Что такое электрическая сварочная дуга

Сварочная электрическая дуга представляет собой — Станки, сварка, металлообработка

Что такое электрическая сварочная дуга

Уже более полувека сварка является одним из важнейших ремесел для человека. Благодаря сварочному аппарату строятся космические корабли, функционируют заводы, и для многих умельцев сварка превратилась в хобби. Но даже самый технологичный сварочный аппарат не принесет желаемого результата без стабильной сварочной электрической дуги и ее качественных характеристик.

Электрическая сварочная дуга позволяет надежно сварить даже самые сложные конструкции из металла. Чтобы получить качественные сварные швы нужно учесть все ее характеристики, знать особенности и строение дуги. Дополнительно важно учитывать температуру и напряжение дуги при ручной дуговой сварке. Из этой статьи вы узнаете, что такое сварочная дуга и сущность протекающих в ней процессов, научитесь применять полученные знания на практике.

Сварочная дуга: определение

Итак, что такое сварочная дуга и каковы ее характеристики? Электроды, находящиеся под напряжением в смеси газов и паров, формируют мощный разряд. Что называется электрическим разрядом? Разряд — это результат прохождения электрического тока через газ. Ну а результат всего процесса в целом называют сварочной дугой.

Сварочная дуга и ее свойства отличаются большой температурой и плотностью тока, поэтому дуга способна расплавить практически любой металл. Говоря более простыми словами, сварочная дуга является отличным проводником, преобразующим получаемую электрическую энергию в тепловую. За счет этой тепловой энергии и плавится металл.

Суть и строение дуги

Суть сварочной дуги крайне проста. Давайте разделим процесс на несколько пунктов:

  • Сначала электрический ток проходит через катодную и анодную область и проникает в газовую среду. Формируется электрический разряд с сильным свечением.
  • Образуется дуга. Температура сварочной дуги может доходить до 10 тысяч градусов по Цельсию, а этого достаточно, чтобы расплавить практически любой материал.
  • Затем ток с дуги переходит на свариваемый металл. Вот и все ее характеристики.

Свечение и температура разряда настолько сильны, что могут нанести ожоги и лишить сварщика зрения. Поэтому мастера используют сварочные маски, защитные перчатки и костюм. Ни в коем случае не занимайтесь сваркой без надлежащей защиты.

https://www.youtube.com/watch?v=LFZO_g1QZyU

Строение сварочной дуги представлено на картинке ниже.

В области катода и анода во время горения дуги образуются пятна, где температура достигает своего предела. Именно через анодные и катодные области проходит электрический ток, при этом в этих областях напряжение значительно падает, а на столбе напряжения сварочной дуги сохраняется, поскольку столб располагается между анодом и катодом.

Многие новички спрашивают, как измерить длину дуги. Достаточно посмотреть на катодную и анодную область, а также на сварочный столб. Их совокупность и называется длинной сварочной дуги. Средняя длина составляет 5 миллиметров. В этом случае температура получаемой тепловой энергии оптимальна и позволяет выполнить большинство сварочных работ.

Теперь, когда мы узнали, что сварочная дуга представляет собой, обратимся к разновидностям.

Виды сварочной дуги

Сварочная дуга и ее характеристики могут отличаться по прямому и косвенному действию сварочного тока, а также по атмосфере, в которой они формируются. Давайте разберем эту тему подробнее.

Прямое действие сварочной дуги характеризуется особым направлением тока.

Электрод располагается почти параллельно свариваемой поверхности и при этом дуга формируется под углом в 90 градусов. Электрическая сварочная дуга и ее характеристики могут быть и косвенного действия. Она может формироваться лишь с использованием двух электродов, расположенным под углом над поверхностью свариваемой детали. Здесь так же возникает сварочная дуга и металл плавится.

Как мы писали выше, сварочные дуги также делятся по атмосфере, в которой формируются. Вот их краткая классификация:

  • Открытая среда. В открытой среде (атмосфере) дуга формируется за счет кислорода из воздуха. Вокруг нее образуется газ, содержащий пары свариваемого металла, выбранного электрода и его покрытия. Это самая распространенная среда при дуговой сварке.
  • Закрытая среда. В закрытой среде дуга горит под толстым слоем защитного флюса при этом так же формируется газ, но содержащий не только пары металла и электрода, а еще и пары флюса.
  • Газовая среда. Дугу поджигают и подают один из видов сжатого газа (это может быть гелий или водород). Дополнительная подача сжатого газа также защищает свариваемые детали от окисления, газы формируют нейтральную среду. Здесь, как и в остальных случаях, формируется газ, который содержит пары металла, электрода и сжатый газ, который сварщик дополнительно подает во время горения дуги.

Еще сварочные дуги могут быть стационарными и импульсными. Стационарные используют для долгой кропотливой работы без необходимости частого перемещения дуги. А импульсную используют для быстрой однократной работы.

Также сварочная дуга и ее характеристики могут косвенно классифицироваться по виду используемого в работе электрода (например, угольного или вольфрамового, плавящегося и неплавящегося). Опытные сварщики чаще всего используют неплавящийся электрод, чтобы лучше контролировать качество получаемого сварного соединения. Как видите, процесс сварки простой сварочной дугой может иметь множество особенностей, и их нужно учитывать в своей работе.

При каких условиях горит дуга

В обычном цеху или в вашем гараже средняя температура составляет 20 градусов по Цельсию, а давление не превышает одной атмосферы. В таких условиях газ практически не способен проводить электрический ток и тем самым формировать дугу. Для решения этой проблемы нужно добавить ионы в образующиеся газы. Вот что называют ионизацией профессиональные мастера.


Также в катодной области нужно постоянно поддерживать постоянную температуру. Это необходимо, чтобы дуга возникла и поддерживала горение. Но поскольку именно в области катода и анода температура может снижаться быстрее, у многих новичков возникает масса проблем.

Кроме того, температура области катода может сильно варьироваться в зависимости от температуры в помещении, где проходит сварочный процесс. Проблем можно избежать, если следить за исправностью источника питания и стабильностью подачи электричества (особенно важный момент для домашних сварщиков с нестабильным напряжением в бытовой электросети).

Все это оказывает большое влияние на свойства сварочной дуги и сущность протекающих в ней процессов.

Особенности дуги

Сварочная дуга и ее характеристики обладают рядом особенностей, которые нужно учитывать в своей работе:

  • Как мы неоднократно говорили, у дуги очень высокая температура. Она достигается за счет большой плотности электрического тока (плотность может достигать тысячи ампер на квадратный сантиметр). По этой причине важно правильно настроить аппарат и быть осторожным при сварке тонких металлов.
  • Электрическое поле неравномерно распределяется между электродами, если их используется две штуки. При этом в сварочном столбе напряжение практически не меняется, а вот в катодной области это напряжение заметно снижается, что может привести к ухудшению качества шва.
  • В сварочном столбе, в свою очередь, наблюдается самый высокий показатель температуры, чего нельзя сказать о других частях дуги. Учтите, что если вам необходимо увеличить длину дуги, то вы скорее всего потеряете часть этой температуры. Этот показатель особенно важен при сварке металлов с высокой температурой плавления.

Еще с помощью выбора плотности тока можно регулировать падение напряжения сварочной дуги. Чем выше плотность тока, тем выше вероятность, что напряжение сварочной дуги упадет.

