Сварочная дуга: ее свойства, виды, принцип работы. Что такое сварочная дуга?

Сварочная дуга создается только ионизированной смесью газов и паров металла. Он используется в качестве инструмента для металлообработки, поскольку является концентрированным источником тепловой энергии.

Сварочная дуга: ее свойства, виды, принцип работы

В наше время промышленность не может обойтись без сварки. Это, в свою очередь, основано на явлении сварочной дуги, которое было разработано ведущими учеными того времени. Он обеспечивает высокую прочность, которая так важна при соединении металлических изделий в единое целое. Однако при выполнении этого процесса важны определенные нюансы, такие как выбор правильного источника энергии и условий обжига, иначе сварной шов может получиться перекошенным.

Здесь подробно рассказывается о типе и структуре сварочной дуги, ее использовании, конструкции и правильном применении. С помощью этой информации каждый сварщик может немедленно улучшить свои знания и укрепить свое положение среди профессионалов в этой области.

Определение сварочной дуги

Сварочная дуга — это электрический заряд между электродами, имеющий значительную длину и выделяющий большое количество энергии. Дуга характеризуется разностью потенциалов, возникающей в газообразной среде.

Дуга вызывает быстрый рост температуры металла при высокой плотности электрического напряжения, материал становится деформируемым и достигает состояния, пригодного для последующего плавления.

1.jpg

Предельная температура сварочной дуги составляет +7 000 °C. Такая степень нагрева используется для обработки металлов, которые могут быть расплавлены только при температуре выше +3 000 °C. Что касается свойств этого электрического заряда, то сварочная дуга представляет собой проводник, созданный ионизированным газом. Дуга состоит из нескольких зон, которые при прохождении тока выделяют большое количество тепловой энергии.

При зажигании дуги образуется гальваническая цепь, состоящая из анода, катода и ионизированного газа. Используются два электрода. Под действием протекающего тока дуга нагревается и генерирует свет — последнее обусловлено наличием фотонного излучения.

Ключевые особенности сварочной дуги

По сравнению с другими электрическими зарядами, дуга характеризуется такими особенностями:

  • Высокая плотность тока, вплоть до нескольких тысяч ампер на 1 см2, что обеспечивает высокую температуру.
  • Неравномерное распределение электрического поля на отрезке между электродами: около них напряжение падает, значительно усиливаясь в столбе.
  • Очень высокая температура, достигающая своего пика в столбе, что связано с большой плотностью тока. За счет увеличения длины столба можно снизить нагрев электрической сварочной дуги, тогда как уменьшение его размеров приводит к росту температуры.
  • Виды нахлесточных сварных соединенийВозможность добиваться разных вольтамперных характеристик за счет зависимости напряжения от плотности тока при постоянной длине или непрерывном горении дуги. Сегодня принято говорить о трех вольтамперных характеристиках.

Что такое сварочная дуга, определение

Так называемая сварочная дуга, по сути, является проводником длительного действия, состоящим из ионизированных частиц, которые сохраняются в течение длительного времени благодаря поддерживающему электрическому полю. Дуговой разряд характеризуется непрерывной формой и высокой температурой и происходит в газообразной, ионизируемой среде.

В руководствах по сварке дуга определяется следующим образом: Это длительный электрический разряд в плазме, состоящей из смеси ионизированного воздуха или защитных газов и испарившихся компонентов присадочного и основного металлов.

Природа и строение

За короткое время металл может быть нагрет до температуры плавления сильной электрической дугой. Его свойства характеризуются плотностью тока и вольтамперометрией. С электротехнической точки зрения дуговая клемма представляет собой проводник ионизированного газа между катодом и анодом с высоким сопротивлением и накаливанием. Детальное изучение структуры дуговой сварки поможет понять природу температурного эффекта. Дуга имеет среднюю длину 5 мм и делится на основные зоны:

  • анодную, она не более 10 микрон;
  • катодную, она в 10 раз меньше анодной;
  • столб – видимая светящаяся полоска.

Свободный поток электронов отвечает за температуру сварочной дуги. Он генерируется в точке катода. Он нагревается до 38 % от температуры плазмы. В дуговой колонке электроны движутся к аноду, а положительные частицы — к катоду. Колонка не имеет собственного заряда и остается нейтральной. Внутри частицы нагреваются до 10 000 °C, а металл в среднем до 2350 °C, в то время как обычная температура ванны составляет 1700 °C. Точка, в которой электроны перемещаются к аноду, а металл к катоду.

  Устройство и особенности эксплуатации сверлильных станков. Сверлильный станок для чего.

