Какая область отсутствует в сварочной дуге

Обновлено: 20.09.2024

Вы — настоящий интеллигент, если сможете закончить 10 крылатых фраз — ТЕСТ

Если закончите цитаты из советских фильмов на 10/10, то вы наверняка родились в СССР

Тест, который осилят лишь настоящие профи в мировой географии

Большой тест на интеллект: узнай свой процент знаний

Главный тест на общие знания: насколько ты умён?

Сможем ли мы определить ваш пол, узнав, что вы ненавидите?

Тест по фильмам СССР: Сможете пройти его на все 10/10? (Часть 2)

Тест на эрудицию, который мы с треском завалили. Что насчет вас?

Каково ваше имя, судя по вашему характеру

Ваша эрудиция на высоте, если осилите наш тест хотя бы на 8/11 — ТЕСТ

А вы сможете продолжить эти 13 крылатых фраз?

Тест на кругозор. Хватит ли вам эрудиции, чтобы пройти его 10/10?

Если вы родом из СССР, то точно сможете закончить фразы тех времен на все 10 из 10

У вас должно быть как минимум два образования, чтобы пройти этот тест хотя бы на 9/12

Если вы знаете, где находятся эти города, то ваши знания географии достойны аплодисментов!

Тест на грамотность: Технарь вы или гуманитарий?

Если закончите цитаты из советских фильмов на 14/14, то вы наверняка родились в СССР

Ваш учитель географии зря ставил вам «5», если вы не сможете ответить правильно хотя бы на 70%

Простейший тест на IQ из нескольких вопросов

Можете встраивать тесты на Ваш сайт. Тест показывается нашем и других сайтах. Гибкие настройки результатов. Возможность поделиться тестом и результатами. Лавинообразный ("вирусный") трафик на тест. Русскоязычная аудитория. Без рекламы!

Создавайте тесты онлайн, всё бесплатно. У нас можно бесплатно: создать тест онлайн для для учеников, друзей, сотрудников, для вашего сайта, с ответами и результатами - Все Бесплатно!

Пользователям

Вам захотелось отдохнуть? Или просто приятно провести время? Выбирайте и проходите онлайн-тесты, делитесь результатом с друзьями. Проверьте, смогут они пройти также как Вы, или может лучше?

Конструктор Тестов ру - это огромное количество интересных и бесплатных тестов на сообразительность, IQ, зрение, знания правил дорожного движения, программирования и многое другое. Если Вам понравилось, обязательно поделитесь со своими друзьями в социальных сетях или просто ссылкой. А еще Вы можете легко создать свой тест и его будут проходить десятки тысяч людей.

Внимание! Наши тесты не претендуют на достоверность – не стоит относиться к ним слишком серьезно!

Информация

HTML-код для вставки на сайт Разрешить комментарии Автор теста запретил комментарии Блок Новинок и Популярных тестов Теперь тесты из блоков новинок и популярных отображаются внутри вашего сайта, что увеличивает просмотры ваших страниц в 5 раз! Все комментарии после публикации проходят строгую модерацию!

Сварочная дуга

В условиях современных реалий промышленность не может обойтись без сварки. А она, в свою очередь, базируется на таком явлении, как сварочная дуга, над которой трудились в свое время передовые ученые. Благодаря ей создается высокая прочность, которая так необходима в процессе соединения изделий из металла, трансформируя их в одно целое. Однако при выполнении данной процедуры важны определенные нюансы, как, например, грамотно выбранный источник питания и условия горения, иначе шов может получиться кривым.

Далее подробно расскажем о природе и строении сварочной дуги, в каких сферах она применяется, каких видов бывает и как правильно используется. С этой информацией любой сварщик моментально углубит свои знания и упрочит позиции среди специалистов данной области.

Определение сварочной дуги

Сварочная дуга – это электрозаряд, расположенный между электродами, имеющий значительную длину и выделяющий большой объем энергии. Дуга характеризуется разницей потенциалов, возникающей в газовой среде.

За счет сварочной дуги температура металла с высокой плотностью электрического напряжения быстро повышается, материал приобретает пластичность и достигает состояния, подходящего для последующей плавки.