Но бывают случаи, когда от нарастающей силы тока напряжение сварочной дуги увеличивается. Чтобы контролировать этот процесс понадобится некоторый опыт. Не бойтесь экспериментировать, если вам позволяет работа.

Это были основные свойства сварочной дуги, на которые следует обратить внимание.

Вместо заключения

Источник: https://stanki-info.com/svarochnaya-elektricheskaya-duga-predstavlyaet-soboy/

Сварочный аппарат. Типы и особенности. Сварка и дуга. Применение

Что такое электрическая сварочная дуга

Издавна люди имеют дело с металлическими изделиями: предметы быта, украшения, оружие, техника и т.д. Люди научились делать кованые изделия, плавить и штамповать чугун. А когда появилась сталь, то из металлических изделий стали строить трубопроводы, корабли, дома, автомобили и другие конструкции. В настоящее время из всего объема расходуемого металла сталь составляет 90%. В черной металлургии научились выплавлять конструкционные материалы высокого качества.

Уже в то время необходимо было создать надежный способ соединения крупных металлических элементов, болты и заклепки уже не могли справиться с большими нагрузками. В 1882 году русский инженер Бенардос создал дуговую сварку металлических деталей с помощью угольного электрода. А через четыре года он оформил патент на технологию сварки металлов. Так появился первый сварочный аппарат.

Инженер Славянов в 1888 году показал публично дуговую сварку плавящимся электродом под флюсом, которая получила название электрической отливки металла. Славянов доказал, что дуговая сварка дает возможность сваривать черные и цветные металлы. В последующие годы металлы стали сваривать уже трехфазным переменным током, и использовать эту технологию в масштабах промышленного производства.

Особенности процесса сварки

Дуговая технология сваривания распространена очень широко, так как с помощью этой технологии образуется прочное неразъемное соединение металлических деталей. Высокая прочность соединения объясняется непрерывностью полученных молекулярных структур и сцеплений металла.

Главный фактор процесса сварки — высокая температура. В теории такие соединения между атомами металла достигаются повышенным механическим давлением. Однако такой способ не подходит для стали, а годится только для металлов с низкой твердостью, например, свинца.

Как возникает электрическая дуга

Сварочный аппарат способен создать высокую температуру для плавления металла с помощью электрической дуги. Она образуется при коротком замыкании двух электродов, которые находятся на близком расстоянии. Напряжение на электродах постепенно повышают до тех пор, пока не возникает воздушный пробой. При этом возникает эмиссия электронов катода, которые повышают температуру от воздействия электрического тока, и перемещаются к ионизированным атомам анода.

Далее события развиваются с большой скоростью: возникает электрическая дуга и цепь замыкается. В результате воздушный зазор ионизируется и формируется плазма, которая является особым свойством газа. Воздушный зазор уменьшает свое сопротивление, в результате чего ток повышается, и температура дуги увеличивается, дуга начинает проводить ток и замыкает цепь. Это явление называют розжигом. Путем регулировки необходимого зазора между электродами дуга стабилизируется.

Процесс сварки

Если электрический разряд создается между электродами, независимыми от свариваемых деталей, то она действует при сварке косвенным путем. Обычно дуга разжигается непосредственно между электродом и деталью, являющейся частью цепи.

От сварочного аппарата электрический ток подключают к заготовке, температура электрической дуги повышается и оплавляет детали. При этом создается «сварочная ванна», в которой металл какое-то время находится в жидком виде.

В эту же ванну попадает расплавленный металл электрода.

В процессе сварки горящее покрытие электрода создает вокруг дуги газовую оболочку и жидкую шлаковую ванну. При постепенном удалении из рабочей зоны электрической дуги, создается сварочный шов, на поверхности которого образуется корка из шлака в виде своеобразного панциря.

Существуют методы сварки с неплавящимся электродом, изготовленным из вольфрама или графита. Например, во время аргоновой сварки шов наполняется расплавленной сварочной проволокой.

Выбор качественных электродов для сварки является важным фактором, обуславливающим надежность и прочность будущего шва. Здесь имеется ввиду не диаметр электрода, а состав его материала. Проволока и электроды разных марок могут лучше сочетаться с различной глубиной плавки, длиной дуги.

Обмазка электродов способна в значительной степени влиять на ход сварки, а также менять химический состав и параметры шва.

В процессе сварки место сваривания должно защищаться от воздуха для предотвращения окисления металла. Поэтому вокруг рабочей зоны необходимо формировать защитную среду.

Для решения этой задачи существуют два варианта:

  1. Технология MIG – MAG, при которой в зону сварки подается инертный газ.
  2. Сгорание оболочки электрода. При этом вокруг зоны сварки создается газовый купол, защищающий ее от воздуха. Оболочка электрода во время сгорания выводит кислород из зоны шва.

    В покрытии электрода имеются вещества, ионизирующие электрическую дугу, очищающие и легирующие шовный металл, чем улучшают его физические параметры.

Сварка металла является своеобразным процессом, так как необходимый режим температуры зависит непосредственно от параметров электроэнергии. Чтобы получить качественный шов, необходимо создать условия для устойчивой электрической дуги.

Постоянная равномерная дуга способна избежать дефектов шва. Чем больше размер свариваемых деталей, тем электроды для сваривания требуются толще, а также необходима большая сила тока.

Особенностью сварки является то, что при постоянном токе электрическая дуга более стабильная, так как нет изменения полярности тока. При этом шов формируется более качественным. Хотя алюминий и его сплавы лучше сваривает сварочный аппарат переменного тока.

Навык работы сварщика при сварке играет большую роль, так как сварщик должен выбирать длину дуги, поддерживать ее горение и правильно двигать электрод по шву, аккуратно расплавляя металл деталей.

От профессиональных качеств сварщика зависит прочность, качество и внешний вид шва.

Виды и особенности устройства

Любой сварочный аппарат электродуговой сварки должен принять электрический ток из сети и уменьшить его напряжение, повысив силу тока до необходимой величины (от 100 до 200 ампер). При этом может изменяться частота тока, либо из переменного образуется постоянный ток. Исключением являются только аппараты, в которых электрическая дуга создается от энергии батарей аккумуляторов, либо генераторов с двигателем внутреннего сгорания.

Другими словами, каждый сварочник является своеобразным преобразователем энергии. Существует несколько различных устройств для сварки металлов электрической дугой. Каждый из них имеет свои особенности устройства, достоинства и недостатки, которые следует учитывать при выборе аппарата в торговой сети.

Трансформаторный сварочный аппарат

Это наиболее распространенный вид сварочных аппаратов. Такие устройства недорого стоят, надежны в эксплуатации и имеют простое устройство. Электрическая энергия в этом устройстве преобразуется с помощью трансформатора, действующего на бытовой частоте тока 50 герц. Величина тока настраивается механическим устройством изменения магнитного потока в магнитопроводе.

Получая от электрической сети энергию, первичная обмотка намагничивает сердечник. В это время на вторичной обмотке образуется переменный ток низкого напряжения около 70 вольт, с большой силой тока, которая может достигать 200 ампер. Этот ток создает электрическую дугу для выполнения сварки деталей. Величина напряжения и тока на вторичной обмотке зависит от числа ее витков. Чем меньше витков, тем больше сила тока, и меньше напряжение.

