Температура и остальные принципиальные свойства сварочной дуги

Принцип электродуговой сварки основан на использовании температуры электронного разряда, возникающего меж сварочным электродом и железной заготовкой.

Дуговой разряд появляется вследствие электронного пробоя воздушного промежутка. При появлении этого явления происходит ионизация молекул газа, увеличение его температуры и электропроводности, переход в состояние плазмы.

Горение сварочной дуги сопровождается выделением огромного количества световой и в особенности термический энергии, вследствие что резко увеличивается температура, и происходит локальное плавление сплава заготовки. Это и есть сварка.

Главные характеристики дугового разряда

В процессе работы, для того, чтоб возбудить дуговой разряд, делается краткосрочное касание заготовки электродом, другими словами, создание недлинного замыкания с следующим разрывом железного контакта и установлением требуемого воздушного зазора. Таковым методом выбирается лучшая длина сварочной дуги.

При весьма маленьком разряде электрод может прилипать к заготовке, плавление происходит очень активно, что может привести к образованию наплывов. Длинноватая дуга различается неустойчивостью горения и недостаточно высочайшей температурой в зоне сварки.

Неустойчивость и видимое искривление формы сварочной дуги нередко можно следить при работе промышленных сварочных агрегатов с довольно громоздкими деталями. Это явление именуется магнитным дутьем.

Сущность его состоит в том, что сварочный ток дуги делает некое магнитное поле, которое ведет взаимодействие с магнитным полем, создаваемым током, протекающим через громоздкую заготовку.

Другими словами, отклонение дуги вызывается магнитными силами. Дутьем процесс назван поэтому, что дуга отклоняется, как как будто под действием ветра.

Конструктивных методов борьбы с сиим явлением нет. Для уменьшения воздействия магнитного дутья используют сварку укороченной дугой, также располагают электрод под определенным углом.

Среда горения

Существует несколько разных сварочных технологий, использующих электродуговые разряды, отличающиеся качествами и параметрами. Электронная сварочная дуга имеет последующие разновидности:

  • открытая. Горение разряда происходит конкретно в атмосфере;
  • закрытая. Образующаяся при горении высочайшая температура вызывает обильное выделение газов от сгорающего флюса. Флюс содержится в обмазке сварочных электродов;
  • в среде защитных газов. В этом варианте, в зону сварки подается газ, почаще всего, это гелий, аргон либо углекислый газ.

Защита зоны сварки нужна для предотвращения активного окисления плавящегося сплава под действием кислорода воздуха.

Слой окисла препятствует образованию сплошного сварного шва, сплав в месте соединения приобретает пористость, в итоге что понижается крепкость и плотность стыка.

В которой-то мере дуга сама способна создавать локальный климат в зоне горения за счет образования области завышенного давления, препятствующего притоку атмосферного воздуха.

Применение флюса дозволяет наиболее интенсивно выдавливать воздух из зоны сварки. Внедрение среды защитных газов, подаваемых под давлением, решает эту задачку фактически стопроцентно.

Длительность разряда

Не считая критериев защищенности, дуговой разряд классифицируется по длительности. Есть процессы, в каких горение дуги происходит в импульсном режиме.

В таковых устройствах сварка осуществляется маленькими вспышками. За время вспышки, температура успевает возрасти до величины, достаточной для локального расплавления маленький зоны, в какой появляется точечное соединение.

Большая часть же используемых сварочных технологий употребляет относительно длительное по времени горение дуги. В течение сварочного процесса происходит неизменное перемещение электрода вдоль соединяемых кромок.

Область завышенной температуры, создающая сварочную ванну, {перемещается} вослед за электродом. Опосля перемещения сварочного электрода, как следует, и дугового разряда, температура пройденного участка понижается, происходит кристаллизация сварочной ванны и образование крепкого сварного шва.

Структура дугового разряда

Область дугового разряда условно принято разделять на три участка. Участки, конкретно прилегающие к полюсам (аноду и катоду), именуют соответственно, анодным и катодным.

Центральную часть дугового разряда, расположенную меж анодной и катодной областями, именуют столбом дуги. Температура в зоне сварочной дуги может достигать нескольких тыщ градусов (до 7000 °C).