Поджиг дуги вызывает формирование гальванической цепи, в которую входят анод, катод и ионизированный газ. При этом используются два электрода. Протекание тока приводит к нагреванию дуги, появлению исходящего от нее света – последняя характеристика объясняется наличием фотонного излучения.

Ключевые особенности сварочной дуги

Если сравнивать с прочими электрическими зарядами, дуга отличается 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.

Области применения сварочной дуги

Дуга применяется при работе с такими видами сварки:

Полуавтоматический. В основе данного подхода лежит использование тугоплавких вольфрамовых электродов, на дугу подают присадочную проволоку.
Ручной. Данный метод является самым популярным ввиду своей простоты.
Автоматический. Используется на производствах, упрощая выполнение объемных задач.

Если ведутся работы с открытой плазмой, предпочтение отдают жесткой дуге, тогда как при сварке под флюсом или в среде защитного газа необходима возрастающая дуга.

Природа и строение сварочной дуги

Понимая строение дуги, проще разобраться с ее принципом действия, ведь мощная электродуга позволяет за минимальный промежуток времени довести металл до температуры, при которой он начинает плавиться. Говоря о сварочной дуге и ее свойствах под последними понимают плотность тока и вольтамперные показатели. Столб дуги представляет собой светящийся ионизированный газовый проводник от катода к аноду, обладающий высоким сопротивлением.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

В среднем, дуга равна 5 мм. Принято выделять такие основные зоны сварочной дуги:

анодная – имеет размер до 10 микронов;
катодная – в 10 раз меньше первой;
столб – различимая глазом светящаяся полоса.

Температура сварочной дуги обеспечивается благодаря потоку свободных электронов, образуемых на катодном пятне. Причем последнее нагревается до 38 % от температуры плазмы. В столбе электроны направляются к аноду, а протоны – к катоду. Сам столб лишен заряда, поэтому на протяжении всех сварочных работ сохраняет нейтральность. Температура частиц доходит до+10 000 °C, металл в процессе сварки нагревается до +2 350 °C, тогда как расплав в ванне прогрет до +1 700 °С.

Стоит пояснить, что в схеме сварочной дуги анодным пятном принято называть место входа и нейтрализации электронов. Данный участок имеет на 4–6 % более высокую температуру, чем катодное пятно. Напряжение в обеих указанных зонах значительно снижается, из-за чего невозможно их свечение. Человеческий глаз видит лишь плазму, которая испускает ультрафиолетовое, инфракрасное и световое излучение. Нужно понимать, что последнее опасно для зрения и кожных покровов, поэтому специалисты не начинают работу без индивидуальных средств защиты.

Виды сварочных дуг

На данный момент сварщики пользуются несколькими классификациями сварочных дуг – они отличаются схемами подвода тока и средой, в которой ведется работа.

Источники питания сварочной дуги

Разряд может создаваться при помощи постоянного или переменного тока. Стоит оговориться, что постоянное напряжение обеспечивает более надежный сварной шов, а работа сопровождается меньшим разбрызгиванием металла.

Трансформатор использует ток из сети 220 B и преобразует его в 15–40 В.

Поскольку современное сварочное оборудование имеет небольшие размеры, в нем используется схема, включающая в себя следующие узлы:

Благодаря инвертору постоянный ток преобразуется в переменный частотой до 80 кГц. Таким образом удается использовать трансформатор меньшего размера, увеличив КПД всего устройства.

При выборе источника питания сварочной дуги отталкиваются от способа, которым будет осуществляться обработка металла. Допустим, в процессе ручной сварки невозможно сохранение одинаковой длины дуги, а значит, следует взять аппарат с крутопадающей вольтамперной характеристикой. Из-за этого при растягивании дуги разряд не погаснет, а при укорачивании сила тока остается неизменной.

Сварка плавящимся электродом сопровождается стеканием капель горячего металла на изделие, из-за чего появляется ток короткого замыкания. Он имеет показатель, превышающий силу тока сварочной дуги на 20–50 %, и призван уничтожить образовавшийся металлический мостик, после чего происходит повторное формирование плазменного разряда. Подобные колебания совершаются мгновенно, поэтому источник должен быстро реагировать, чтобы стабилизировать разность потенциалов.