Преимущества

  • Неприхотливость и надежность в работе.
  • Отсутствие электронных элементов.
  • Удобное выполнение ремонта и обслуживания из-за простого устройства.
  • Невысокая стоимость, нежели чем инверторный сварочный аппарат.

Недостатки

  • Большие габаритные размеры и вес.
  • Небольшой КПД, расходует много электроэнергии, что не позволяет подключать его к бытовой сети.
  • При отсутствии опыта в сварочных работах трудно удерживать электрическую дугу.
  • Качество шва невысокое, так как сварочный аппарат работает от переменного тока.

Из-за невысокой стоимости такой сварочный аппарат используется в промышленности, в бытовых условиях, где мощность сети достаточна.

Выпрямители для сварки

Такие устройства по своей конструкции схожи со сварочными трансформаторами. В них электрический ток не изменяет частоту, и формируется на обмотках трансформатора низкого напряжения.

После понижения напряжения, электрический ток проходит по блоку селеновых или кремниевых выпрямителей, которыми являются полупроводниковые диоды, пропускающие электрический ток в одну сторону. В результате на сварочный электрод поступает постоянный ток.

Поэтому при сварке деталей электрическая дуга стабильная, не прерывается и обеспечивает качественный шов.

Устройство выпрямителей сложнее, в отличие от трансформаторного сварочника, так как чаще всего необходимо создавать вентиляторное охлаждение полупроводниковых элементов. Обычно такие устройства оснащаются вспомогательными дросселями, что дает возможность создания необходимых параметров выходного тока – он фильтруется и сглаживается.

В комплект сварочных выпрямителей могут входить измерительные защитные и пускорегулирующие устройства. В работе выпрямителя для сварки важна токовая и температурная стабильность. Для этого в него встраивают плавкие предохранители, реле, термостаты и т.д. Наиболее популярными стали трехфазные выпрямители, как наиболее функциональные устройства.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrooborudovanie/ustrojstva/svarochnyi-apparat/

Электрическая дуга: сила разряда в действии

Что такое электрическая сварочная дуга

Наш сайт сварак.ру публикует сатью по данной теме. Впервые явление вольтовой дуги наблюдал русский академик Петров, получив искровой разряд.

Вольтова дуга характеризуется двумя свойствами:

  • выделением большого количества теплоты
  •  сильным лучеиспусканием.

И то и другое свойство электрической дуги использовано в технике.

Для сварочной техники первое свойство является- положи-тельным фактором, второе — отрицательным.

В качестве электропроводов для электрического разряда могут служить любые электропроводные материалы. Чаще всего в качестве проводников употребляют угольные и графитные стержни круглого сечения (дуговые фонари).

Типичный вариант между двумя углями изображена на рисунке.

Верхний электрод присоединен к положительному полюсу машины (анод). Второй уголь соединен с отрицательным полюсом (катод).

Электрическая сварочная дуга

Температура электрической дуги, ее воздействие .

Выделение теплоты неодинаково в различных точках дуги. У положительного электрода выделяется  43%  всего количества, у отрицательного 36% и в самой дуге (между электродами) остальные 21%.

Схема зон и их температуры в сварочной дуге

В связи с этим и температура на электродах неодинакова. Анод имеет около 4000° С, а катод 3400°. В среднем считают температуру электрической дуги 3500° С.

Благодаря различной температуре на полюсах вольтовой дуги угольные проводники

берутся различной толщины. Положительный уголь берется толще, отрицательный —

тоньше. Стержень дуги (средняя часть) состоит из потока электронов, выбрасываемых катодом, которые с огромной скоростью несутся к аноду. Обладая большой кинетической энергией, они ударяются о поверхность анода, преобразуя кинетическую энергию в тепловую.

Окружающий его зеленоватый ореол является  местом химических реакций, происходящих между парами вещества электродов и атмосферой, в которой горит вольтова дуга.

Процесс возникновения сварочной дуги

Возникновение электрической дуги

Процесс образования вольтовой дуги представляется в следующем виде. В момент соприкосновения электродов проходящий ток выделяет большое количество тепла в месте стыка, так как здесь имеется большое электрическое сопротивление (закон Джоуля).

Благодаря этому концы проводников раскаляются до светлого накала, и после разъединения электродов катод начинает испускать электроны, которые, пролетая через воздушный промежуток между электродами, расщепляют молекулы воздуха на положительно и отрицательно заряженные частички (катионы и» а н и о н ы).

Вследствие этого воздух становится электропроводным.

В сварочной технике наибольшее применение имеет разряд между металлическими электродами, причем одним электродом являйся металлический стержень, который в то же время служит и присадочным материалом, а вторым электродом является сама свариваемая деталь.

Процесс остается тот же, что и в случае угольных электродов, но здесь появляется новый фактор. Если в угольной дуге проводники постепенно испарялись (сгорали), то в металлической дуге электроды весьма интенсивно плавятся и частично испаряются. Благодаря наличию металлических паров между электродами сопротивление (электрическое) металлической дуги ниже, чем угольной.

Угольный разряд горит при напряжении в среднем 40—60 в, тогда как напряжение металлической дуги в среднем 18—22 в (при длине 3 мм).

Длина дуги, кратер, провар.

Сам процесс дуговой электросварки протекает следующим образом.

Как только мы коснемся находящимся под напряжением электродом изделия и тотчас же отведем его на некоторое расстояние, образуется вольтова дуга и сейчас же начинается плавление основного металла и металла проводника. Следовательно, конец электрода все время находится в расплавленном состоянии, и жидкий металл с него в виде капель переходит на свариваемый шов, где металл электрода смешивается с расплавленным металлом свариваемого изделия.

Исследования показали, что таких капель переходит, с электрода около 20—30 в секунду, т. е. процесс этот совершается очень быстро.

Хотя вольтова дуга и развивает очень высокую температуру, выделение тепла ею производится на очень небольшом пространстве как раз под дугой.

Схема длинны дуги

Если мы будем рассматривать через темные стекла дугу, возбужденную металлическим электродом, то убедимся, что в месте образования дуги между электродом и основным металлом на  основном металле выделяется добела нагретая поверхность, которая непосредственно под дутой имеет вид углубления, заполненного жидким металлом.

Получается такое впечатление, что это углубление образовано как бы выдуванием жидкого металла дугой. Это углубление называется сварочной ванной.

Она окружена металлом, нагретым до белого каления, причем температура нагрева области, прилегающей, быстро падает до красного цвета и уже на небольшом расстоянии, величина которой колеблется в зависимости от диаметра электрода и силы тока, температура сравнивается с температурой самого свариваемого предмета.

Хорошая и плохая сварочная дуга, как отличить? Полезные советы

Расстояние между концом электрода и дном ванны, т. е. поверхностью расплавленного  металла, называется длиной дуги. Эта величина имеет очень большое значение в технике сварки. Для получения хорошей сварки необходимо длину дуги брать как можно меньше, т. е. держать дугу короче, причем длина ее не должна превосходить 3—4 мм.

Конечно, длина дуги не является величиной постоянной, так как конец электрода все время плавится и, следовательно, расстояние между ним и кратером увеличивалось бы; если бы электрод держать неподвижно до тех пор, пока связь не оборвалась.

