8.2.1 Классификация сварочных дуг
Способы сварки, относящиеся к термическому классу, предусматривают использование различных модификаций электрической дуги, разнообразие которой объясняется все возрастающими требованиями, предъявляемыми в промышленности к технологическим процессам выполнения сварных соединений различных материалов.
В этой связи, сварочные дуги классифицируются следующим образом.
По степени воздействия извне на столб сварочной дуги:
сварочная дуга свободная;
сварочная дуга сжатая.
По роду сварочного тока:
дуга постоянного сварочного тока;
дуга переменного сварочного тока однофазная;
дуга переменного сварочного тока трехфазная;
дуга пульсирующего сварочного тока.
При сварке на постоянном сварочном токе:
дуга на прямой полярности;
дуга на обратной полярности.
По характеру воздействия тепловой энергии при сварке:
дуга прямого действия;
дуга косвенного действия;
дуга смешанного действия.
По виду статической вольтамперной характеристики:
падающая вольтамперная характеристика;
жесткая вольтамперная характеристика;
возрастающая вольтамперная характеристика.
8.2.2 Электрические характеристики сварочной дуги
Устойчивый дуговой разряд, т.е. получение стабильной сварочной дуги возможно только при определенном соотношении величины сварочного тока, напряжения и длины дуги. В этом случае также важно, что указанные соотношения имеют частный характер, определяющийся материалом электродов, родом и величиной сварочного тока, степенью воздействия окружающей среды на столб сварочной дуги.
При постоянной длине дуги электрической ее характеристикой является статическая вольтамперная характеристика.
Статическая вольтамперная характеристика – это зависимость между напряжением дуги и сварочным током (рисунок 8.1). Кривая зависимости Uд от Jс имеет три характерных участка:
I – характеристика падающая;
II – характеристика жесткая;
III – характеристика возрастающая
Рисунок 8.1 - Статическая вольтамперная характеристика дуги постоянной длины
Каждому участку вольтамперной характеристики соответствует определенный механизм переноса расплавленного электродного металла в сварочную ванну. Так для участков I и II будет характерен крупнокапельный дискретный перенос металла, а для III – мелкокапельный, переходящий в струйный.
Следует указать, что характер переноса жидкого электродного металла в сварочную ванну определяет, в конечном счете, качество выполнения сварного шва при определенной производительности процесса сварки. Данное положение вещей объясняется тем, что характер переноса жидкого металла сам по себе является составной частью общего технологического процесса формирования металла сварного шва выполняемого сварного соединения.
Очевидно, что каждому способу сварки будет соответствовать только определенный характер зависимости напряжения дуги от сварочного тока, гарантирующий создание условий для стабильного функционирования сварочной дуги в процессе выполнения сварки. Самое широкое применение нашла дуга с жесткой характеристикой. Она используется в таких способах сварки, как ручная дуговая, автоматическая под флюсом и в среде защитных газов. Для дуги с жесткой характеристикой напряжение дуги Uд пропорционально ее длине:
(8.1)
где: Lд – длина дуги, мм;
α и β – опытные коэффициенты, зависящие от рода металла и газа в дуговом промежутке, так для стальных электродов α = 10 В;
β = 2 В/мм
Длина дуги обычно не превышает 6-8 мм. Для обеспечения стабильности сварочной дуги необходимо поддерживать постоянной ее длину.
В случаях, когда используется автоматическая сварка под флюсом при повышенных плотностях тока, вынужденно используют сварочную дугу с возрастающей характеристикой (участок III).
При использовании сварочной дуги с возрастающей характеристикой имеет место мелкокапельный перенос жидкого электродного металла при определенных величинах тока, переходящий в струйный термогидродинамический режим.
И наконец, сварочная дуга с крутопадающей характеристикой (участок I) имеет неустойчивый режим горения, применяется она довольно для ограниченного круга способов сварки и, в случае применения, для обеспечения стабильности горения дуги необходимо постоянное включение в сварочной цепи генератора высокочастотного переменного тока высокого напряжения (осциллятора).
По эмпирическим данным, полученным в процессе разработки типовых технологических процессов сварки различных материалов и конструкций в промышленных условиях, падающую характеристику рекомендуется использовать при плотностях тока на электроде не более 10 А/мм2, жесткую – 10-50 А/мм2 и, наконец, возрастающую – 50-200 А/мм2.
В свою очередь, для конкретных способов сварки имеются рекомендации следующие:
а) для ручной сварки покрытыми электродами – 10-30 А/мм2;
б) при автоматической сварке под слоем флюса – 30-50 А/мм2;
в) для полуавтоматической шланговой сварки в среде защитных газов – 50-200 А/мм2.