Критерии, влияющие на мощность сварочной дуги

Мощность сварочной дуги зависит от следующих факторов:

напряжение – повышение данного показателя вызывает рост мощности в небольшом диапазоне, кроме того, необходимо помнить об ограничениях по размеру электрода;
сила тока – большой ампераж позволяет добиться стабильного горения дуги;
величина напряжения плазмы – данный показатель пропорционален мощности.

Длина дуги определяется как расстояние между сварным кратером и концом электрода. Данная величина непосредственно влияет на то, какой объем тепла выделяется в процессе работы.

Отталкиваясь от мощности дуги, устанавливают скорость плавления металла изделия, а значит, и время, необходимое для завершения работы. Благодаря регулировке силы тока удается менять температуру в рабочей зоне. Нужно понимать, что даже при использовании длинного столба электродуга будет стабильно гореть при большом ампераже. Напряжение редко корректируют во время сварочных работ.

Вольтамперная характеристика сварочной дуги

Вольтамперная характеристика (или ВАХ) энергетического электрозаряда представляет собой график, отображающий зависимость напряжения от смены тока. Данный показатель бывает:

Нисходящим – падает из-за роста напряжения.
Стабильным – остается неизменным при смене силы тока.
Восходящим – повышается при увеличении силы тока. Этот вариант чаще всего применяется в процессе сварки автоматом.

ВАХ описывает зависимость токовых параметров, позволяя установить такие характеристики в работе сварочной дуги, как:

мощность;
время горения;
условия гашения.

При ручной сварке с использованием плавящихся и неплавящихся электродов на воздухе или в облаке защитного газа ВАХ ограничивается двумя первыми областями, до третьей ампераж не доходит. Если речь идет о механизированной сварке с использованием флюсов, она осуществляется по графику областей II и III. А сварка плавящимся электродом в облаке защитной атмосферы происходит по графику области III.

При работе сварочным аппаратом, обеспечивающим переменный ток, сварочная дуга появляется в каждом полупериоде на пике зажигания. При переходе через ноль она затухает, при этом прекращается нагрев активных пятен. В составе покрытия электродов присутствуют активные щелочные металлы, призванные увеличить устойчивость ионизации. Из-за защитного облака осложняется розжиг дуги на переменном токе, однако обеспечивается стабильное горение при использовании постоянного тока. Это связано с тем, что между полюсами молекулы газа ионизируются.

Выбирая устройство для сварки, важно помнить, что вольтамперная характеристика электродуги зависит от аналогичного внешнего показателя. Работа аппарата рассматривается специалистами как наложение графиков. Так, при ручной сварке нужно использовать источники питания с падающими областями ВАХ или повышенным напряжением холостого хода. Тогда сварщик может варьировать длину дуги за счет изменения ампеража.

Немаловажно, что короткое замыкание, происходящее при падении капли с электрода на изделие, имеет силу тока на 20–50 % выше, чем у сварочной дуги. При использовании плавящихся электродов прибегают к дуге размыкания. Если осуществляется розжиг дуги вольфрамовым или угольным электродом, рекомендуется применять вспомогательный разряд.

Большая сила тока короткого замыкания чревата прожогом металла изделия. Падение капли влечет за собой замыкание, после чего ампераж повышается до величины тока короткого замыкания, появившийся мостик перегорает, а дуга загорается вновь. На изменение тока и напряжения в столбе уходят доли секунды, поэтому важно, чтобы оборудование быстро стабилизировало напряжение.

Условия горения сварочной дуги

При стандартных условиях, под которыми понимают температуру +25 °C и давление в 1 атмосферу, газы не проводят ток. Дуга может образоваться, если газы между электродами ионизированы – в их составе присутствуют заряженные частицы, такие как электроны или ионы/катионы или анионы.

Образование ионизированного газа обозначают как ионизация. Работа, затрачиваемая на отрыв электрона от атома с образованием электрона и иона, – это работа ионизации или потенциал ионизации, который измеряют в электрон-вольтах. На отрыв электрона требуется 3,5–25 эВ, причем конкретное количество необходимой энергии зависит от используемой газовой фазы.