Хотя тепло не стопроцентно передается сплаву, его полностью хватает для расплавления. Так, температура плавления стали для сопоставления составляет 1300-1500 °C.

Для обеспечения устойчивого горения дугового разряда нужны последующие условия: наличие тока порядка 10 Ампер (это малое значение, максимум может достигать 1000 Ампер), при поддержании напряжения дуги от 15 до 40 Вольт.

Падение этого напряжения происходит в дуговом разряде. Распределение напряжения по зонам дуги происходит неравномерно. Падение большей части приложенного напряжения происходит в анодной и катодной зонах.

Экспериментальным методом установлено, что при сварке плавящимся электродом, наибольшее падение напряжения наблюдается в катодной зоне. В данной нам же части дуги наблюдается более высочайший градиент температуры.

Потому, при выбирании полярности сварочного процесса, катод соединяют с электродом, когда желают достигнуть большего его плавления, повысив его температуру. Напротив, для наиболее глубочайшего провара заготовки, катод присоединяют к ней. В столбе дуги падает меньшая часть напряжения.

Интересно почитать:  Как выбрать сварочную маску хамелеон правильно?

При производстве сварочных работ неплавящимся электродом, катодное падение напряжения меньше анодного, другими словами, зона завышенной температуры смещена к аноду.

Потому, при данной нам технологии, заготовка подключается к аноду, чем обеспечивается неплохой ее прогрев и защита неплавящегося электрода от лишней температуры.

Температурные зоны

Следует увидеть, что при любом виде сварки, как плавящимся, так и неплавящимся электродом, столб дуги (его центр) имеет самую высшую температуру – порядка 5000-7000 °C, а время от времени и выше.

Зоны более низкой температуры размещаются в одной из активных областей, катодной либо анодной. В этих зонах может выделяться 60-70% тепла дуги.

Не считая интенсивного увеличения температуры заготовки и сварочного электрода, разряд испускает инфракрасные и ультрафиолетовые волны, способные оказывать вредное воздействие на организм сварщика. Это обусловливает необходимость внедрения защитных мер.

Что касается сварки переменным током, понятие полярности там не существует, потому что положение анода и катода меняется с промышленной частотой 50 колебаний за секунду.

Дуга в этом процессе владеет наименьшей устойчивостью по сопоставлению с неизменным током, ее температура скачет. К преимуществам сварочных действий на переменном токе, можно отнести лишь наиболее обычное и доступное оборудование, да еще фактически полное отсутствие такового явления, как магнитное дутье, о котором сказано выше.

Вольт-амперная черта

На графике представлены кривые зависимости напряжения источника питания от величины сварочного тока, именуемые вольт–амперными чертами сварочного процесса.

Кривые красноватого цвета показывают изменение напряжения меж электродом и заготовкой в фазах возбуждения сварочной дуги и устойчивого ее горения. Исходные точки кривых соответствуют напряжению холостого хода источника питания.

В момент возбуждения сварщиком дугового разряда, напряжение резко понижается прямо до того периода, когда характеристики дуги стабилизируются, устанавливается значение тока сварки, зависящее от поперечника используемого электрода, мощности источника питания и установленной длины дуги.

С пришествием этого периода, напряжение и температура дуги стабилизируются, и весь процесс приобретает устойчивый нрав.

Электронная дуга при сварке — размеренная, но изменчивая

Во время проведения электродуговой сварки меж 2-мя проводниками электро энергии — сварочным электродом и железной свариваемой деталью возникает длительный (длящийся) электронный разряд. Фактически, этот разряд и принято именовать электронной дугой — хотя, при сварке разряд имеет, обычно, другую форму.

Как смотрится разряд?

При значимой силе подаваемого тока потоки положительно и негативно заряженных частиц меж оконечностями разряда вызывают сильную ионизацию воздушной прослойки, что обуславливает устойчивое непрерывное горение сварочной дуги. Зрительно сварочную дугу можно представить в виде сияющего столба, верхний край которого касается сварочного электрода, а основание размещено в маленьком углублении, которое появляется на поверхности расплавленного разрядом сплава — так именуемой ванны. При сварке неизменным током прямой полярности, когда к детали подключён положительный, а к электроду — отрицательный полюс выходов сварочного аппарата, полностью разумно именовать пространство соединения электрода и столба — катодным пятном, а основание — анодным. При всем этом поперечник анодного пятна больший в сопоставлении с катодным в полтора-два раза, другими словами столб разряда имеет, грубо говоря, форму усечённого конуса с наиболее широким основанием (см. рис.1).

