1. Электрод. 2. Основной металл. 3. Электроны. 4. Ионизация. 5. Катодное пятно. 6. Столб дуги. 7. Анодное пятно.
Возникшая электрическая дуга является концентрированным источником тепла с очень высокой температурой.
При этом дуга имеет три зоны:
1 – Катодная (падение напряжения Uк), (рис. 5.9, поз.5),
2 - Столб (падение напряжения Ucт), (рис. 5.9, поз.6),
3 – Анодная (Uа). (рис. 5.9, поз.7).
Температура столба дуги достигает 60000С, а температура анодного и катодного пятна находится в пределах 2000-30000С.
Возможно зажигание дуги без короткого замыкания и отвода электрода с помощью высокочастотного электрического разряда через дуговой промежуток. Для этого в сварочную цепь на короткое время подключают источник высокочастотного переменного тока высокого напряжения (3000В и 150-250 кГц). Этот способ применяют для зажигания дуги при сварке неплавящимся электродом.
Общее напряжение дуги складывается Uд=Uк+Uст+Ua, где Uк - катодное напряжение, Uст – напряжение столба дуги, Ua – анодное напряжение. При сварке стали металлическим электродом напряжение на дуге составляет 18-28 В, угольным электродом – 30-40 В.
Для возбуждения дуги при сварке металлическим электродом необходимо напряжение 30-60 В. Это напряжение называется напряжением зажигания. При этом через столб дуги протекает электрический ток Iд. Зависимость Uд=f(Iд) называется вольт-амперной характеристикой дуги (рис. 5.9).
I область – падающая характеристика. Iд увеличивается , а Uд падает. В этой области электрический разряд мало устойчив и электрическая дуга с падающей характеристикой имеет ограниченное применение.
IIобласть – жёсткая характеристика Iд –растёт, а Uд-const. Обеспечивает устойчивый процесс сварки. Наиболее распространенная характеристика электрической дуги, применяется при ручной электродуговой сварке и автоматической под слоем флюса.
III область - возрастающая характеристика Iд и Uд возрастают.Здесь сечение столба дуги уже не может увеличиваться , плотность тока возрастает с увеличением величины тока, а проводимость дуги остаётся постоянной. Это вызывает увеличение напряжения дуги. Применяется при полуавтоматической сварке в среде защитных газов, а также автоматической сварке под слоем флюса на повышенных плотностях тока.
Рис. 5.10. Статическая вольтамперная характеристика напряжения дуги.
I – падающая характеристика;
II – жесткая; III – возрастающая.
5.6.3. Источники питания сварочной дуги
Отечественная промышленность выпускает большое количество источников питания сварочной дуги электрическим током, обеспечивающее многочисленные технологические процессы. Выпускаемые источники питания разделяют по следующим признакам:
1.По роду тока – на источники постоянного тока (преобразователи , выпрямители и агрегаты) и переменного тока (сварочные трансформаторы).
2.По количеству одновременно подключаемых сварочных постов - на
однопостовые и многопостовые.
3. По назначению – на источники для ручной сварки покрытыми электродами, для автоматической и полуавтоматической сварки под слоем флюса, для сварки в среде защитных газов, электрошлаковой сварки, для плазменной резки и источники тока специального назначения.
4. По принципу действия и конструктивному выполнению – на сварочные трансформаторы: с расщеплёнными полюсами, с жёсткой характеристикой, универсальные и др.
агрегаты – генераторы ДВС, сварочные выпрямители, универсальные и др.
5. По характеру привода – на источники с электрическим и независимым приводом (от двигателя внутреннего сгорания).
6. По способу установки и монтажа – на стационарные и передвижные.
Внешней характеристикой источника питания называется зависимость напряжения на его зажимах, от величины сварочного тока. Источники питания могут иметь четыре вида внешних характеристик (рис. 5.11): крутопадающая, пологопадаюшая, жесткая, возрастающая.
Рис.5.11. Внешние характеристики источников питания
сварочной дуги.
1- крутопадающая; 2 – пологопадающая; 3 – жесткая; 4 - возрастающая.
Выбор источника питания по виду внешней характеристики производится в зависимости от заданного способа сварки. Для ручной сварки лучшая характеристика источника – крутопадающая. При частых изменениях длины дуги, а следовательно и напряжения, возможных вследствии ручного управления электродом, сварочный ток меняется незначительно, устойчивость дуги высокая и в сварочном шве не будет дефектов.
Для сварки неплавящимся электродом наиболее приемлема крутопадающая характеристика. Для автоматической и полуавтоматической сварки под слоем флюса необходима пологопадающая характеристика. При сварке в струе защитных газов источники питания должны иметь жёсткую и пологовозрастающую характеристики.
Выбор источника питания обуславливается:
- видом сварки,
- характером производства,
- свойствами свариваемых металлов,
- условиями работы источника,
- применяемыми электродами.