Ниже всего потенциал ионизации у щелочных и щелочноземельных металлов, таких как калий, кальций и их химические соединения. Последние используют в качестве покрытия электродов, что позволяет обеспечить стабильное горение сварочной дуги.

Кроме того, чтобы дуга зажглась и могла гореть, нужно обеспечить постоянную температуру на катод. Конкретное значение подбирается под вид, диаметр, размер катода, температуру вокруг.

Получается, электродуга является лучшим и самым надежным способом соединения элементов из металла. Развитие сварки сильно повлияло на современную промышленность, ведь только при помощи высокой температуры сварочной дуги удается обрабатывать большую часть используемых сегодня металлов.

Чтобы сформировать действительно надежные швы, нужно помнить о характеристиках дуги, не упускать из внимания ключевые значения. Тогда вся работа займет немного времени, а результат окажется достойным. Кроме того, важно учитывать свойства дуги, такие как плотность тока, температура, напряжение.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Режимы и параметры сварки

Режимы и параметры сварки изменяются при выполнении сварочных работ в зависимости от типа заготовок, толщины и свойств металла. При соблюдении рекомендуемых норм сварной шов будет качественным, а само соединение надежным.

Параметры сварки соблюдать несложно, для отдельных видов разработаны готовые таблицы, где учитываются основные факторы. Достаточно изучить их раз, чтобы потом варить как по накатанной. Что это за параметры и в чем их различие, читайте в нашем материале.

Основные параметры режима сварки

Режимом сварки называют основные характеристики сварочного процесса, благодаря которым получаются сварные соединения заданных параметров, форм и размеров. В данном случае этими характеристиками могут быть: плотность тока в электроде, сила варочного тока, скорость варочного процесса, марка и грануляция флюса, напряжение дуги, расход защитного газа.

Для того чтобы определить, какой режим сварки необходим, требуется определить толщину и тип конструкции, а также состав металлов. На основании полученных данных выставляют нужный режим. Существует две группы факторов, от которых зависит качество сварки: основные и второстепенные.

Количество энергии, способ ее передачи на поверхность металла – это зависит от основных параметров режима сварки. К ним относятся:

сила тока, род и полярность;
калибр электрода;
число подходов;
скорость движения по шву;
напряжение и длина сварочной дуги.

Каждый из параметров очень важен, именно от них зависит формирование шва. Если изменить какой-либо показатель, можно получить соединение лучшего качества. Коротко проанализируем некоторые пункты.

От силы тока зависит, с какой интенсивностью расплавится материал. Производительность сварки напрямую зависит от этого показателя. Качество пострадает, если установить большую силу тока, используя малый диаметр электрода, и наоборот. Если низкая подаче тока, то сварная дуга может обрываться, появляются непровары.

Полярность тока – это направление движения энергии от катода до анода и наоборот. Одновременно с направлением тока выбирают, какой использовать – постоянный или переменный. Для получения более глубокого шва необходимо варить деталь постоянным током с обратной полярностью.

Для лучшей прочности необходимо, чтобы расплавленный материал своевременно и равномерно заполнял шов.

К второстепенным параметрам можно отнести:

температуру деталей;
вылет электрода;
толщину покрытия электрода;
форму кромок;
качество подготовленной поверхности;
положение заготовок.

Отношение силы тока к толщине электрода при сварке

Электроды подбирают в зависимости от толщины свариваемого шва и метода сварки. Они могут быть в соотношении 1:1. Так, для шва толщиной 3-4 мм подойдет электрод размером 3 мм. Многопрофильные детали сваривают постепенно. Начинают в основном с электрода в 4 мм.

Если не сделать расчет в начале работы и взять электрод диаметром меньше, то шов не будет заполнен полностью, что повлечет за собой непрочное соединение.

При выборе электрода нужно обратиться к таблицам для определения силы тока. Для диаметра 3 мм необходимая сила тока – 65–100 А. если вам предстоит вертикальный шов, то минимальное значение его диаметра должно составлять не менее 4 мм. Следует помнить, что при горизонтальной сварке силу тока необходимо понизить на 15–20 %.