Сварочная дуга (столб) окружена нимбом пламени, который появляется раскалёнными газами, образующимися в зоне сварки под действием сверхвысоких температур и вызванных ими хим действий. Пламя вокруг дуги и сама электронная дуга при сварке создают световое излучение широкого диапазона (в том числе ультрафиолетового) и большенный мощности, что делает нужным внедрение защитных средств: светофильтров, лицевых масок и спецодежды.

Схематическое изображение места сварки

Физика процесса.

Электронная дуга имеет высшую, до 5000 С, температуру и, соответственно, выделяет огромное количество термический энергии. Не глядя на это, выделяемая термическая энергия имеет высшую степень концентрации, другими словами даже на маленьком расстоянии от места сварки температура сплава изделия остаётся относительно низкой. Под действием больших температур электронной дуги сплав изделия расплавляется на определённую глубину, которую именуют «глубиной проплавления» либо же «проваром». Глубина провара (см. рис.1) зависит от нескольких причин, в том числе и от состава свариваемого сплава, и от мощности подаваемого электронного тока.

Величина напряжения в электронной дуге зависит, до этого всего, от расстояния меж катодом и анодом. Повышение расстояния при той же силе тока ведёт к понижению величины напряжения в дуге. Это соединено с тем, что газовая атмосфера меж концами дуги владеет своим электронным сопротивлением, а повышение сопротивления просит соответственного роста напряжения в сети. Тем не наименее, для поддержания горения дуги меж сварочным электродом и деталью довольно достаточно низкого напряжения. Существенно больший импульс требуется для первичного образования дуги, «поджига» — дело в том, что для образования ионизированного канала (т.н. «пробоя») меж электродами цепи требуется значимая энергия. Физику процесса легче показать с помощью графика (см. рис. 2). В момент поджига напряжение дуги составляет значительную величину, но стремительно падает до характеристик, нужных для поддержания устойчивого горения. Следующее повышение силы тока влияет на температуру в точке сварки, но не на устойчивость горения дуги.

Интересно почитать:  Чем закапать глаза после сварки в домашних

Причины, действующие на процесс.

Под устойчивым горением принято осознавать таковой режим электронной дуги, при котором процесс сварки проходит умеренно, без скачков и тем наиболее срывов, требующих повторного поджига дуги. Устойчивость зависит от почти всех причин, включая полярность и род тока, размер промежутка меж электродом и деталью, состав сплава детали, вид и состав покрытия электрода. Например, при использовании переменного тока устойчивость горения ниже, что вызвано наличием фазовых переходов. Это событие возмещается особым покрытием электрода — газы, выделяемые при его нагреве, напротив, содействуют правильному горению дуги.

В обыденных критериях электронная дуга при сварке проходит по кратчайшему расстоянию меж электродом и сварочной поверхностью. Но прохождение электронного тока по элементам цепи, включая сплав детали, вызывает появление электромагнитного поля, которое способно вызвать отклонение столба дуги от прямой. Образно этот процесс можно сопоставить с колебанием пламени на ветру. Для того чтоб минимизировать такие проявления, следует присоединять сварочный электрод поближе к точке сварки, что понижает напряжение поля и, соответственно, силу его действия.

Что такое сварочная дуга

Сварочная дуга употребляется населением земли для неразъемного, герметичного соединения металлов наиболее века вспять. Ее исследованием занимался физик Вольт. Потом возникли устройства для сварки. Электронный разряд возникает в момент недлинного замыкания меж электродом и свариваемой деталью. Электронная энергия преобразуется в термическую, появляется ванна расплава. Создается диффузный однородный слой сплава на месте свариваемого стыка.

Исследовав вольт-амперные свойства процесса, ученые усовершенствовали процесс сварки, сделали сварочные аппараты, поддерживающие размеренное горение дуги.

Сварочная дуга

Что такое сварочная дуга, определение

Что можно именовать сварочной дугой – это, на самом деле, долгий проводник, состоящий из ионизированных частиц, имеющийся во времени благодаря поддерживающему электронному полю. Дуговой разряд характеризуется непрерывной формой, высочайшей температурой, возникает в газовой среде, способной к ионизации.

