1.7. Способы возбуждения сварочной дуги и ее зоны.

Статическая вольтамперная характеристика сварочной дуги

Возбуждение дугового разряда можно осуществлять различными спосо-бами. При сварке плавящимся электродом дуговой разряд воз­буждают по-средством контакта и последующего размыкания электро­дов. При сварке неплавящимся электродом (например, вольфрамовым) дуговой разряд воз-буждают с помощью вспомогательного высоковольтного высокочастот-ного разряда от осциллятора (или другого возбудителя). Импульс высо­кого напряжения обычно получают с помощью конденсатора. Возмож­но также возбуждение дугового разряда с помощью третьего электрода ( угольного или графитового).

В зависимости от протяженности межэлектродного промежутка свароч-ные дуги можно условно подразделить на длинные и короткие, В длинной дуге (рис. 2) можно обнаружить три зоны: катодную (1), анодную (2) и столб дуги (3). Для коротких дуг такое деление на зоны становится нецеле-сообразным. В газовом промежутке заряженные частицы могут образо-ваться во всех трех зонах, но главным образом они появляются в резуль­та-те процессов, протекающих на катоде (К) и в столбе дуги (3). Рассмотрим структуру и характеристики длинной дуги.

Сварочная дуга характеризуется тремя параметрами: то­ком, напряже-нием и длиной.

Рис. 2. Строение сварочной дуги. Зоны дугового разряда

Под длиной дуги ( ) понима­ют расстояние между электродами. Связь между параметрами дуги исследовалась многими учеными. Особенность газового разряда за­ключается в том, что его сопротивление не является по-стоянным, так как количество заряженных частиц (носителей зарядов) за-висит от интенсивности их образования, в частности, от величины тока. В связи с этим электрическая дуга представляет собой про­водник с перемен-ным сопротивлением, у которого зависимость меж­ду током и напряже-нием — статическая вольтамперная характеристика — нелинейна, поэтому электрический ток в газах не подчиняется закону Ома в канонической фор-ме. В зависимости от плотности тока статическая вольтамперная характе-ристика сварочной дуги может быть падающей (I), пологой (II) и возрас-тающей (Ш), (рис. 3).

Рис. 3. Статические вольтамперные характеристики сварочной дуги

В первой области при токах при­мерно до 100 А при увеличении тока температура газа повышается, степень образования заряженных частиц возрастает, проводимость газового промежутка увеличивается и для про-текания тока требует­ся меньшее напряжение; статическая вольтамперная характеристика падающая. Во второй области при дальнейшем увеличении тока и ог­раниченном сечении электрода столб дуги несколько сжимается, объ­ем газа, участвующего в переносе зарядов, уменьшается и рост числа электрически заряженных частиц практически отсутствует. Напряжение дуги становится малозависящим от тока. Статическая вольтамперная ха-рактеристика дуги пологая. Падающая и пологая статические вольтам-перные характеристики типичны для дуг с малой и средней плотностями тока (при сварке штучными электродами, га­зоэлектрической сварке, сварке под флюсом).

Для третьей области характерны режимы с повышенными плотностя-ми тока (сварка открытой дугой, плазменно-дуговые процессы и от. д.). Та-кие режимы характеризуются сильным сжатием столба дуги. Стати­ческая вольтамперная характеристика становится возрастающей, что свидетельст-вует об увеличении энергии, расходуемой внутреннем сопротивлении ду-ги.

На основе экспериментальных данных было выведено уравнение стати-ческой вольтамперной характеристики дуги, описывающее ее нелиней-ность

(1.2)

где a — суммарное падение напряжения на аноде и катоде, В;

b — градиент потенциала в столбе дуги (падение напряжения на еди- ницу длины столба дуги), В/мм;

с — мощность, необходимая для вырыва первичных электронов с по-верхности катодного пятна, Вт;

d — удельная мощность, затрачиваемая электронами при прохождении пути в 1 мм.

Коэффициенты d и с зависят от процессов, протекающих у анода и ка-тода, a и b — от процессов, протекающих в столбе дуги. Коэффициент a теоретически определяет то минимальное напряжение, при котором дуга может возбудиться.

При достаточно большом токе последнее слагаемое уравнения статиче-ской характеристики становится очень мальм и им можно пре­небречь. Физически это соответствует высокоионизированной плазме, которая по электропроводности становится близка металлическим проводникам с ли-нейным омическим сопротивлением. Уравнение статической характерис-тики дуги принимает более простой вид

(1.3)

Уравнение (1.3) представляет собой уравнение прямой (рис. 4), не про-ходящей через начало координат.

Рис. 4. Статическая характеристика сильноточной сварочной дуги