Точка, где электроны входят и нейтрализуются, называется анодной точкой. Его температура на 4-6% выше, чем температура анодной точки.

Напряжения в анодной и катодной зонах значительно снижаются, свечение отсутствует. Только плазма видима и излучает ультрафиолетовые, инфракрасные и световые волны. Они вредны для зрения и кожи. По этой причине сварщики используют средства индивидуальной защиты.

Строение сварочной дуги

Виды сварочной дуги

Существуют различные критерии для классификации сварочной дуги. В зависимости от типа сварочного тока и положения электрода по отношению к свариваемым элементам можно выделить следующие варианты:

  • прямого действия, разряд перпендикулярен заготовке, параллелен электроду;
  • косвенного действия, разряд возникает между двух электродов, наклоненных друг к другу под углом от 40 до 60°, и металлом.

Классификация состава плазмы колонны:

  • открытого типа возникает в воздушной атмосфере благодаря испаряемым из обмазки и металла компонентам;
  • закрытая, возникающая под слоем флюса за счет газообразной фазы, образовавшейся из частиц электрода, металла, компонентов флюса при прохождении разряда;
  • с подачей газовой смеси или однокомпонентного защитного газа.

Дуговая сварка классифицируется в зависимости от материала электрода для зажигания. Процесс сварки различается в зависимости от типа используемого электрода:

  • вольфрамовые тугоплавкие
  • угольные или графитовые;
  • стальные с различным типом обмазки, в состав которой входят ионизирующие компоненты.

Различают непрерывную и импульсную дугу, используемую при контактной сварке.

Природа и строение

схема дуги

Характеристики сварочной дуги и ее природа достаточно просты для понимания. Максимальная температура в рассматриваемом сварочном элементе может достигать 10 тысяч градусов.

Это достигается путем пропускания электрического тока через катоды, где он попадает в ионизированный газ и, разряжаясь яркой вспышкой, позволяет нагреть его до нужной температуры.

Затем ток подается на металл, который сваривается и подвергается дальнейшей обработке.

Когда температура достаточно высока, этот элемент потоотделения излучает инфракрасные и ультрафиолетовые лучи, которые вредны для человеческого организма. Это может повлиять на зрение или вызвать сильные ожоги на коже.

Чтобы защитить себя от неблагоприятного воздействия, необходимо изучить его свойства и характеристики и надежно защитить себя или своего мастера.

Другим важным аспектом является структура сварочной дуги. Вопрос о том, из скольких частей состоит сварочный элемент, весьма интересен и показателен. Прежде всего, следует отметить, что существует три основные части: анод, катод и колонна.

Когда механизм в катоде или аноде сгорает, образуются небольшие пятна — места, где температура наиболее высока. Электрический ток проходит через эти участки, а анодные и катодные пятна на поверхности указывают на эффект пониженного напряжения.

Часто столб находится в середине этих мест, и напряжение там может легко упасть. Это означает, что сварочный элемент имеет длину, которая включает все вышеупомянутые области.

Оптимальная длина заготовки составляет 5 мм, что обеспечивает стабильную, благоприятную и постоянную температуру обжига.

Разновидности

Существуют различные классификации этого элемента, которые имеют различные схемы протекания тока и в пределах которых этот элемент возникает.

чертеж сварочной дуги

Сварка дугой делится на следующие виды:

  1. С прямым действием. В данном случае оборудование устанавливается в параллель изделию из металла, которое необходимо сварить. Дуга, в свою очередь, становится под прямым углом по направлению к электродам и металлической поверхности.
  2. С косвенным действием. Появляется при использовании двух электродов, которые находятся от свариваемого изделия под углом в 50 градусов. Дуга появляется между электродом и свариваемым материалом.

Кроме того, можно классифицировать в зависимости от атмосферы, в которой возникает сварочная дуга:

  1. Открытая сфера. Дуга может гореть на открытом пространстве с образованием газовой фазы, где содержится пар металла, электрода и поверхностей после обработки сварочным инструментом.
  2. Закрытая сфера. Дуга горит под флюсом. В газовой фазе возле дуги попадает пар материала, электродов и самого флюсового слоя.
  3. С подачей газовой смеси. В дуге могут находиться сжатый газ, такой как гелий, углекислый газ, водород, аргон и иные примеси газовых веществ. Они необходимы, чтобы свариваемая поверхность изделия не подвергалась окислению. Благодаря их подаче среда восстанавливается либо становиться нейтральной к внешним факторам. В дугу попадает газ, который подается для работы, пар от свариваемого изделия и электродов.
  Кромкооблицовочный станок: назначение, принцип работы оборудования. Кромкооблицовочный станок для чего?