Величина сварочного тока рассчитывается по формуле:

I – сила сварочного тока в амперах;

d – диаметр электрода в миллиметрах.

При вертикальной сварке силу тока убавляют на 10 %, в потолочных швах убавляют до 20 % от полученной величины. Из данной таблицы можно выбрать коэффициент К:

Диаметр электрода, мм	К, А/мм
1-2	25–30
3-4	35–40
5-6	45–50

Выбор диаметра электрода при сварке металлов

Для более правильного выбора электрода необходимо уточнить следующие показатели: толщину свариваемого изделия, расположение шва (горизонтальный, вертикальный, потолочный), форму разделки кромок и вид соединения. Главным показателем является толщина металла, а остальные факторы служат для более точной корректировки.

В данной таблице вы можете выбрать необходимый вам диаметр электрода, исходя из ваших показателей:

Толщина свариваемого металла	Диаметр электрода
1,5	1,6
2	2
3	3
4-5	3-4
6–8	4
9–12	4-5
13–15	5
16–20	5 и более

Корневой слой можно выполнить электродами диаметром от 2,5-3 мм. Для этого кромки должны быть разделаны. Потолочные швы чаще всего делают электродами диаметром 3-3,2 мм. Табличные данные идеально подходят для горизонтальных швов.

Параметры длины дуги

В сварке напряжение дуги является важнейшим параметром, которое определяет ее длину. Если сказать проще, то это расстояние от конца электрода до предмета. Этот показатель напрямую зависит от электрода и представлен в таблицах. Качественной считается работа, в которой на протяжение всего шва нет ни одного недовара. В данной профессии важен опыт, только профессионал способен проследить за таким тонким нюансом.

Горение становится устойчивым, если увеличить напряжение дуги. При такой варке вероятность попадания воздуха в зону шва увеличивается, случается выгорание элементов, содержащихся в проволоке, вследствие чего образуются поры. Процесс зажигания дуги включает в себя три этапа: короткое замыкание электрода на заготовку, после чего электрод отводится на 3–6 мм и возникает устойчивый дуговой разряд.

Выбор полярности и типа тока

Сварочные аппараты способны перевести бытовой переменный ток в постоянный. Важно не перепутать полярность. Она подразумевает подключение детали к «+», а электрода к «-». Специалист выбирает параметр режима, опираясь на свойства детали.

Для сварки чугунных деталей подойдет прямая полярность. Она же подходит для среднеуглеродистой стали толщиной 5 мм.

При соединении низкоуглеродистой стали и тонколистовых конструкций выбирают обратную полярность.

Наклон электрода и заготовок при сварке

Важно учесть угол наклона электрода при работе с полуавтоматом, выполнить правильный расчет режимов сварки. В такой работе стержень по отношению ко шву должен отклониться от нормы на 10°. От расположения стержней к стыку зависит глубина и ширина соединения.

Соединение расширяется, а глубинные показатели уменьшаются при условии, если сваривание происходит под углом вперед, благодаря чему дуга нагоняет волну расплава перед собой, через которую и выполняют расплавление металла.

Расплав перейдет в конец варочной зоны, если выбрать режим с углом наклона назад. Электрическая дуга оказывает прямое влияние на соединяемые изделия. Благодаря чему увеличивается глубина проплавления стыка и уменьшается ширина шва.

Для качественного заполнения шва рекомендуется делать наклон детали под углом 8–10°. Иначе расплавленный металл может стекать или останутся непровары. При сварке труб изменить их угол невозможно, поэтому сварку производят сверху вниз.

Параметры режима сварки в среде защитных газов

Режим сварки определяют в зависимости от диаметра проволоки и силы сварочного тока. Специалисты увеличивают расход газа для улучшения газовой защиты, снижают скорость сварки, при работе используют защитные экраны.

При сварке в зону горения подается газ. Он вытесняет воздух из зоны горения дуги, тем самым защищает сварочную ванну от попадания кислорода и азота воздуха. Процесс разделяют на сварку в активных (СО2, Н2, О2, и др.) и инертных (He, Ar, Ar+He и др.) газах.

