Заваръчна дъга и нейните свойства
Физическата същност на дъгата. Заваръчната дъга е мощен електрически разряд в газове, придружен от отделяне на значително количество топлина и светлина.
За загряване на катода между него и анода (те са свързани към източника на заваръчен ток) се извършва краткотрайно късо съединение на електрода към детайла. След като електродът се отдели от продукта от нагрятия катод, който може да бъде както електрод , така и продукт по време на заваряване с постоянен ток (при променлив ток, полярността постоянно се променя), под въздействието на електрическо поле започва емисия на електрони. Електроните, излъчени от повърхността на катода, се насочват към анода и, сблъсквайки се с въздушни молекули и атоми, ги йонизират. Отрицателните йони и електрони, образувани във въздушната междина, се придвижват към анода, а положителните йони се придвижват към катода. На повърхността на катода и анода заредените частици се неутрализират и електрическата енергия се преобразува в топлинна.
Електрически свойства на дъгата. Основните параметри, характеризиращи свойствата на дъгата, са напрежение, ток и дължина на дъгата. Връзката между напрежението и тока в стационарно състояние на дъгата се изразява чрез статична характеристика ток-напрежение (фиг. 56,a). Може да бъде падащI, твърдIIи нарастващIII. Най-широко използвана е дъга с твърда характеристика, при която напрежението върху дъгата не зависи от силата на заваръчния ток. Дъга с нарастваща характеристика се използва при автоматично електродъгово заваряване под флюс при повишена плътност на тока и при заваряване в защитен газ с консумативен електрод. Дъгата с падаща характеристика е нестабилна и има ограничено приложение. Връзката между напрежението и дължината на дъгата, която има твърда характеристика,се изразява със следната емпирична формула:
,
къдетоUd - напрежение на дъгата, V;
aиb- коефициенти в зависимост от вида на електродния материал, състава на газовата среда и др.;
При заваряване със стоманени електроди на въздуха= 10 V, аb= 2 V/mm.
Структурата на дъгата и нейните топлинни свойства. Заваръчната дъга (фиг. 56,b) се състои от три части: катод, анод и дъгова колона. В дъговата колона1, чиято температура е 6000 ... 7000 ° C, протичат процеси на йонизация -
ция и движение на заредени частици към катода и анода. Стълбът на дъгата е заобиколен от гореща смес от2пари на електрода и заварени метали и продуктите на реакцията на тези пари със заобикалящата газова среда.
Топлинната мощност на дъгата се определя по формулата
къдетоK- коефициент на несинусоидалност на напрежението и тока;
| Ориз. 56. Статична ток-напрежение характеристика и структура на заваръчната дъга |
| a b |
| - |
| 1 |
| 2 |
| + |
| I II III |
- заваръчен ток, А.
За постоянен токK= 1, а за променлив ток се променя от 0,7 до 0,97.
Не цялата топлина на дъгата се изразходва за топене на пълнителя и основния метал: приблизително 50% се използва за нагряване на продукта; около 30% - за нагряване на електрода и почти 20% са топлинни загуби в околното пространство. Когато дъгата се захранва с постоянен ток, по-голямо количество топлина, приблизително 42 ... 43%, се отделя на анода, около 36 ... 38% - на катода и приблизително 20 ... 21% - в колоната на дъгата. Следователно температурата на анода е малко по-висока от температурата на катода.