1.11. Устойчивость дугового разряда

Устойчивость дугового разряда играет существенную роль в плавле-нии и переносе электродного металла, в формировании качественного со-еди­нения. Без учета динамических характеристик источников питания ду-говой разряд может быть устойчив при следующих условиях:

а) если обеспечена достаточная эмиссия электронов с катода;

б) если газ в дуговом промежутке достаточно ионизирован.

При нарушении любого из этих условий дуга гаснет. Рассмотрим воз-можные причины нарушения устойчивости дугового разряда при сварке на переменном и постоянном токе.

Переменный ток, изменяющийся по синусоидальному закону с про-мышленной частотой, 100 раз в секунду меняет полярность, т. е. напряже-ние изменяется от нуля до максимума и от максимума вновь до нуля. При переходах через нулевые значения напряжения дуговой разряд остывает, степень ионизации плазмы падает, устойчивость дугового разряда нару-шается (сварочная дуга может гаснуть). Поэтому при прочих равных условиях дуговой разряд на постоянном токе предпочтительнее.

Устойчивость дугового разряда может нарушаться и при сварке на по-стоянном токе, если электродные покрытия или флюсы содержат большое количество галогенов, например, плавикового шпата ( ). Галогены в плазме дугового разряда легко образуют отрицательные ионы, уменьшая тем самым долю электронного тока, что снижает вероятность ионизации соударением и степень иониза­ции газовой смеси уменьшается. Дуговой разряд может прекратить существование. Для облегчения ионизации в плазме дугового разряда необхо­димо иметь пары легкоионизирующихся элементов. С этой целью в состав электродных покрытий и флюсов вводят стабилизирующие компоненты, имеющие низкий потенциал ионизации. Такими компонен­тами являются соли или окислы щелочных металлов.

С другой стороны, для улучшения начального и повторного воз­буж-дения дугового разряда используют высоковольтный высокочастот­ный разряд конденсатора на дугу.

1.12. Магнитная гидродинамика сварочной дуги

Электрическая сварочная дуга — проводник с током, обладаю­щий определенной эластичностью. Как и всякий проводник она чувст­вительна к воздействию магнитных полей. На сварочную дугу могут действовать собственное и внешнее магнитные поля.

1.12.1. Собственное поле дуги и контура сварки

1. Магнитное поле столба дуги. Ранее было показано, что в столбе дуги присутствуют два потока электрически заряженных частиц: электронный и ионный, ско­рости движения которых направлены в разные стороны. При протека­нии тока по проводнику на него действуют силы электромагнит-ного сжатия. В рассматриваемом случае эта сила для частицы любого зна-ка будет направлена к центру столба дуги (рис. 17), т. е. собственный маг-нитный поток столба дуги, силовые линии которого концентрически охва-тывают его, стабилизируют дугу вследствие действия пинч-эффекта.

Рис. 17. Действие собственного магнитного поля на сварочную дугу

2. Магнитное поле сварочного контура. Магнитное дутье.

Сварочная цепь "электрод — дуга — изделие" вместе с подводящими проводниками образуют сварочный контур, в котором магнитное поле ду-ги и близлежащих участков может отклонять дугу в ту или иную сторону. Боковой (а) или угловой (б) "распор" сконцентрированных внутри угла магнитных силовых линий будут "выжимать" дугу наружу (рис. 18).

Рис. 18. Действие углового (а) и бокового (б) распоров на сварочную дугу

Изменяя местоположение (а) или угол наклона электрода (б) к поверх-ности изделия, можно регулировать отклонение дуги (рис. 19).

Рис. 19. Способы уменьшения влияния магнитных полей контура сварки

на сварочную дугу

3. Действие ферромагнитных масс, разделки кромок. Краевой эффект. Наличие вблизи дуги ферромагнитных масс приводит к ис­кажению собст-венного магнитного поля дуги, в результате чего она отклоняется в сторо-ну ферромагнитных масс (рис. 20, а).

Рис. 20. Влияние на сварочную дугу ферромагнитных масс,

разделки кромок. Краевой эффект

При сварке стыкового соединения с разделкой кромок малый угол раз-делки вызывает технологические трудности сварки корневого прохода. Это связано с тем, что дуга отклоняется к поверх­ности разделки (рис. 20, б). Для борьбы с этим явлением необхо­димо изменить форму и геомет-рические размеры разделки кромок под сварку.

При сварке изделия из металла большой толщины сварочная дуга мо-жет отклоняться от свариваемой кромки в сторону основной массы изде-лия (рис. 20, в). Все сказанное наиболее ярко проявляется у сварочной дуги постоянного тока. При сварке на переменном токе частая смена полярно-сти резко снижает влияние магнитного дутья и в большинстве случаев не требуется специальных мер борьбы с ним, что яв­ляется одним из сущест-венных преимуществ сварки на переменном токе.