Сварочная дуга характеризуется выделением большого количества тепловой энергии и сильным световым эффектом. Она является концентрированным источником тепла и применяется для расплавления основного и присадочного материалов.
В зависимости от того, в какой среде происходит дуговой разряд, различают:
- открытую дугу, горящую в воздухе, где составом газовой среды зоны дуги является воздух с примесью паров свариваемого металла, материала электрода и электродных покрытий;
- закрытую дугу, горящую под флюсом, где составом газовой среды зоны дуги являются пары основного металла, проволоки и зашитого флюса;
- дугу, горящую в среде защитных газов — закрытую дугу (в состав газовой среды зоны дуги входят атмосфера защитного газа, пары расплавленного металла проволоки и основного металла).
Сварочная дуга классифицируется по роду применяемого тока (постоянный, переменный, трехфазный) и по длительности горения (стационарная, импульсная). При применении постоянного тока различают дугу прямой и обратной полярности. При прямой полярности отрицательный полюс силовой цепи — катод — находится на электроде, а положительный полюс — анод — на основном металле. При обратной полярности плюс на электроде,а минус на изделии.
В зависимости от типа применяемого электрода дуга может возбуждаться между плавящимся (металлическим) и неплавящимся (угольным, вольфрамовым и др.) электродами. По принципу работы дуги бывают прямого, косвенного и комбинированного действия (рис. 28).
Рис. 28. Электрическая дуга: а — прямого действия,б — косвенного действия, в — комбинированного действия
Дугой прямого действия называют дуговой разряд, происходящий между электродом и изделием. Косвенна дуга представляет собой дуговой разряд между двумя электродами (атомно-водородная сварка). Комбинированная дуга — это сочетание дуги прямого и косвенного действия. Примером комбинированной дуги служит трехфазная дуга, у которой две дуги электрически связывают электроды с изделием, а третья горит между двумя электродами, изолированными друг от друга.
Возбуждение дуги производят двумя способами: касанием, либо чирканьем, сущность которых показана на рис. 29.
Рис. 29. Схема зажигания дугового разряда: а — прямым касанием, б — чирканьем
В сварочной дуге дуговой промежуток разделяется на три основные области: анодную, катодную и столб дуги. В процессе горения дуги на электроде и основном металле имеются активные пятна, представляющие собой более нагретые участки электрода и основного металла, через которые проходит весь ток дуги. Активное пятно, находящееся на катоде, называется катодным, а пятно, находящееся на аноде,— анодным.
Общая длина сварочной дуги (рис. 30) равна сумме длин всех трех областей:
Lд = Lк + Lc + Lа,
где Lд — общая длина сварочной дуги, см; Uк — длина катодной области, равная примерно 10-5 см; Uс — длина столба дуги, см; Uа— длина анодной области, равная примерно — 10-3÷10-4 см.
Общее напряжение сварочной дуги слагается из суммы падений напряжений в отдельных областях дуги:
Uд = Uк + Uс + Uа,
где Uд — общее падение напряжения на дуге, В; Uк — падение напряжения в катодной области, В; Uс — падение напряжения в столбе дуги, В; Uа — падение напряжения в анодной области, В.
Рис. 30. Схема распределения падений напряжений в электрической дуге: 1 — изделие, 2 — столб дуги, 3 — электрод
Температура в столбе сварочной дуги колеблется от 5000 до 12 000 К и зависит от состава газовой среды дуги, материала, диаметра электрода и плотности тока. Температуру приближенно можно определить по формуле, предложенной академиком АН УССР К. К. Хреновым:
Тст = 810 ּUдейств,
где Тст— температура столба дуги, К;
Uдейств—действуюший потенциал
ионизации.
Статическая вольт-амперная характеристика сварочной дуги
Зависимость напряжения в сварочной дуге от ее длины и величины сварочного тока, называемую вольтамперной характеристикой сварочной дуги, можно описать уравнением
Uд = а + bLд,
где а —сумма падений напряжения на катоде и аноде (a=Uк + Ua); b —удельное падение напряжения в газовом столбе, отнесенное к 1 мм длины дуги (величина b зависит от газового состава столба дуги); Lд - длина дуги, мм.
