Сварочная дуга

Общепринятые обозначения

РДС – ручная дуговая сварка (преимущественно в советской литературе);

MMA – Manual Metal Arc (Welding) – ручная металлическая дуговая сварка;

SMAW – Shielded Metal Arc Welding – металлическая дуговая сварка в защитной атмосфере;

E – международный символ ручной дуговой сварки.

Д ля образования и поддержания электрической дуги к электроду и свариваемому изделию (см. рисунок) от источника питания подводится сварочный ток (переменный или постоянный).

Ручная дуговая сварка Зажигание дуги при ручной дуговой сварке

Д уга зажигается кратковременным прикосновением конца электрода к свариваемому изделию. В результате протекания тока короткого замыкания и наличия контактного сопротивления торец электрода быстро нагревается до высокой температуры, при которой после отрыва электрода происходит ионизация газового промежутка и возникает сварочная дуга.

Электрическая дуга представляет собой один из видов электрических разрядов в газах, при котором наблюдается прохождение электрического тока через газовый промежуток под воздействием электрического поля.

После зажигания дуги торец электрода начинает расплавляться и расплавленный слой металла электрода под действием сил тяжести и сил поверхностного натяжения образует каплю. Капля нагревается и вытягивается, образуя тонкую шейку, увеличивается в размерах и перекрывает столб дуги, создавая короткое замыкание в сварочной цепи. После этого перемычка из жидкого металла разрывается, капля остается на месте сварки, дуга возникает вновь и процесс каплеобразования повторяется.

Металл электрода может переноситься в сварочную ванну крупными каплями, достигающими величины диаметра электрода, или мелкими каплями величиной до 0,5 мм и очень мелкими каплями менее 0,1 мм.

Сила поверхностного натяжения способствует формированию шва, удержанию жидкого металла ванны при сварке в потолочном положении.

Строение дуги

Электрическую дугу, используемую для сварки металлов, называют сварочной дугой. При сварке на постоянном токе электрод, подсоединенный к положительному полюсу источника питания дуги, называют анодом, а к отрицательному - катодом. Если сварка ведется на переменном токе, каждый из электродов является попеременно то анодом, то катодом. По длине дугового промежутка дуга разделяется на три области (рис. 1): катодную, анодную и находящийся между ними столб дуги. Катодная область включает в себя нагретую поверхность катода, называемую катодным пятном, и часть дугового промежутка, примыкающую к ней.

Рис. 7.33 Строение электрической дуги и распределение напряжения в ней: 1 - катодная область, 2 - столб дуги, 3 - анодная область

Характеристика дуги

Для зажигания дуги требуется напряжение большее по величине, чем напряжение для горения дуги. Напряжение, подводимое от источника питания к электродам при разомкнутой сварочной цепи, является напряжением холостого хода. При сварке на постоянном токе напряжение холостого хода не превышает 90 В, а на переменном токе – 80 В. В момент горения дуги напряжение, подаваемое от источника питания, значительно снижается и достигает величины, необходимой для устойчивого горения дуги. В процессе горения дуги ток и напряжение находятся в определенной зависимости.

Зависимость напряжения дуги от тока в сварочной цепи, при условии постоянной длины дуги, называют статической вольтамперной характеристикой дуги, которая графически представлена на рис. 7.34

В области 1 (до 100 А) с увеличением тока напряжение значительно уменьшается, так как при повышении силы тока увеличивается поперечное сечение столба дуги и его проводимость.

В области 2 (100—1 000 А) при увеличении тока напряжение сохраняет постоянную величину, так как поперечное сечение столба дуги и площади анодного и катодного пятен увеличиваются пропорционально току. Вольт-амперная характеристика будет жесткой, дуга горит устойчиво, и обеспечивается нормальный процесс сварки.

В области 3 (свыше 1 000 А) увеличение тока вызывает возрастание напряжения, так как увеличение плотности тока выше определенного значения не сопровождается увеличением катодного пятна из-за ограниченного поперечного сечения электрода, при этом вольт-амперная характеристика будет возрастающей.

Рис.7.34 Статическая вольтамперная характеристика дуги