Электрическая дуга как источник тепла.

Электрической дугой называют один из видов устойчивого электрического разряда через газовый промежуток.

Особенности: высокая плотность тока, высокая температура.

Дуговой разряд происходит между двумя электродами, которые называются полюсами дуги. Сварочная дуга – основной источник тепла при сварке плавлением. Сварочные дуги классифицируются по технологическим признакам:

1. По роду тока:

• дуга постоянного тока;

• дуга переменного тока.

2. По расположению электродов:

• дуга прямого действия (а) (между электродом и деталью);

Дуги прямого действия по направлению тока разделяют на дугу прямой полярности (”+” на изделии) и дугу обратной полярности (”–” на изделии).

• д уга косвенного действия (б) (применяется для подогрева и наплавки);

• дуга комбинированного действия (с).

3. По типу электрода:

• плавящимся электродом (материал электрода имеет температуру плавления близкую к температуре плавления свариваемого материала);

• неплавящимся электродом (температура плавления электрода больше температуры плавления свариваемого материала);

• жидким электродом (расплавленный металл в полом керамическом стержне).

4. По типу газовой среды:

• в среде газа (Ar, Ge, CO₂, N₂, смеси);

• в среде пара;

• смесь газа и пара.

Сварка в газе – газоэлектрическая сварка. В среде пара дуга горит при сварке под слоем флюса, под водой, в среде водяного пара, при сварке в вакууме (пары электрода и свариваемого металла). В смеси газа и пара при сварке покрытым электродом.

5. По механическому воздействию на дугу:

• открытая дуга (РДС, СО₂);

• закрытая дуга (сварка под слоем флюса);

• сжатая дуга.

Схематизация источников тепла.

Для упрощения расчётов существует несколько схем.

Критерий	Характеристика источника
Длительность действия	Мгновенный. Прерывистый (импульсный). Непрерывный.
Распределённость действия	Распределённый. Сосредоточенный. Точечный. Линейный. Плоский.
Движение	Неподвижный. Движущийся. Быстродвижущийся.

Комбинации характеристик определяют тип источника.

Пример: Сварочная дуга может быть отнесена к различным типам источников в зависимости от толщины и теплофизических свойств материала, размеров детали, теплоотводящих подкладок и прижимов, выделяемой мощности.

Реальный тепловой поток от источника не всегда вводится в одной точке, т.к. реально все источники распределённые. Схема сосредоточенных источников абстрактна и введена для удобства инженерных расчётов.

Пример сосредоточенных источников: Схема непрерывного сосредоточенного линейного движущегося источника тепла применяется при сварке пластин встык со сквозным проплавлением. Источник можно представить как раскалённую нить, пронизывающую свариваемые пластины на всю толщину. Схему мгновенного сосредоточенного точечного неподвижного источника используют для расчёта заварки небольших дефектов.

Схематизация источников тепла и нагретых тел, применяемых для расчета температур при сварке.

Схематизация нагреваемых тел.

Р аспределение тепла в теле зависит от формы и размеров. Всё многообразие свариваемых тел для упрощения расчётов сводят к схемам: 1)бесконечные и полубесконечные тела; 2)бесконечные и полубесконечные пластины; 3)бесконечные и полубесконечные стержни.

Бесконечным телом называется такое тело, границы которого не влияют на процесс распределения тепла. Другими словами считают, что границы тела удалены в бесконечность.

x = 

y = 

z = 

О – место введения тепла в тело.

Полубесконечное тело ограничено с одной стороны плоскостью.

x = 

y = 

z = +; z = 0

Бесконечная пластина ограничена двумя плоскостями.

x = 

y = 

z = 0; z =  ( - толщина пластины)

П олубесконечная пластина ограничена тремя плоскостями.

x = 0; x = +

y = 

z = 0; z = 

При сварке бесконечной пластины глубина провара должна быть равной или большей, чем толщина пластины.

Плоский слой – бесконечная пластина, у которой нельзя пренебрегать распределение тепла по её толщине. Плоскость z =  влияет на процесс распределения тепла, искажает температурное поле (наплавка на лист или сквозное проплавление). Если проплавление на глубину больше 0,5 , то на обратной стороне видны следы воздействия температуры.

Бесконечный стержень. Температура в поперечном сечении распределяется равномерно. Температурное поле линейное, распределяется только по оси x.

x = 

Полубесконечный стержень – тело, ограниченное плоскостью.

x = 0; x = +

Рассмотренные схемы являются основными. В инженерных расчётах есть более сложные схемы: сплошной и полый цилиндры, криволинейный контур.