Поэтому при сварке необходимо все время электрод приближать по мере его плавления к основному металлу, чтобы поддержать длину дуги приблизительно постоянной в пределах 2—4 мм.

Необходимость поддержать короткую дугу (т. е. не длиннее 3—4 мм) вызывается тем, что расплавленный металл электрода поглощает при своем переходе с электрода в кратер кислород и азот из окружающего дугу воздуха, что ухудшает его механические качества (относительное удлинение и сопротивление удару). Понятно, что вредное действие воздуха будет  тем меньше, чем меньше времени жидкий металл будет проходить через воздух.

Короткая:

При короткой дуге это время будет меньше, чем при длинной и, следовательно, металл электрода не успеет поглотить столько кислорода и азота, сколько  могли бы, проходя большой путь из-за длинной дуги.

Так как стремление каждого сварщика должно всегда заключаться в том, чтобы получить наилучший по своим качествам шов, то поэтому подержанно короткой дуги является Обязательным условием хорошей сварки.

Короткую дугу можно отличить не только по виду, но также и по слуху,  так как короткая дуга издает характерное сухое потрескивание, напоминающее по звуку треск масла, вылитого на раскаленную сковороду. Этот звук короткой дуги каждый сварщик должен хорошо знать.

Длинная:

При длинной дуге (т. е. при длине больше 4 мм) мы никогда не получим хорошего шва. Не говоря уже о том, что при длинной дуге будет происходить сильное окисление металла шва, сам шов также имеет очень неровный вид.

Происходит это оттого, что длинный разряд является менее устойчивым, чем короткий, искра  имеет стремление как бы блуждать и отклоняться в стороны от места сварки, вследствие чего нагрев от нее создается не такой, как при короткой  дуге, а распространяется на большую площадь.

Благодаря этому тепло, излучаемое дугой, не все идет на расплавление металла в месте сварки, а рассеивается частично напрасно  по большой поверхности.

При длинной дуге получается поэтому плохой провар, и, кроме того, капли с электрода, : падая на плохо прогретое место, не сплавляются с основным металлом, а разбрызгиваются в стороны.

По внешнему виду всегда можно сразу отличить шов,  сваренной короткой или длинной дугой. Правильно проваренный короткой дугой шов имеет правильные очертания, гладкую выпуклую поверхность и чистый, блестящий вид. Шов, сваренный длинной дугой, имеет неровный бесформенный вид и окружен многочисленными каплями и брызгами застывшего металла с электрода. Такой шов, конечно, совершенно негоден.

Защита от электрической дуги

Примеры защитных костюмов против электрической дуги

Если сварочные аппараты применяют дугу, то многие другие аппараты и кроме того человек должен ее избегать. Риск появления дуги на оборудовании зависит от не скольких параграфов:

  • частотностью использования оборудования работником;
  • опыт и знаниями работников имеющих дело с аппаратной частью
  • уровень износа оборудования;

Если на человеке нет необходимого индивидуально-защитного костюма и он попадает в зону действия электрической дуги, шансы выжить довольно резко уменьшаются. Возможность получить  тяжелые ожоги крайне высока.

Таблица

Таблица: степень воздействия электрической дуги

Какие возможности защиты от эл. Дуги?

  1. соблюдайте все необходимые правила и нормы безопасности;
  2. в случае длительного использования защитного материала, частых стирок, костюм не должен ухудшаться; (все зависит от модели);
  3. ткань  должна иметь максимум 2 секунды остаточного возгорания;
  4. вы должны надевать специальную обувь, обладающих антистатическим действием а также иметь костюм для защиты от электрической дуги.

Источник: http://svarak.ru/osnovyi-svarki/elektricheskaya-duga-sila-razryada-deystvii/

Сварочная дуга

Сварочная дуга представляет собой электрический дуговой разряд в ионизированной смеси газов, паров металлов и компонентов, входящих в состав электродных покрытий, флюсов и других средств.

Физические и электрические свойства сварочной дуги

Для возникновения электрического разряда газовый промежуток между электродами должен быть ионизирован. Процесс ионизации протекает в следующем порядке. При соприкосновении торца электрода и свариваемого изделия выступы шероховатых поверхностей мгновенно разогреваются током до температуры плавления и испарения вследствие большого омического сопротивления контакта.

После отрыва электрода от изделия разогретый торец электрода (отрицательный полюс) начинает испускать электроны, устремляющиеся к аноду под действием разности потенциалов между электродами. При столкновении с электродными частицами металлов, которые в виде паров имеются в межэлектродном промежутке, электроны ионизируют их. Ионизация мгновенно охватывает весь межэлектродный промежуток, и он становится электропроводным.

В процессе горения дуги ионизация поддерживается благодаря высокой температуре.

Напряжение на дуге равно сумме падений напряжений в трех ее основных (рис. 1) областях:

Uд=Uк+ Uc+ Ua =f(Iд),

где Uд — напряжение на дуге, В; UK — падение напряжения на катоде, В; Uс-падение напряжения в столбе дуги, В; Uа — падение напряжения на аноде, В; Iд — сила тока в дуге.

Рис.1. Распределение падения напряжения в дуге

Зависимость напряжения дуги от силы сварочного тока называют статической (вольтамперной) характеристикой дуги.

В общем виде статическая характеристика дуги показана на рис. 2. При малых значениях силы тока в электроде (область 1) статическая характеристика дуги падающая. При средних значениях силы тока (при ручной и автоматической дуговой сварке под флюсом) напряжение на дуге не зависит от силы тока (область 2, жесткая характеристика). В этом случае с достаточной точностью статическая характеристика может быть выражена уравнением

Uд= a+ blд,

где lд — длина дуги, мм; а, b — постоянные коэффициенты, зависящие от материала электродов, давления и свойств газовой среды.

Рис.2. Общий вид статической характеристики дуги

Из этого уравнения следует, что напряжение на дуге, при всея прочих равных условиях, будет зависеть от длины столба дуги.

Возрастающая статическая характеристика дуги (область 3, см. рис. 2) получается при большой силе тока (при автоматической сварке под флюсом или при сварке в среде защитных газов).

Сварочная дуга переменного тока

Вследствие того, что мгновенные значения переменного тока 100 раз в секунду переходят через нуль, причем меняет также свое местонахождение катодное пятно, являющееся источником вылета электронов, ионизация дугового промежутка получается менее стабильной и сварочная дуга менее устойчива, при прочих равных условиях, по сравнению с дугой постоянного тока.

Если дуга включена в цепь переменного тока последовательно с активным сопротивлением, то мгновенные значения напряжения источника и сварочного тока совпадают по фазе. В каждый полупериод дуга угасает и вновь зажигается (восстанавливается) через некоторый промежуток времени, пока напряжение источника тока поднимается до некоторой величины, называемой напряжением повторного зажигания.

Зажигание, дуги характеризуется началом прохождения тока в сварочной цепи. В каждый полупериод имеется перерыв в прохождении тока при угасаниях дуги. Эти перерывы называют временами угасания дуги.

Момент угасания происходит при несколько меньшем мгновенном значении напряжения источника, чем в момент зажигания, для которого требуются более высокие значения для получения ионизации остывшего промежутка.

Время угасания дуги зависит от максимального значення напряжения зажигания дуги и частоты переменного тока.