В сварке можно использовать плавящиеся и неплавящиеся электроды. В большей степени специалисты работают с плавящимися электродами. Такой способ является бюджетным при сварке углеродистых и низколегированных сталей, поэтому он занимает одно из первых мест по объему производства среди механизированных способов сварки плавлением. При использовании проволоки:

диаметром до 1 мм, а силы тока от 60 до 160 А, расход газа должен быть до 8 л в минуту.
диаметром до 1,2 мм, а силы тока от 100 до 250 А, расход газа должен быть до 9–12 л в минуту.
диаметром до 1,4 мм, а силы тока от 120 до 320 А, расход газа должен быть до 12–15 л в минуту.
диаметром до 1,6 мм, а силы тока от 249 до 380 А, расход газа должен быть до 15–18 л в минуту.
диаметром до 2 мм, а силы тока от 280 до 450 А, расход газа должен быть до 18–20 л в минуту.

Таков средний расход газа при сварке полуавтоматом. Есть еще косвенные факторы, которые могут повлиять на дополнительный расход газа, например, если сварка происходит на улице. В этом случае газ будет быстро улетучиваться, тем самым увеличится его расход.

Не стоит забывать и про качество самого газа, ведь если газ разбавлен, вам просто не удастся сохранить показатели в норме, перерасход будет в любом случае.

Влияние скорости сварки

Стоит помнить, что скорость может повлиять на прочностные качества соединения. В процессе сварки расплавленный металл должен заполнить ванну. На выходе должен получиться равномерный переход с образованием нормального покрытия кромок.

Длина шва должна быть больше диаметра применяемого стержня в 1,5-2 раза. Если поторопиться, то металлическая структура не сможет нормально прогреться, прочность ее снизится.

Стандартная сварочная ванна имеет параметры 14 мм в ширину и до 6 мм в глубину. Длина может варьироваться в диапазоне от 10 до 30 мм. Если учитывать вышеуказанные рекомендации и следить за непрерывным, равномерным заполнением сварочной ванны, можно получить качественный шов.

Изучая все важные показатели, можно понять, что такое процесс сварки. Качественное соединение напрямую зависит от правильного определения параметров и выбора необходимых настроек. Все данные играют огромную роль, особенно при изготовлении больших конструкций специального назначения. Ведь так важно, чтобы готовое соединение было износостойким.

Уже более столетия человечество применяет технологию создания неразъемных соединений металла — электросварку. В ее основе лежит физическое явление электрической дуги. Исследования в области воздушных искровых разрядов начал итальянский физик Алессандро Вольта в 18 веке. В его честь электрическую дугу иногда называют «вольтова дуга». Значительный вклад в разработку технологии сделали русские ученые Бернадос и Славянов, и француз Меритен.

Что такое сварочная дуга ее определение

Сварочной дугой называют большой по продолжительности и выделяемой энергии электроразряд между электродами с разницей потенциалов, происходящий в газовой среде. Ввиду высокой плотности электрического тока металл, через который он протекает, быстро нагревается — сначала до температуры пластичности и далее до температуры плавления. Максимальная температура, теоретически достижимая в электрической дуге — до 7000 °С. На практике она позволяет плавить металлы с температурой плавления свыше 3000 °С, включая вольфрам.

С точки зрения теории электроцепей, электрическая дуга представляет собой проводник, состоящий из ионизированного газа. При протекании по нему тока выделяется большое количество тепловой энергии.

Различают несколько типов электроразряда:

Тлеющий. Низкоэнергетический разряд относительно слабым током при пониженном давлении газа, используется в люминесцентных светильниках и плазменных экранах.
Искровой. Возбуждается при нормальном давлении, имеет прерывистую форму. К таким разрядам относиться молния и искра зажигания в автомобильном двигателе.
Дуговой. Постоянный разряд при обычном давлении. Используется при электросварки, для дуговых ламп.
Коронный. Возбуждается на неоднородной поверхности между участками с разным потенциалом.

Коронный разряд используется при очистке газов от пылевых загрязнений.

