Рис. 2.49. Внешние характеристики источника питания Uист (а); вольт-амперные характеристики дуги под флюсом Uд (б)
В отличие от ручной дуговой сварки перенос металла в дуге под флюсом (рис. 2.50) обычно мелкокапельный без коротких замыканий и пиков тока Iд и напряжения Uд (рис. 2.50, б). Размер капель тем мельче, чем больше плотность тока. Существенную роль имеет перенос электродного металла паром. Капли обычно пористые (плотность 2...5 г/см3 вместо 7,8 г/см3 для стали). Количество мелких капель достигает 60-70% их общего количества.
Рис. 2.50. Осциллограммы тока и напряжения в дуге (показаны схематически): а – при ручной дуговой сварке с короткими замыканиями; б – при сварке дугой под флюсом без коротких замыканий
Температура дуги 5000…7000 К. При сварке на переменном токе она колеблется в зависимости от изменения угла синусоиды ψ (рис. 2.51). Высокая устойчивость процесса позволяет в подавляющем большинстве случаев применять переменный ток, что связано с большей простотой и экономичностью оборудования. Различный теплоотвод с электрода и изделия обусловливает некоторую асимметрию тока в дуге под флюсом. Однако вентильный эффект сравнительно мал, и, как правило, специальных устройств для его устранения не требуется. Сварка под флюсом отличается
высоким КПД (рис. 2.52), ее легко автоматизировать и поэтому она широко применяется в промышленности.
2.10.3. Металлические дуги в защитных газах и в вакууме
Me-дуга в защитных газах используется в основном для сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей (СО2, смесь СО2+Ar, СО2+О2), а также алюминиевых сплавов и коррозионно-стойких сталей (Аr, Ar+He) главным образом на постоянном токе обратной полярности при жесткой или пологопадающей характеристике источников питания. Наибольшее применение ввиду своей экономичности получил процесс механизированной сварки тонкой проволокой в среде углекислого газа. Оснащение этих установок для механизированной сварки импульсными приставками для управляемого переноса существенно расширяет область их применения.
85
Me-дуга в вакууме (вакуумная ду-
га) горит обычно в парах металла электрода и применяется главным образом для сварки на постоянном токе обратной полярности. Давление среды — от 1 Па и ниже. Безусловно, дуга в вакууме отличается по своим свойствам от дуги при атмосферном давлении. Плазму столба дуги уже нельзя рассматривать как термически равновесную, так как
электронная температура больше тем-
Рис. 2.51. Зависимость температуры пературы газа Те > Та. дуги под флюсом от фазы переменного
тока
Термическая ионизация в столбе дуги снижается и ее роль компенсируется неупругими столкновениями.
В вакуумной дуге увеличивается катодное падение напряжения до 18…20 В и уменьшается градиент напряжения в столбе дуги по сравнению с атмосферными дугами с 2…4 до 0,2…0,4 В/мм, т. е. примерно в 10 раз (в воздухе Е = 1,5…2,0 В/мм; в среде СО2 Е =3…4 В/мм). Столб вакуумных дуг обычно длиннее, что позволяет применять более узкую разделку кромок стыка. Анодное падение напряжения меняется мало.
Рис. 2.52. Примерная диаграмма баланса энергии: а – угольная дуга I = 1000 А, Uд = 40 В (по данным И.Д. Кулагина); б – открытая Ме-дуга: I = 200 А, Uд = 25 В (по данным Н.Н. Рыкалина); в – Ме-дуги под флюсом: I = 1000 А, Uд = 36 В, v = 24 м/ч (по данным И.В. Кирхо)
86