В учебниках сварщика определение сварочной электродуги звучит последующим образом: это долгий электронный разряд в плазме, состоящей из консистенции ионизированных воздушных либо защитных газов, также испарившихся компонент присадочного и основного сплава.

Природа и строение

За куцее время разогреть сплав до температуры плавления можно сильной сварочной дугой. Ее характеристики характеризуются плотностью тока, вольтамперными показателями. Исходя из убеждений электротехники, дуговой столб – ионизированный газовый проводник меж катодом и анодом с огромным сопротивлением, способностью к свечению. Детализированное рассмотрение строения сварочной дуги поможет осознать суть температурного действия. Длина электродуги в среднем составляет 5 мм, она делится на главные зоны:

  • анодную, она не наиболее 10 микрон;
  • катодную, она в 10 раз меньше анодной;
  • столб – видимая светящаяся полоса.

За температуру сварочной дуги отвечает поток вольных электронов. Они образуются на катодном пятне. Оно разогревается до 38% температуры плазмы. В дуговом столбе электроны двигаются к аноду, а положительные частички – к катоду. У столба нет собственного заряда, он остается нейтральным. Снутри частички разогреваются до 10 000°С, сплав при всем этом в среднем греется до 2350°С, обычная температура ванны расплава составляет 1700°С.

Пространство входа и нейтрализации электронов именуют анодным пятном. Его температура выше, чем катодного на 4–6%.

Напряжение в анодной и катодной зонах значительно понижается, свечения не возникает. Видима лишь плазма, излучающая ультрафиолетовые, инфракрасные и световые волны. Они вредоносны для органов зрения, кожи. Потому сварщики употребляют личные средства защиты.

Строение сварочной дуги

Виды сварочной дуги

Существует несколько критериев систематизации сварочной дуги. По типу сварочного тока и положению электрода относительно свариваемых частей выделяют последующие разновидности:

  • прямого деяния, разряд перпендикулярен заготовке, параллелен электроду;
  • косвенного деяния, разряд возникает меж 2-ух электродов, наклоненных друг к другу под углом от 40 до 60°, и сплавом.

Систематизация состава плазмы столба:

  • открытого типа возникает в воздушной атмосфере благодаря испаряемым из обмазки и сплава компонентам;
  • закрытая, возникающая под слоем флюса за счет газообразной фазы, образовавшейся из частиц электрода, сплава, компонент флюса при прохождении разряда;
  • с подачей газовой консистенции либо однокомпонентного защитного газа.

Систематизируют дуговую сварку по материалу разжигающего электрода. Употребляют электроды:

  • вольфрамовые тугоплавкие
  • угольные либо графитовые;
  • железные с разным типом обмазки, в состав которой входят ионизирующие составляющие.

По продолжительности действия различают стационарную (постоянную) электродугу и импульсную, используемую при контактной сварке.

Интересно почитать:  Электроды для сварки переменным током какие лучше?

Условия горения

Суть сварочного процесса заключается в преобразовании электронной энергии в термическую.

Для поддержания сварочного столба нужно сделать условия для резвой ионизации газа: детали прогревают, чтоб воздух вокруг их был теплым, либо подают в рабочую зону газ, способный ионизироваться. Легче всего ионизируются частички щелочных и щелочноземельных металлов. При пропускании тока через стержень их частички стают активными.

Чтоб дуговой столб не потухал, принципиально поддерживать постоянную температуру в катодной области. Она впрямую зависит от хим состава катода, его площади. Подходящая температура поддерживается источником тока, в промышленных критериях она добивается 7 тыщ градусов.

Как возникает электронная сварочная дуга

Как и хоть какой электронный разряд, сварочная электродуга возникает при замыкании цепи. Появление тока при касании электрода к свариваемому сплаву приводит к выработке огромного количества тепла. В точке замыкания возникает расплав, он тянется за кончиком электрода, появляется шея, которая одномоментно распыляется из-за мощного тока. Происходит ионизация молекул воздуха и защитного облака, они переносят поток электронов.