Природа и строение

При зажигании дуги создается электрическая цепь. В ней участвуют два электрода — анод и катод, а также участок ионизированного газа. Протекая сквозь газовое облако, электрический ток вызывает его нагрев и интенсивное свечение, связанное с излучением фотонов.

Соответственно участкам цепи, строение сварочной дуги включает в себя три основные области:

анодная — толщиной 10 -4 см;
катодная 10 -5 см;
столб дуги, длиной 4-6 мм.

В первых двух зонах возникают активные пятна, в них происходит максимальное падение напряжения и максимальный нагрев.

Падение же напряжения в самом сварочном столбе невелико.

При действии электродуги, кроме повышенной температуры, действует еще один важный фактор — весьма интенсивное ультрафиолетовое излучение. Оно оказывает вредное воздействие на человеческий организм, прежде всего – на органы зрения и кожные покровы.

Строение сварочной дуги

Во избежание вреда для здоровья при работе с электросваркой обязательно применение средств индивидуальной защиты: сварочной маски, рукавиц и плотной одежды и обуви из негорючих материалов.

Разновидности

Существует несколько классификаций дуг по различным признакам.

По схеме электрического соединения электрические сварочные дуги разделяют на:

Прямого действия. Одним электродом является свариваемая конструкция, другой электрод плавящийся. Цепь образуют электрод и металл свариваемых деталей. В зазоре между ними разжигается дуга.
Косвенного действия. Разряд разжигается между двумя параллельными неплавкими электродами и подносится к свариваемым заготовкам.

Классификация сварочной дуги по схеме электрического соединения

По типу газовой среды, в которой возбуждается разряд, они подразделяются на:

Открытый. Действует в воздухе. Рабочую зону окружает облако из испарившегося металла, продуктов сгорания обмазки электродов.
Закрытый. Разряд идет под слоем флюсового порошка, облако состоит из испарившихся частиц металлов и инертных газов, выделяющихся при плавлении флюсового порошка.
С принудительным нагнетанием инертных газов. В рабочую зону вдувается под небольшим давлением смесь инертных газов с углекислым и водородом в определенных пропорциях. Цель такого нагнетания — защитить материал сварочной ванны и нагретой до температуры пластичности зоны заготовок от контакта с кислородом и азотом воздуха.

По длительности работы:

постоянная (для длительной работы);
импульсная (мощный однократный импульс, применяется для контактной сварки).

По конструкции и назначению применяемых электродов:

Неплавкие (графит, вольфрам). Такие электроды не расходуются в процессе сварки, материал шва формируется из расплавившегося металла заготовок.
Плавкие. Изготавливаются из стальных сплавов. В ходе процесса металлический стержень электрода плавится, стекает в сварной зазор и вместе с расплавившимися кромками заготовок формирует шовный материал.

Классификация сварочной дуги по применяемым электродам

В состав плавких электродов включают специальные легирующие добавки, повышающие прочность и долговечность получившегося соединения.

Условия горения

В нормальных условиях, при обычном давлении и температуре 20 °С газы, и прежде всего — воздух не являются проводниками. Чтобы они смогли проводить электричество, нужно создать особые условия: высвободить с атомных орбит большое количество ионов. Такой процесс называют ионизацией.

Работу, затрачиваемую на высвобождение одного электрона, называют потенциалом ионизации. Для различных материалов она составляет он 3,5 до 20 электрон-вольт. Наименьший потенциал характерен для щелочных элементов: калия, кальция и их соединений. Эти вещества добавляют в обмазку электродов или сварочную проволоку с целью поддержания стабильных параметров разряда. Добавляют их и в состав флюсового порошка для закрытого типа сварки.

Для обеспечения высокого качества сварного соединения необходимо поддерживать стабильные параметры электродуги, такие, как сила тока, напряжение, температура.

Температура определяется следующими факторами:

Материал катода.
Размеры катода.
Условия окружающей среды.

Распределение температуры дуги

Постоянство параметров тока — напряжение и сила — обеспечивается источником тока. Для сварочных работ разработано большое количество конструкций таких источников – от устаревших громоздких сварочных трансформаторов и выпрямителей до современных инверторов и полуавтоматов.

