2.2 Види розрядів у газі

Стійкі газові розряди підрозділяються на темний, тліючий і дуговий. Всі види розрядів в газі можна отримати в скляній трубці, заповненій газом при тиску 1 мм рт. ст. (рисунок 2.8).

Рисунок 2.8 — Скляна трубка для отримання розрядів

Електричний струм в трубці змінюється від 10^–12 А до 100 А. За допомогою обмежуючого опору можливо одержати всі три форми розряду (рисунок 2.9).

Рисунок 2.9 — Статична вольт–амперна характеристика

різних видів газового розряду

Темний розряд в зварюванні не використовується.

Нормальний тліючий розряд використовується як джерело нагріву при дифузійному зварюванні в тліючому розряді, а також в інших областях для іонної очистки металевих поверхонь.

Аномальний тліючий розряд часто утворюється при дифузійному зварюванні в тліючому розряді, при переході нормального тліючого розряду в дуговий. Він розглядається як негативне явище, тому що приводить до локального оплавлення деталей, що зварюються.

Дуговий розряд використовується у дуговому зварюванні.

2.3 Способи збудження дугового розряду

Існують наступні способи збудження дугового розряду:

1. При переході з малопотужного стійкого розряду (нормальний тліючий розряд) в дуговий. Цей спосіб не використовується і розглядається як негативне явище.

2. За рахунок утворення високоіонізованного потоку пари між анодом та катодом за допомогою третього електроду (дугове зварювання вуглецевим електродом).

3. При переході нестійкого іскрового розряду в дуговий за рахунок подачі імпульсів високої частоти та великої напруги. Виконують за допомогою осциляторів (зварювання вольфрамовим електродом).

4. За рахунок контакту і розмикання катоду та аноду (ручне дугове зварювання).

2.4 Будова дугового розряду

Дуга горить між активними плямами. Катодних та анодних плям може бути декілька і вони можуть пересуватися по поверхні.

Температура активних плям катоду та аноду 2200 – 2400 °С (для електродів з низьковуглецевої сталі). Температура активної плями аноду на декілька сот градусів вища. Більшу частину енергії в плазмі дугового розряду переносять електрони. Рухаються вони до аноду, який приймає цю енергію, тому температура аноду буде вища. При зварюванні плавким електродом з вуглецевих сталей температура стовпа дуги 5000 – 6000 °С. Температура краплі на кінці катоду приблизно 2150 °С. Крапля у стовпі дугового розряду має температуру приблизно 2350 °С. Крапля у зварювальній ванні має температуру приблизно 1990 °С. Температура зварювальної ванни при зварюванні вуглецевих сталей 1770 °С.

Будова дугового розряду показана на рисунку 2.10.

1 — катод — електрод; 2 — активна пляма катоду; 3 — катодна область;

4 — стовп дугового розряду; 5 — ореол або факел дуги;

6 — анодна область; 7 — активна пляма аноду;

8 — зварювальна ванна; 9 — анод (виріб)

Рисунок 2.10 — Будова дугового розряду

2.5 Схема переносу заряду у дузі

Схема переносу заряду у дузі представлена на рисунку 2.11.

а — схема переносу заряду у дузі;

б — схема падіння потенціалу у дуговому розряді

Рисунок 2.11 — Схема переносу заряду у дузі

Швидкість електронів набагато вища швидкості іонів, а отже вони швидше залишають стовп дугового розряду, ніж іони, тому стовп дугового розряду по відношенню до інших зон має позитивний потенціал — його називають позитивним стовпом. В цілому, весь дуговий розряд квазінейтральний.

Між електродами заряджені частинки можуть з’являтися в будь-якій зоні, але в основному вони з’являються в результаті емісії з катоду і об’ємної іонізації у стовпі дуги.