Время восстановления дуги снижается при повышении напряжения холостого хода и при использовании повышенных частот. Это время уменьшается также и при снижении напряжения зажигания. Из указанных мер повышения устойчивости горения дуги наиболее распространено снижение напряжения зажигания, чего достигают применением электродов с ионизирующими обмазками.

Величина напряжения зажигания зависит от целого ряда факторов, в первую очередь от величины силы тока дуги. С увеличением силы сварочного тока напряжение зажигания дуги снижается.

Для сварки открытой дугой напряжение зажигания Uз и напряжение горения дуги Uд имеют следующую зависимость:

Uз = (1,3 – 2,5) Uд

При сварке на больших силах тока под флюсом напряжение зажигания почти равно напряжению горения дуги.

Повышение напряжения холостого хода источника питания ограничено правилами техники безопасности, а использование высоких частот требует применения специальной аппаратуры.

Общепринятой мерой повышения стабильности сварочной дуги переменного тока является включение в сварочную цепь катушек со стальным сердечником (дросселей), которые позволяют вести сварочные работы металлическими электродами при напряжении сварочного трансформатора порядка 60 — 65В и стандартной частоте. При этом в обмазке электродов должно быть достаточное количество ионизирующих компонентов.

Источник: http://oitsp.ru/welding_article/svarochnaya-duga

Что такое сварочная дуга

Сварочная дуга используется человечеством для неразъемного, герметичного соединения металлов более века назад. Ее изучением занимался физик Вольт. Затем появились устройства для сварки. Электрический разряд возникает в момент короткого замыкания между электродом и свариваемой деталью. Электрическая энергия преобразуется в тепловую, образуется ванна расплава. Создается диффузный однородный слой металла на месте свариваемого стыка.

Изучив вольт-амперные характеристики процесса, ученые усовершенствовали процесс сварки, создали сварочные аппараты, поддерживающие стабильное горение дуги.

Что такое сварочная дуга, определение

Что можно назвать сварочной дугой – это, по сути, длительный проводник, состоящий из ионизированных частиц, существующий во времени благодаря поддерживающему электрическому полю. Дуговой разряд характеризуется непрерывной формой, высокой температурой, возникает в газовой среде, способной к ионизации.

В учебниках сварщика определение сварочной электродуги звучит следующим образом: это длительный электрический разряд в плазме, состоящей из смеси ионизированных воздушных или защитных газов, а также испарившихся компонентов присадочного и основного металла.

Природа и строение

За короткое время разогреть металл до температуры плавления можно мощной сварочной дугой. Ее свойства характеризуются плотностью тока, вольтамперными показателями.

С точки зрения электротехники, дуговой столб – ионизированный газовый проводник между катодом и анодом с большим сопротивлением, способностью к свечению.

Детальное рассмотрение строения сварочной дуги поможет понять сущность температурного воздействия. Длина электродуги в среднем составляет 5 мм, она делится на основные зоны:

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

За температуру сварочной дуги отвечает поток свободных электронов. Они образуются на катодном пятне. Оно разогревается до 38% температуры плазмы. В дуговом столбе электроны двигаются к аноду, а положительные частицы – к катоду. У столба нет собственного заряда, он остается нейтральным. Внутри частицы разогреваются до 10 000°С, металл при этом в среднем нагревается до 2350°С, стандартная температура ванны расплава составляет 1700°С.

Место входа и нейтрализации электронов называют анодным пятном. Его температура выше, чем катодного на 4–6%.

Напряжение в анодной и катодной зонах существенно снижается, свечения не возникает. Видима только плазма, излучающая ультрафиолетовые, инфракрасные и световые волны. Они вредны для органов зрения, кожи. Поэтому сварщики используют индивидуальные средства защиты.

Сварочная дуга: что это, температура и строение, особенности и характеристики

Современная промышленная сфера подразумевает под собой сварочные процессы, которые используются в разных направлениях.

Для того чтобы провести эту работу качественно, надежно, быстро и без затрат особых усилий, необходимо разобраться в понятии сварочная дуга – что это такое, каковы её особенности и другие моменты, пригодившиеся в работе.

Что собой представляет сварочная дуга?

Сварочная дуга представляет собой электрический разряд с высокой мощностью и большой длительностью, проходящий между электродами под напряжением в газовых смесях.

Характеризуется рассматриваемый элемент для сварки повышенной температурой, плотностью тока, за счет чего механизм может расплавить любой металл с температурой плавления больше, чем 3000 градусов.

Кроме этого данная деталь в сварочном инструменте выступает газовым проводником, c помощью которого преобразовывается тепловая энергия из электрической. Электрический заряд, в свою очередь, – это прохождение тока под напряжением сквозь газы.

Способы зажигания сварочной дуги.

Можно выделить несколько основных типов электрического заряда, при помощи которого происходит процесс горения:

  1. Тлеющий.
    Можно возникнуть из-за низкого давления. Используется для процесса освещения в люминесцентной лампе и плазменного экрана.
  2. Искровой.
    Появляется, после того, как давление сравняется с атмосферным. Имеет прерывистую форму. Механизм действия можно сравнить с молнией. Эксплуатируется для розжига двигателя внутреннего сгорания.
  3. Дуговой.
    Используется во время сварочных работ либо для простого освещения. Имеет непрерывистую форму, появляется за счет атмосферного давления.
  4. Коронный.
    Появляется в случае, если электрод структурно шероховатый, неоднородный, дополнительного электрода нет, иными словами появляется струйка. Используются для очистки газовой смеси от грязи и других инородных предметов.

Разновидности

Существует несколько классификаций рассматриваемого элемента, которые имеют различные схемы подвода тока и среды, где он появляется.

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.

Возникновение сварочной дуги.

Помимо этого, можно поделить по принципу атмосферы, где появляется 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.

Помимо перечисленных классификаций можно также выделить виды по длительности действия:

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

Одним из самых востребованных деталей является стальной, т.е. плавящийся электрод. Однако на сегодняшний день большинство профессионалов отдают предпочтение неплавящемуся, из чего можно сделать вывод, что типы рассматриваемых элементов достаточно различны между собой.

Условия горения

Со стандартными условиями температура в столбе сварочной дуги достигает 7000 градусов, в максимальном своем значении. Используя катод, необходимо добиться постоянной температуры, при которой будет возникать и горечь дуга. В этом случае также учитываются такие факторы, как диаметр, размер и температура окружающей среды.

Классификация сварочной дуги.

Важно следить за тем, чтобы значение не колебалось, благодаря чему можно сваривать абсолютно любой материал. Исправный источник питания – залог постоянного показателя температуры элемента, именно это дает влияние на свойство работы элемента.

Основные области сварочной дуги – это работа ионизированного газа, а также применение щелочной либо щелочно-земельной группы в виде калия или кальция, чтобы способствовать надежному и хорошему горению сварочной дуги. Вопрос, в какой среде может гореть сварочная дуга достаточно актуальный.

Необходимо учитывать много физических и химических факторов, уметь рассчитывать, сколько энергии затрачивается для отрыва электрона от атома, в зависимости от природы газового новообразования и т.д.