Направленность потока зависит от рода тока. Дуга разжигается на неизменном токе оборотной и прямой полярности, на переменном. Частота угасания и розжига электродуги зависит от характеристик рабочего тока.

Чем определяется мощность сварочной дуги

На мощностные характеристики электродуги влияют несколько причин:

  • напряжение, возрастание приводит к повышению мощности лишь в маленьком спектре, есть ограничения по размеру электрода;
  • сила тока, большенный ампераж обеспечивает размеренное горение;
  • величина напряжения плазмы, пропорциональна мощности.

Длиной сварочной дуги именуют расстояние от сварного кратера до кончика электрода. От данной нам величины зависит размер выделившегося тепла.

По мощности сварочной дуги определяют скорость плавления сплава. От данной нам свойства зависит время выполнения сварочных работ. Регулировка силы тока делается для корректировки температуры в рабочей зоне, даже на длинноватом столбе электродуга не будет затухать при большенном ампераже. Напряжение изредка изменяют в процессе сварки.

Вольт-амперная черта

ВАХ обрисовывает зависимость токовых характеристик. При помощи этого графика определяют:

  • мощность дуги;
  • время горения,
  • условия гашения.

Динамическая ВАХ обрисовывает неустановившееся состояние электродуги, когда ее длина колеблется. Статическая вольт-амперная черта отражает зависимость вольтажа от ампеража при неизменной дуговой длине. График делится на три области:

  • падающая – при подъеме силы тока напряжение резко спадает, это соединено с формированием столба: площадь сечения плазменного потока растет, электропроводность плазмы меняется;
  • твердая, это участок размеренной плотности тока и падения напряжения, с ростом ампеража от 100 до 1000 А пропорционально возрастает поперечник дугового столба (анодное и катодное пятна, соответственно, меняются);
  • растущая, характеризуется неизменным размером катодного пятна, она ограничена поперечником электрода, при увеличении ампеража по закону Ома возрастает U, R дугового столба.

Статическая вольт-амперная харакетиристика сварочной дуги

ВАХ процесса обыкновенной ручной сварки с внедрением плавящихся и неплавящихся электродов на воздухе либо в облаке защитного газа ограничена 2-мя первыми областями, до третьей ампераж не доходит. Механизированной сварки с внедрением флюсов соответствует графику II и III областей, сварка плавящимся электродом в облаке защитной атмосферы – III.

При использовании оборудования, генерирующего переменный ток, возбуждение сварочной дуги происходит в любом полупериоде, на пике зажигания. При переходе через ноль электродуга затухает, нагрев активных пятен прекращается. Покрытия электродов, содержащие активные щелочные сплавы, увеличивают устойчивость ионизации. Защитное скопление затрудняет розжиг на переменном токе, но поддерживают горение на неизменном. Меж полюсами возникает ионизация молекул газа.

При выбирании оборудования нужно это учесть, что вольт-амперная черта электродуги зависит от наружной ВАХ. Работу сварочного аппарата разглядывают как наложение графиков. Для ручной сварки нужны источники питания с падающими областями ВАХ (завышенным напряжением холостого хода), чтоб была возможность изменять длину дуги, регулируя ампераж. Сила тока недлинного замыкания во время падения капли с плавящегося электрода на свариваемый сплав на 20–50% выше дугового тока. Для сварки плавящимся электродом употребляют дугу размыкания. Для розжига дуги вольфрамовым либо угольным электродом желателен вспомогательный разряд.

При больших значениях тока недлинного замыкания растет риск прожогов сплава. При падении капли происходит замыкание, потом резко растет до начальных значений – ампераж растет до величины тока недлинного замыкания, образовавшийся мостик перегорает, дуга возбуждается опять. Конфигурации тока и напряжения в столбе происходят мгновенно, за толики секунды. Сварочное оборудование обязано стремительно реагировать на колебания, стабилизировать напряжение.

Индивидуальности дуги

Благодаря особенным свойствам, электронная дуга употребляется при сварке с тугоплавкими и плавящимися электродами. Она стремительно разогревает сплав, образуя ванну расплава. Электронный ток отлично преобразуется в термическую энергию с минимальными потерями.

По природе происхождения электронную сварочную дугу можно сопоставить с иными видами электронных зарядов. Главные отличительные свойства дуги:

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector