2.3 Температура в дуге

Дуга постоянного тока характеризуется неодинаковым выделением тепла на аноде и катоде. Данные о температуре катодного и анодного пятен в зависимости от материала электродов при горении дуги в воздухе приведены в табл. 1.

Таблица 1

Температуры анодных и катодных пятен для различных материалов.

Материал электродов		уголь	железо	медь	никель	вольфрам
Температура пятен, 0К	Катодное	3500	2400	2200	2370	3000
	Анодное	4200	2600	2450	2450	4240

Анализ таблицы 1 показывает, что при открытых дугах, горящих в воздухе, анод нагревается интенсивнее, чем катод. Это позволяет судить о полярности электродов по степени нагрева анода и катода при горении дуги.

Температура в дуге колеблется 4000 ÷ 14000 ⁰К и зависит от условий ее существования. Температуру обычной сварочной дуги ориентировочно можно определить по эмпирической формуле:

Т_g = 800 Ui

Где: Ui – потенциал ионизации газа столба дуги.

Для сварочных процессов температуру дуги принимают ≈ 5000÷8000 ⁰К. Излучение дуги близко к солнечному с небольшим сдвигом максимума в сторону более длинных волн.

2.4.Магнитное отдувание дуги

При сварке на постоянном токе в ряде случаев наблюдается блуждание дуги, вызванное действием магнитных полей на дугу.

Столб сварочной дуги можно в первом приближении рассматривать как гибкий проводник, который под действием магнитного поля может деформироваться. При взаимодействии собственного электромагнитного поля дуги с полями отдельных участков сварочной цепи, а так же наличии вблизи дуги районов с различными магнитными свойствами, часто наблюдается значительное отклонение дуги от оси электрода, нарушающие процесс сварки. Такое отклонение называют магнитным отдуванием дуги.

В зависимости от условий образования неоднородного поля различают следующие случаи магнитного отдувания дуги (рис.4):

Для борьбы с магнитным отдуванием используются различные меры: симметричное присоединение обратного провода относительно оси изделия или шва, наклон электрода у края изделия для компенсации краевого эффекта, подкладка стальных пластин в месте зазора между свариваемыми элементами, уменьшения зазора между ними и др.

Рис. 4. Магнитное дутье при сварке на постоянном токе.

а) влияние угла между двумя электродами, б) влияние места присоединения обратного провода, в) влияние наклона электрода, г) влияние магнитной массы, д) краевой эффект, е) влияние зазора.

2.5 Устойчивость дуги переменного тока

Сварочная дуга переменного тока (рис. 5), за каждый период дважды меняет полярность и дважды затухает на нисходящих ветвях синусоиды напряжения Uип источника тока на промежутках времени t_T, начиная с момента, когда напряжение источника достигает значения напряжения дуги Ug /точка 1/ и до момента зажигания дуги ведет к резкому охлаждению катодного пятна и дуговой плазмы и снижению степени ее ионизации. Поэтому напряжение повторного зажигания дуги /точка 2/ превышает напряжение дуги Ug. Эта особенность дуги переменного тока наиболее заметно проявляется при сварке дугами небольшой мощности при малых плотностях тока.

Рис. 5 Осциллограммы напряжения и тока при сварке на переменном токе при отсутствии (а) и при наличии (б) в цепи индуктивного сопротивления.

τ_г и τ_п – время горения и отсутствия (пауза) дуги; Uип и Ug – напряжения на источнике питания и дуги; Ig – сила сварочного тока; φ- угол сдвига фаз.

Для повышения устойчивости дуги переменного тока принимает следующие меры:

1. Повышение напряжения холостого хода источника тока, что сокращает продолжительность перерывов в горении дуги. Однако эта мера нежелательна по соображениям техники безопасности.

2. Повышение частоты тока до 400…500 Гц.

3. Введение в состав покрытия электрода и столб дуги веществ с низким потенциалом ионизации (Na, K, Ca, Ti, Ar, He, и т.п.), что ведет к снижению напряжений зажигания дуги и в столбе дуги.

4. Включение последовательно в сварочную цепь индуктивного сопротивления (рис.5), что приводит к сдвигу фаз φ соответственно по времени тока от напряжения. При этом напряжению Ug на нисходящей ветви кривой Uип должен соответствовать максимум на кривой тока, а при Iдуг = 0 напряжение источника должно достигнуть величины, достаточной для зажигания дуги.

5. Включение в сварочную цепь осциллятора (кВ, кГц) и стабилизатора, который дает импульсы (400В, 100Гц) в строго определенное время.