Итог

Исходя из всего сказанного, можно сделать вывод, что при сварке дуговой металлические конструкции скрепляются надежнее всего. Сварочные работы сильно влияют на промышленную сферу сегодняшнего дня, из-за возможности под высокой температурой сварочной дуги припаивать различные материалы друг к другу.

Чтобы получить качественный и надежный шов нужно задействовать силы, действующие в сварочной дуге, изучить всю её характеристику, понимать каждое значение плотности тока, температуры, напряжения, что даст возможность провести процедуру быстро и без трудностей.

Источник: https://tutsvarka.ru/vidy/svarochnaya-duga

Что такое сварочная дуга, ее определение

Сварочной дугой считается очень большой по величине мощности и длительности электрический разряд, который существует между электродами, на которые подано напряжение, в смеси газов.

Ее свойства отличаются высокой температурой и плотностью тока, благодаря которым она способна расплавлять металлы, имеющие температуру плавления выше 3000 градусов.

Вообще можно сказать, что электрическая дуга – это проводник из газа, который преобразует электрическую энергию в тепловую. Электрическим зарядом называется прохождение электрического тока через газовую среду.

Существует несколько видов электрического разряда:

  • Тлеющий разряд. Возникает в низком давлении, применяется в люминесцентных лампах и плазменных экранах;
  • Искровой разряд. Возникает, когда давление равно атмосферному, отличается прерывистой формой. Искровому разряду соответствует молния, также применяется для зажигания двигателей внутреннего сгорания;
  • Дуговой разряд. Применяет при сварке и для освещения. Отличается непрерывистой формой, возникает при атмосферном давлении;
  • Коронный. Возникает, когда тело электрода шероховато и неоднородно, второй электрод может отсутствовать, то есть возникает струя. Применяется для очистки газов от пыли;

Возникновение

Она возникает при быстром замыкании, то есть когда электрод соприкасается с поверхность свариваемого материала, из-за колоссальной температуры поверхность материала расплавляется, а между электродом и поверхность образуется небольшая полоса из расплавившегося материала.

К моменту расхождения электрода и свариваемого материала образуется шейка из материала, которая моментально разрывается и испаряется из-за высокого значений плотности тока. Газ ионизируется и возникает электрическая дуга. Возбудить ее можно с помощью касания или чирканья.

Особенности

Она имеет следующие особенности по сравнению с другими электрическими зарядами:

  • Высокая плотность тока, которая достигает нескольких тысяч ампер на квадратный сантиметр, благодаря чему достигается очень высокая температура;
  • Неравномерность распределения электрического поля в пространстве между электродами. Вблизи электродов падение напряжения очень велико, когда в столбе – наоборот;
  • Огромная температура, которая достигает самых больших значений в столбе из-за высокой плотности тока. При увеличении длины столба температура уменьшается, а при сужении – наоборот увеличивается;
  • С помощью сварочных дуг можно получать самые различные вольт-амперные характеристики – зависимости падения напряжения от плотности тока при постоянной длине, то есть установившемся горении. На данный момент существует три вольтамперные характеристики.

Первая – падающая, когда при увеличении силы и ,соответственно, плотности тока, напряжение падает. Вторая- жесткая, когда изменение силы тока никак не влияет на значение величины напряжения итретья – возрастающая, когда при увеличении силы тока напряжение также увеличивается.

Таким образом, сварочную дугу можно назвать самым лучшим и надежным способом скрепления металлических конструкций. Сварочный процесс оказывает большое влияние на сегодняшнюю промышленность, потому что только высокая температура сварочной дуги способна скреплять большинство металлов.

Для получения качественных и надежных швов необходимо правильно и верно учитывать все характеристики дуги, следить за всеми значениями, благодаря этому процедура пройдет быстро и наиболее эффективно. Также необходимо учитывать свойства дуги: плотность тока, температуру и напряжение.

Источник: https://svarkalegko.com/tehonology/vse-o-svarochnoj-duge.html

Электрическая дуга: что это такое, причины возникновения, свойства

Наблюдать искровые разряды приходилось каждому, в том числе и людям, далёким от познаний в электротехнике. Гигантскими искровыми разрядами сопровождаются грозы. Высвобождение огромной энергии, сконцентрированной в электрическом разряде молнии (см. рис. 1), сопровождается ослепительной вспышкой раскалённого ствола. Одним из видов искровых разрядов, созданных человечеством, является дуговой разряд, или попросту, электрическая дуга.

Рис. 1. Грозовой разряд

На сегодняшний день причины возникновение и свойства электрической дуги детально изучено наукой. Физики установили, что в области её горения возникает огромная концентрация зарядов, которые образуют плазму ствола. Температуры столба достигает нескольких тысяч градусов.

Что такое электрическая дуга?

Это загадочное явление впервые описал русский учёный В. Петров. Он создавал электрическую дугу, используя батарею, состоящую из тысяч медных и цинковых пластин. Изучая процесс зажигания дуги постоянным током, учёный пришёл к выводу, что воздушный промежуток между электродами при определённых условиях приобретает электропроводимость.

Одним из условий возникновения электрического пробоя является достаточно высокая разность потенциалов на концах электродов. Чем выше напряжение, тем больший газовый промежуток может преодолеть разряд. При этом образуется электропроводный газовый столб, который сильно разогревается во время горения дуги.

Рис. 2. Электрическая дуга

Возникает резонный вопрос: «Почему воздух, являющийся отличным изолятором в обычном состоянии, вдруг становится проводником?».

Объяснение может быть только одно – в стволе дуги образуются носители зарядов, способные перемещаться под действием электрического поля. Поскольку в воздухе, в отличие от металлов, нет свободных электронов, то вывод напрашивается только один – ионизация газов (см. рис. 3). То есть, запуск процесса насыщения газа ионами, являющимися носителями электрического заряда.

Рис. 3. Физика электрической дуги

Ионизация воздуха происходит под действием различного вида излучений, включая рентгеновское и космическое облучение. Поэтому в воздухе всегда находятся небольшое количество ионов. Но поскольку ионы почти сразу рекомбинируются (превращаются в нейтральные атомы и молекулы), то концентрация заряженных частиц всегда мизерная. Получить вспышку дуги при такой концентрации невозможно.

Для возникновения дугового разряда нужен лавинообразный процесс ионизации. Его можно вызвать путём сильного нагревания газа, которое происходит при зажигании.

При размыкании контактов происходит эмиссия электронов, скапливающихся на очень маленьком пространстве. Под действием напряжённости электрического поля отрицательные заряды устремляются к электроду с положительным знаком.

При достижении напряжения пробоя, между электродами возникает искровой разряд, разогревающий область между электродами. Если ток достаточно большой, то количество тепла будет достаточно для запуска лавинообразного процесса ионизации воздуха.

На участке, который называют дуговым промежутком, образуется ствол, называемый столбом дуги и состоящий из горячей проводимой плазмы. По этому стволу протекает ток, поддерживающий разогревание плазмы. Так происходит процесс зажигания дугового разряда.

Насыщение плазменного ствола ионами разных знаков приводит к значительному увеличению плотности тока, а также к рекомбинации части ионов. Разогревание плазмы приводит также к увеличению давления в стволе. Поэтому часть ионов улетучивает в окружающее пространство.