В дополнение к вышеуказанным классификациям можно также различать оценки в зависимости от продолжительности:

  • классический используется для постоянной эксплуатации;
  • импульсный – для одноразового использования.

Также можно различать марки в зависимости от используемого материала — углерод, вольфрам, плавящиеся или неплавящиеся электроды.

Одним из самых популярных компонентов является стальной электрод, т.е. плавильный электрод. Однако в настоящее время большинство профессионалов предпочитают неплавящийся электрод, из чего можно сделать вывод, что эти типы компонентов совершенно разные.

Условия горения

При нормальных условиях температура в столбе сварочной дуги достигает максимума при 7000 градусах. При использовании катода должна быть достигнута постоянная температура, при которой горит дуга. В этом случае также учитываются такие факторы, как диаметр, размер и температура окружающей среды.

виды сварочной дуги

Важно, чтобы цена не колебалась, чтобы можно было сварить абсолютно любой материал. Хороший источник питания необходим для поддержания постоянной температуры элемента, что влияет на его производительность.

Наиболее важными областями сварочной дуги являются работа с ионизированным газом и использование щелочи или щелочноземельной группы в виде калия или кальция для обеспечения надежного и хорошего горения сварочной дуги. Вопрос о среде, в которой может гореть сварочная дуга, имеет большое значение.

Для того чтобы рассчитать, сколько энергии требуется для извлечения электрона из атома, необходимо учесть множество физических и химических факторов, в зависимости от типа газа и т.д.

Природа возникновения

Электрическая сварочная дуга может гореть только в ионизированной газообразной среде. Ионизированная газообразная среда — это газ или газовая смесь с отрицательно заряженными электронами и положительно заряженными ионами. При нормальных условиях любой газ, включая воздух, не имеет электрически заряженных частиц.

Процесс ионизации происходит при зажигании дуги, когда электрод касается металла. В этот момент металл частично плавится, и происходит короткое замыкание.

Из-за высокой температуры короткого замыкания с поверхности катода (в данном случае сварочного электрода) испускаются электроны, а с заготовки — положительно заряженные ионы.

Процесс образования электронов из катода под воздействием температуры называется термоионной эмиссией.

Как только произошла ионизация под воздействием излучения, сварочная дуга начинает гореть равномерно. Процесс ионизации происходит в течение всего времени горения дуги.

Image2

Условия образования

Основные требования к образованию сварочной дуги следующие:

  1. Первичное короткое замыкание между электродом и изделием.
  2. Появление расплавленного металла в зоне между электродом и изделием.
  3. После отведения электрода образуется вытягивание металла — образуется “шейка”
  4. Происходит обрыв “шейки” с образованием ионизированного газа.
  5. Возникновение стабильно горящей дуги.

Image3

Непрерывная ионизация газа необходима для поддержания работы и стабильности дуговой колонны. Для этого используются либо экранирующие газы с высокой степенью ионизации, такие как аргон и гелий.

Если сварка производится электродами, то в наплавку добавляются щелочные металлы, такие как калий, натрий или другие. Это увеличивает ионизацию во время горения и плавление покрытия электрода.

Источники питания (аппараты)

Для генерации дуги используются устройства переменного, постоянного и импульсного тока.

Переменный ток вырабатывается однофазными и трехфазными трансформаторами. Однофазное требует 220 вольт, трехфазное — 380 вольт (используется в промышленности).

Для постоянного тока используются сварочные преобразователи, выпрямители и отдельные агрегаты.

Наиболее современными источниками тока являются инверторные источники тока. Транзисторное управление оптимизирует процесс сварки путем регулировки вольт-амперной характеристики. Обзор различных типов сварочных аппаратов см. в нашей статье о ручных сварочных аппаратах.

Многополюсные выпрямители обычно используются на заводах с жесткой вольт-амперной кривой.

Классификация

Поскольку это обширный процесс сварки, дуга может состоять из различных типов. Исходя из характеристик источника питания, можно выделить следующие варианты в зависимости от конструкции и предполагаемого использования:

  • плавкая изготавливается из стального сплава – при работе происходит расплавка металлического электродного стержня;
  • неплавкая актуальна при работе с графитом и вольфрамом – электроды данного вида во время сварки не расходуются, а формирование шва происходит из расплавленных металлических заготовок.
  Выбираем магнитный угольник для сварки металлоконструкций — сварочные магниты-уголки для удобной работы сварщика. Магниты для сварки какие выбрать?

