия.

 

3.4. Виды сварочных дуг

 

Различают следующие виды сварочных дуг (см. таблицу):

1

2

3

4

5

6

7

Дуги прямого действия

Дуга с плавящимся электродом

Дуги в парах металлов

Свободные дуги

Установившиеся дуги

Открытые дуги

Дуги постоянного тока

Дуга косвенного действия

С неплавящимся электродом

Дуги в газах

Сжатые дуги

Неустановившиеся дуги

Закрытые дуги

Дуги переменного тока

 

Основные особенности сварочных дуг

 

1. В дугах прямого действия подлежащие нагреву или плавлению металлы являются электродами разряда и им передается кинетическая и потенциальная энергия заряженных частиц. Поэтому электроды нагреваются и плавятся. Дуги косвенного действия располагаются у поверхности изделия. Электродами таких дуг служат стержни из графита и вольфрама, несоединенные электрически с изделием. Нагрев и плавление изделий происходит за счет кинетической энергии сталкивающихся с ними частиц газа. Такой нагрев мало эффективен, и применяются такие дуги только тогда, когда требуется небольшая тепло-передача от дуги к изделию.

2. Дуги с плавящимися электродами. В процессе плавления электроды оба плавятся, поставляя в сварочную ванну металл. Если один из электродов является тугоплавким – вольфрамовым или графитовым, не поставляет металл в общую ванну, то дуга называется дугой с неплавящимся электродом. При увеличении тока дуги тугоплавкий электрод может плавиться, поэтому разновидности дуг этой группы определяются не только материалом электродов, но и режимом их горения.

3. Большинство плавящихся электродов дуги интенсивно испаряется. Пары почти полностью оттесняют в области разряда другие газы, двигаясь от электродов в виде струи. Поэтому пары электродов определяют основные свойства таких дуг, что и обусловило их название. Когда же используются слабо испаряющиеся электроды (вольфрамовые, графитовые или охлаждаемые водой медные электроды), состав газа разрядной области определяется ее атмосферой. Последнюю образуют либо защитные газы – аргон, гелий, водород, СО2 и др., подаваемые в зону дуги для защиты сварочной ванны от воздействия воздуха, либо воздух при отсутствии такой защиты. Однако по мере увеличения тока слабо испаряющиеся электроды могут испаряться, а «дуга в газах» может стать   «дугой в парах».

4. Дуга считается свободной, если ее развитие в пространстве не ограничено до пределов, определяемых естественными свойствами дуги. При наличии таких ограничений дуга называется сжатой. Дугу сжимают, помещая ее в узких каналах и щелях, ограничивая размеры электродов, обдувая дугу струями газов или жидкостей, и т.д.

5. Дуга считается установившейся, если длительность ее существования при заданных условиях заметно превышает время протекания в ней переходных процессов, и параметры дуги не меняются во времени. Изменение сварочного тока, состава атмосферы, расстояния между электродами, положения в пространстве и т.д. характеризуют неустановившиеся дуги. Однако при сравнительно медленном изменении перечисленных факторов, когда каждому их мгновенному значению соответствуют параметры дуги, близкие к установившимся при этих мгновенных значениях, разделение дуг анализируемой группы на два вида требует их тщательного изучения.

6. Дуга считается открытой, если вокруг не отсутствуют преграды, кроме самих электродов, исключающие или затрудняющие циркуляцию газа в околодуговом пространстве. Если полностью дуга изолирована от окружающей среды, то такая дуга закрытая, например, дуга под флюсом, ее атмосфера состоит только из паров электродов и ограждения – флюса.

7. Для дуг постоянного тока характерны неизменность направления тока и, как правило, небольшие колебания его силы, обусловливаемые процессами в дуге.

В дугах переменного тока происходят непрерывные изменения направления и силы тока в соответствии с изменениями ЭДС источника и процессами в дуге. Такие дуги угасают каждый раз при переходе тока через нуль и возобновляются снова в начале каждого полупериода питающего их переменного тока. Реальные сварочные дуги характеризуются одновременно несколькими перечисленными особенностями.