Если не поддерживать образование новых зарядов, то произойдёт гашение дуги. Как мы уже выяснили, устойчивому горению сопутствуют 2 фактора: наличие напряжения между электродами и поддержание высокой температуры плазмы. Исключение одного из них, приведёт к гашению дуги.

Таким образом, можем сформулировать определение электрической дуги. А именно электрическая дуга — это вид искрового разряда, сопровождающегося большой плотностью тока, длительностью горения, малым падением напряжения на промежутке ствола, характеризующегося повышенным давлением газа, в котором поддерживается высокая температура.

Электрическая дуга отличается от обычного разряда большей длительностью горения.

Строение

Электрическая дуга состоит из трёх основных зон:

  • катодной;
  • анодной;
  • плазменного столба.

В сварочных дугах размеры катодной и анодной зоны незначительные, по сравнению с длиной столба. Толщина этих зон составляет тысячные доли миллиметра. В зоне катодного падения напряжения (на конце отрицательного электрода) наблюдается наличие катодных пятен, которые образуются в результате сильного нагревания.

На рисунке 4 изображена схема строения дуги, создаваемой сварочным аппаратом.

Рис. 4. Строение сварочной дуги

Обратите внимание: с целью достижения наглядности, на картинке сильно преувеличены электродные зоны. В действительности их толщина измеряется в микронах.

Свойства

Высокая плотность тока в стволе электрической дуги определяет её главные свойства:

  1. Чрезвычайновысокую температуру плазменного ствола и околоэлектродных зон.
  2. Длительноегорение, при поддержании условий образования ионов.

Эти свойства необходимо учитывать при борьбе с возникновением электрической дуги, так и при её применении в некоторых сферах.

Полезное применение

Как это ни странно, но физики нашли применение этому электрическому явлению ещё на этапе развития науки об электричестве. Пример тому – лампочка Яблочкова. Она состояла из двух угольных электродов, между которыми зажигалась электрическая дуга.

У этой лампы были два недостатка. Электроды быстро изнашивались (выгорали), а спектр света смещался в ультрафиолетовую зону, что негативно влияло на зрение. По этим причинам дуговые лампы не нашли широкого применения и их быстро вытеснили лампы накаливания, существующие до сегодняшнего дня.

Исключение составляют дугоразрядные лампы, а также мощные прожектора, используемые преимущественно в военных целях.
Дуговой разряд стал массово применяться на практике с момента изобретения сварочного аппарата. Дуговую сварку применяют для сварки металлов. (см. рис. 5)

Рис. 5. Дуговая сварка

Используя проводимость плазмы, включая в сварочную цепь специальные сварочные электроды, достигают высокой температуры в сосредоточенном пятне. Регулируя сварочный ток, сварщик имеет возможность настроить аппарат на нужную температуру дугового разряда. Для защиты ствола от тепловых потерь, металлические электроды покрыты специальной смесью, обеспечивающей стабильность горения.

Электрическую дугу применяют в доменных печах для плавки металлов. Дуговая плавка удобна тем, что можно регулировать её температуру путём изменения параметров тока.

Наряду с полезным применением, в электротехнике часто приходится бороться с дуговыми разрядами. Не контролированный дуговой разряд может нанести существенный вред на линиях электропередач, в промышленных и бытовых сетях.

Рис. 6. Дуговой разряд на ЛЭП

Причины возникновения

Исходя из определения, можем назвать условия возникновения электрической дуги:

  • наличие разнополярных электродов с большими токами;
  • создание искрового разряда;
  • поддержание напряжения на электродах;
  • обеспечение условий для сохранения температуры ствола.

Искровой разряд возникает в двух случаях: при кратковременном соприкосновении электродов или при приближении к параметрам пробоя. Мощный электрический пробой всегда зажигает ствол.

При сохранении оптимальной длины дуги температура плазмы поддерживается самостоятельно. Однако, с увеличением промежутка между электродами, происходит интенсивный теплообмен ствола с окружающим воздухом. В конце концов, в стволе, вследствие падения температуры, образование ионов лавинообразно прекратится, в результате чего произойдёт гашение пламени.

Пробои часто случаются на высоковольтных ЛЭП. Они могут привести к разрушению изоляторов и к другим негативным последствиям. Длинная электрическая дуга довольно быстро гаснет, но даже за короткое время горения её разрушительная сила огромна.

Дуга имеет склонность к образованию при размыкании контактов. При этом контакты выключателя быстро выгорают, электрическая цепь остаётся замкнутой до момента исчезновения ствола. Это опасно не только для сетей, но и для человека.

Способы гашения

Следует отметить, что гашение дуги происходит и по разным причинам. Например, в результате остывания столба, падения напряжения или когда воздух между электродами вытесняется сторонними испарениями, препятствующими ионизации.

С целью недопущения образования дуг на высоковольтных проводах ЛЭП, их разносят на большое расстояние, что исключает вероятность пробоя. Если же пробой между проводами всё-таки случится, то длинный ствол быстро охладится и произойдёт гашение.

Для охлаждения ствола его иногда разбивают на несколько составляющих. Данный принцип часто используют в конструкциях воздушных выключателей, рассчитанных на напряжения до 1кВ.

Некоторые модели выключателей состоят из множества дугогасительных камер, способствующих быстрому охлаждению.

Быстрой ионизации можно достигнуть путём испарения некоторых материалов, окружающих пространство подвижных ножей. Испарение под высоким давлением сдувает плазму ствола, что приводит к гашению.

Существуют и другие способы: помещение контактов в масло, автодутьё, применение электромагнитного гашения и др.

Воздействие на человека и электрооборудование

Электрическая дуга представляет опасность для человека своим термическим воздействием, а также ультрафиолетовым действием излучающего света. Огромную опасность таит в себе высокое напряжение переменных токов. Если незащищённый человек окажется на критически близком расстоянии от токоведущих частей приборов, может произойти пробой электричества с образованием дуги. Тогда на тело, кроме воздействия тока, окажет действие термической составляющей.

Распространение дугового разряда по конструктивным частям оборудования грозит выжиганием электронных элементов, плат и соединений.

Источник: https://www.asutpp.ru/elektricheskaya-duga.html

Сварочная дуга — это Описание и характеристики

Для того чтобы успешно провести процесс сварки, необходима сварочная дуга. Это электрический разряд, который характеризуется очень высокой мощностью и является достаточно длительным. Возникает он между такими элементами, как электроды, которые находятся в определенной газовой среде. Для возникновения дуги необходимо подать напряжение на электроды.

Общее описание дуги

Основные отличительные свойства сварочной дуги — это очень высокая температура, а также плотность тока. Благодаря этим двум качествам в совокупности дуга способна без проблем плавить металлы, температура плавления которых составляет 3000 градусов по Цельсию.

Можно сказать, что данная дуга является проводником, который состоит из летучих веществ, а основное предназначение — это преобразование электрической энергии в тепловую. Сам же электрический заряд — это момент прохождения электрического тока через газовую среду.

Разновидности разряда

Сварочная дуга — это разряд, а так как существует несколько его видов, то выделяют и несколько видов самой дуги:

  1. Первая разновидность называется тлеющим разрядом. Возникает такой вид только в среде с низким давлением, и применяется только в таких вещах, как плазменные экраны или же люминесцентные лампы.
  2. Второй тип — это искровой разряд. Возникновение такого вида происходит в тот момент, когда давление будет примерно равно атмосферному. Отличается тем, что имеет довольно прерывистую форму. Яркий пример такого разряда — молния.
  3. Сварочная дуга — это дуговой разряд. Именно этот тип чаще всего используется во время сварки. Возникает он при наличии атмосферного давления, а его форма непрерывна.
  4. Последний тип называется коронным. Чаще всего возникает в том случае, если поверхность электрода отличается шероховатостью и неоднородностью.