По схеме подвода тока и среде

По схеме электрического подключения сварочные дуги делятся на два варианта.

  1. Прямого действия. В качестве одного электрода выступает конструкция сварки, а второго – плавящийся элемент. В месте зазора происходит образование дуги.
  2. Косвенного действия. Розжиг происходит между парой неплавких параллельных электродов, после чего он подносится к свариваемой заготовке.

По атмосфере

В соответствии с принципом действия атмосферы сварочные дуги делятся на три типа.

  1. Открытая сфера. В данном случае горение дуги возможно в открытом пространстве, при этом образуется газовая сфера с содержанием металлического пара, а также электродного и поверхностного.
  2. Закрытая. Дуга закрытого типа наблюдается при горении под флюсом. В фазе газа около дуги находится пар от материала, электрода и слоя флюса.
  3. С подачей смеси газа. В этом электрозаряде может располагаться газ в сжатом виде, а также его примеси. Использование водорода, углекислого газа и аргона необходимо для предотвращения окисления обрабатываемой поверхности. Благодаря подаче вышеперечисленных веществ наблюдается восстановление среды или ее нейтральное отношение по отношению к факторам последней.

По длительности действия

Электросварочные дуги можно разделить на эти типы в зависимости от времени их работы:

  • постоянная, которая считается актуальной для длительной работы;
  • импульсная, что представлена однократным мощным импульсом, обычно такая дуга используется для контактного вида сварки.

Условия горения

Типичные температурные условия в столбе сварочной дуги составляют максимум 7000 градусов Цельсия. С помощью катода можно добиться постоянной температуры, при которой возникает и горит дуга. Необходимо также учитывать размеры, диаметр и температуру окружающей среды.

Для сварки материалов любого качества необходимо контролировать температурную стабильность. При хорошем источнике питания температура будет стабильной, а работа элемента — качественной.

В основе полей дуговой сварки лежит работа с ионизированными газами, использование щелочей, щелочных групп, таких как калий, кальций. Эти свойства способствуют высокому качеству горения сварочной дуги. Последние могут гореть не во всех средах, поэтому не следует пренебрегать физическими и химическими факторами.

Существуют различные типы электрических зарядов, благодаря которым происходит горение.

  1. Тлеющий. Он возникает за счет низкого давления. Обычно его используют для освещения с помощью люминесцентной лампы или экрана плазмы.
  2. Искровой. Возникает такой электрический заряд после доведения показателя давления до атмосферного. Искровому типу дуги характерна прерывистость, при этом наблюдается механизм действия, сходный с молниевым. Он нашел свое применение при розжиге двигателя внутреннего сгорания.
  3. Дуговой используют при работе сваркой или для простого освещения. У такого заряда прерывистая форма, которая возникает из-за особенностей давления в атмосфере.
  4. Коронный электрозаряд может возникнуть в результате структурной шероховатости, неоднородности. В ходе данного воздействия происходит образование струйки.

Источники питания

При сварке следует использовать только процессы зажигания и стабилизаторы, отвечающие этим требованиям:

  • с легкостью зажигать дугу;
  • стабильно поддерживать процесс горения;
  • осуществлять контроль за верхним порогом тока коротких замыканий;
  • иметь хорошую динамику;
  • характеризоваться электрической безопасностью.

Источники тока сварочной дуги имеют следующую классификацию:

  • предназначение – делятся источники на те, что подходят ручной сварке, флюсовой либо в защитной от газа среде;
  • количество сварочных постов, что могут быть подключены в одно время;
  • возможность передвижения, а именно: мобильный и стационарный;
  • производство энергии: производитель и преобразователь;
  • тип выходящего тока;
  • вольт-амперная характеристика.

Текущие источники:

  • трансформатор представляет собой простой сварочный агрегат с реактивной катушкой индуктивности в основе;
  • выпрямитель имеет вид устройства, которое выпрямляет электрический ток;
  • преобразователь – устройство с помощью механического воздействия делает из переменного вида тока постоянный;
  • инвертор – этот сварочный аппарат считается наиболее подходящим для выполнения бытовых нужд, эти мобильные устройства характеризуются компактностью, удобством в применении.

Для получения качественного и надежного сварного шва необходима дуга. Для использования этого типа источника энергии не требуется специальных навыков. Однако сварщик должен знать особенности создания, использования и формирования сварочной дуги.

Посмотрите следующее видео о сварке малой дугой.

Оцените статью
Ремонт до и после