1.9.3. Столб дуги

Столб дуги представляет собой смесь, состоящую из нейтраль­ных атомов, молекул, электронов и ионов. Такая смесь получила название плаз-мы. При отсутствии утечек зарядов одного знака (электронов или ионов) количество положительных и отрицательных зарядов в плазме одинаково и она в целом электрически нейтральна. Это означает, что средние концент-рации электронов и ионов в ее объеме равны между собой.

В связи с тем, что температура и давление в различных точ­ках попе-речного сечения столба дуги неодинаковы, появляется си­ла, заставляющая двигаться электрически заряженные частицы в ра­диальном направлении. Так как скорость движения электронов боль­ше, чем у ионов, по боковой поверхности столба дуги образуется слой с отрицательным зарядом, веду-щий себя как обкладка конденсатора по отношению к положительно заря-женной плазме. Между такими условными обкладками возникает электри-ческое поле, которое, во-первых, увлекает положительные ионы, ускоряя их движение, и, во-вторых, сильно тормозит электроны. В результате про-исходит выравнивание скоростей и весь процесс протекает со скоростью, близкой к той, которая в отсутствии электрического поля соответ­ствовала бы диффузионному движению ионов. Описанный процесс сов­местного движения электронов и ионов называется амбиполярной (двуполярной) диффузией, а плазму дуги можно считать почти нейтральной (квазиней-тральной). Падение напряжения в столбе дуги затрачивается на преодоле­ние сопротивления движению электронов и определяется по формуле

(1.29)

Одной из важных характеристик столба дуги является его тем­пера-тура. В зависимости от материала электрода, состава газовой среды и ряда других условий К.К. Хреновым выведены формулы для оценки температур столба дуги, достаточно хорошо согласующиеся с опытными данными.

а) Сварка штучными электродами (1.29)

б) Сварка под слоем флюса (1.30)

в) Сварка неплавящимся (вольфрамовым) электродом в инертных газах (1.31)

— эффективный потенциал ионизации газовой смеси.

Температура по длине столба дуги принимается постоянной.

1.10. Характеристика переноса электродного металла

при сварке плавящимся электродом

Характер образования капли жидкого металла и переноса ее с элект-

рода в сварочную ванну оказывает значительное влияние на устойчивость процесса, потери металла на разбрызгивание, формирование шва, интен-сивность металлургических процессов, протекающих в сварочной ванне.

В зависимости от условий процесса можно назвать пять основ­ных ви-дов переноса металла в дуге с плавящимся электродом (табл.).

Систематизация данных о процессе формирования капли на торце пла-вящегося электрода, ее отрыве и переносе через дуговой промежуток сви-детельствует о том, что данный процесс является результатом взаимодей-ствия различных сил.

Оценка относительной роли различных сил основывается на точках зрения, в основу которых положена качественная оценка конкретного типа переноса электродного металла. В настоящее вре­мя нет достаточных дан-ных, позволяющих сделать вывод о преимущественной роли какой-либо силы, поскольку роль каж­дой из них определяется конкретными условия-ми процесса сварки.

При рассмотрении действия различных сил на каплю жидкого металла принимаются следующие условия:

а) столб дуги неподвижен и соосен с электродом;

б) процессы в столбе дуги стабильны и не изменяются во времени;

в) равнодействующая всех сил, приложенных к расплавленному метал-лу электрода, направлена по оси электрода.

Вид переноса	Размер капель	Типовые примеры
Крупнокапельный с короткими замыканиями		Ручная дуговая сварка штуч- ными электродами
Мелкокапельный с короткими замыканиями		Ручная дуговая сварка плавящимся электродом в с механизированной подачей проволоки
Без коротких замыканий		Сварка под флюсом
Струйный		Сварка тонкой проволокой в инертных газах, активированной проволокой в СО2, импульсно-дуговой сваркой в инертных газах, газовых смесях, комбинированной защите и т. д.
Парами металла		Как дополнение к другим видам переноса

Примечание: — диаметр капли жидкого металла;

— диаметр плавящегося электрода.