Природа дуги

Стоит сказать, что электрическая сварочная дуга не так уж и сложна, как кажется на первый взгляд, понять ее природу достаточно просто. Здесь применяется электрический ток, который протекает через такой элемент, как катод. После этого он попадает в среду с ионизированным газом.

В этот момент и возникает разряд, который характеризуется ярким светом и очень высокой температурой. Вообще, сварочная дуга может иметь температуру в пределах от 7000 до 10 000 градусов по Цельсию. После прохождения этого этапа ток будет переходить на материал, который подвергается сварке.

Можно сказать, что источник сварочной дуги — электрический ток, который подвергся изменениям.

Из-за настолько высоких температур дуга будет излучать инфракрасные и ультрафиолетовые лучи, которые вредны для здоровья человека. Это опасно для глаз человека, а также может оставить световой ожог. По вышеуказанным причинам все сварщики должны иметь хорошие индивидуальные средства защиты.

Строение дуги

Строение (структура) сварочной дуги включает в себя три основных компонента, или участка — анодный и катодный участок, а также столб дуги. Стоит отметить, что во время горения сварочной дуги на участках анода и катода будут образовываться активные пятна или области, которые характеризуются максимальным значением температуры.

Через эти две области будет проходить весь электрический ток, который вырабатывает источник питания. В это же время наибольшее падение напряжения сварочной дуги будет также фиксироваться на этих двух участках. Столб дуги же находится между этими двумя зонами, а такой параметр, как падение напряжения, в данном случае будет минимальным.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что, во-первых, источник питания сварочной дуги может выдавать довольно высокое напряжение и ток большой силы. Во-вторых, длина дуги будет состоять из совокупности тех областей, которые были перечислены выше.

Чаще всего длина такой дуги равна нескольким миллиметрам, при условии, что анодная и катодная области соответственно равны 10-4 и 10-5 см. Наиболее благоприятной длиной считается дуга 4-6 мм.

Именно при таких показателях удастся достичь стабильного горения и высокой температуры.

Отличие сварочной дуги заключается в схеме подвода, а также в среде, в которой она может возникать. В настоящее время существует два наиболее распространенных типа дуги:

  • Дуга прямого действия. В таком случае сварочный аппарат должен располагаться параллельно по отношению к объекту, который подвергается сварке. Электрическая дуга будет возникать, когда угол между металлической заготовкой и электродом составит 90 градусов.
  • Вторая основная разновидность — сварочная дуга косвенного типа действия. Она возникает только в том случае, если используется два электрода, и расположены они под углом в 40-60 градусов по отношению к поверхности металлической детали. Дуга будет возникать между этими двумя элементами и сварит металл между собой.

Классификация

Стоит отметить, что есть классификация дуги в зависимости от атмосферы, в которой она будет возникать. На сегодняшний день известно о трех типах:

  • Первый тип — это открытая дуга. При сварке такого типа дуга будет гореть на открытом воздухе, а вокруг нее будет образовываться небольшой газовый слой, в который войдут пары металла, электродов и их покрытия.
  • Закрытый тип. Горение такой сварочной дуги характеризуется тем, что осуществляется под слоем флюса.
  • Последняя разновидность — это дуга с подачей газа. В таком случае в нее подается такое вещество, как гелий, аргон или углекислый газ. Можно использовать и некоторые другие типы газов.

Основное отличие последнего типа заключается в том, что подаваемые газы будут препятствовать такому явлению, как окисление металла во время сварки.

Небольшое отличие наблюдается и в плане времени действия такой дуги. По своей характеристике сварочная дуга может быть стационарной или же импульсной. Стационарная применяется при непрерывном сваривании металлов, то есть она непрерывна. Импульсный тип дуги — это однократное воздействие на металл, точеное прикосновение.

Рабочие элементы, то есть электроды, могут быть угольными или вольфрамовыми. Эти электроды также называются неплавящимися. Можно использовать и элементы из металла, однако они будут плавиться так же, как и заготовка. Наиболее распространенным типом электрода является сталь, если говорить о плавящихся типах. Однако применение неплавящихся видов становится все более популярным на сегодняшний день.

Момент возникновения дуги

Сварочная дуга возникает в тот момент, когда происходит быстрое замыкание. Такое случается, когда электрод соприкасается с металлической заготовкой.

Из-за того, что температура просто огромна, металл начинается плавиться, а между электродом и заготовкой возникает тоненькая полоса из расплавленного металла.

Когда электрод и металл расходятся, то последний практически моментально испаряется, так как плотность тока очень велика. Далее происходит ионизация газа, из-за чего и появляется сварочная дуга.

Условия горения дуги

В стандартных условиях, то есть при средней температуре 25 градусов и давлении в 1 атмосферу, газ не способен проводить электрический ток. Основное требование к возникновению дуги — это ионизация газовой среды между электродами. Другими словами, газ должен иметь в своем составе некоторые заряженные частицы, электроны или ионы.

Второе важное условие, которое необходимо соблюдать, — постоянное поддержание температуры на катоде. Значение требуемой температуры будет зависеть от таких характеристик, как природа катода, а также его диаметр и размер. Важную роль сыграет и температура окружающей среды.

Сварочная дуга должна быть стабильной и при этом иметь огромную силу тока, который и даст высокий температурный показатель (7 тысяч градусов по Цельсию и более). Если все условия соблюдены, то полученной дугой можно обрабатывать любой материал. Чтобы обеспечить наличие постоянной и высокой температуры, нужно чтобы источник питания функционировал максимально стабильно.

Именно по этой причине источник питания является важнейшей частью при выборе сварочного аппарата.

Сварочный инвертор. Дуга и ее особенности

Сразу стоит начать с основного отличия инверторного источника питания от обычного, трансформаторного. Потребление электрической энергии уменьшено почти в два раза. Характеристика тока, который возникает при использовании инвертора, позволяет обеспечить более быстрое зажигание дуги, а также обеспечивает стабильное горение на протяжении всего процесса работы.

Сам по себе сварочный инвертор — это достаточно сложный аппарат, который производит операции по изменению тока для обеспечения максимально стабильной работы дуги. К примеру, прибор подключается к сети и получает на вход переменный ток, который он способен преобразовать в постоянный.

Далее постоянный ток поступает в блок блок инвертора, где он снова преобразовывается в переменный, но уже с гораздо большей частотой, чем был в сети. Этот ток передается трансформатору, где значительно снижается его напряжение, из-за чего увеличивается его сила.

После этого выпрямленный и настроенный переменный ток передается выпрямителю, где он преобразовывается в постоянный и подается для работы.

Источник: https://FB.ru/article/387046/svarochnaya-duga---eto-opisanie-i-harakteristiki

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как правильно подключить сварочный аппарат Ресанта
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Металлы и их обработка
-- Сайдб лев (липк) -->
Как заточить ножи для ледобура

Закрыть