Возникновение

Электродуга возникает, или, как говорят сварщики, «разжигается» при кратковременном коротком замыкании электрода на заготовку. Протекающий ток разогревает металл, он начинает плавиться. Сильно разогревается и окружающий место контакта газ, этой энергии становится достаточно для его ионизации.

После размыкания электрода и детали столб газа между ними ионизируется и становится способным проводить электрический ток, который и устремляется по нему, и начинает гореть сварочная дуга.

Если не отвести электрод, ток протекает через точку контакта, дуги не возникает, электрод, как говорят сварщики, «залипает». Для разжигания дуги его придется оторвать от заготовки и повторить кратковременное касание.

Чем определяется мощность сварочной дуги

Мощность дуги определяет производительность сварочных работ и толщину соединяемых заготовок. Сама мощность зависит то следующих факторов:

Длина сварочной электродуги. Определяет количество тепла, выделяющегося при горении. При большей длине мощность возрастает, и наоборот.
Сила тока. Большая сила тока позволяет не погаснуть более длинной дуге.
Напряжение. В небольшом диапазоне повышение напряжения также приводит к росту мощности.

Повышение напряжения применяется редко, в специфических узкопрофессиональных случаях. В рядовых условиях оперируют силой тока.

Продолжительность разряда

В практических применениях чаще используется непрерывный режим разряда. Однако импульсный режим также распространен. Его используют при контактной сварке.

Сварка заготовок проводится не сплошным швом, а в нескольких точках. Такое соединение не обеспечивает герметичности, но обладает достаточной прочностью для выполнения тонкостенных конструкций, таких, как корпуса бытовой техники, различных приборов и установок, корпуса автомобилей.

Процесс осуществляется неплавящимся массивным электродом, который с большой силой прижимается к заготовке. Через электрод пропускается кратковременный ток очень большой силы — до нескольких тысяч ампер. В месте контакта металл обеих заготовки расплавляется, а по окончании импульса охлаждается и кристаллизуется как единое целое.

Далее электрод (или заготовка) перемещается вдоль линии шва к новой точке, прижимается к ней и подается новый импульс.

Электроды-ролики для контактной сварки

Существует разновидность такого метода, позволяющая получать и герметичные соединения. Электрод в этом случае выполняется в виде ролика, катящегося по поверхности заготовки. Импульсы подаются с небольшими промежутками, зоны оправления вдоль линии качения частично перекрываются и образуют сплошной материал шва. Такая технология применяется при автоматической сварке трубопроводов.

Температурные зоны

Независимо от того, какой электрод применяется — плавкий или неплавкий — в центре дугового столба наблюдается самая высокая температура — до 7000 °С.

Зоны пониженной температуры сварочной дуги располагаются в районах анодного и катодного пятна, но в них выделяется до двух третей всей энергии. Это центры излучения в инфракрасной части спектра.

Зона максимальной температуры является источником излучения в ультрафиолетовом спектре, наиболее вредного для здоровья человека.

При использовании для сварных работ переменного тока понятие полярности теряет свой смысл. Анод и катод меняются местами 50 или 60 раз в секунду.

Дуговая сварка под слоем флюса

При работе переменным током применяется очень простое оборудование и меньше риск «залипания» электрода.

Однако стабильность дуги в таких сварочных источниках очень сильно зависит от стабильности электроснабжения. Их работа также вызывает броски напряжения в электросети.

Вольт амперная характеристика

График, выражающий, как напряжение зависит от изменения тока, называют вольтамперной характеристикой дуги.

В условиях неизменной длины столба и постепенном росте тока график разделяется на три основные зоны. В первой, называемой «нисходящая», с ростом тока напряжение немного снижается. Эта зона соответствует процессам, происходящим при ручной сварке. Во второй – при росте тока напряжение остается стабильным. Эта часть характеристики применяется при полуавтоматической сварке с применением механической подачи сварочной проволоки.

И наконец, третья область, именуемая «восходящая» используется при автоматической сварке, в ней напряжение растет с повышением тока.

Дуговая сварка плавящимся электродом

При ручной сварке начальные значения на кривой соответствуют режиму холостого хода источника. Когда сварщик разжигает дугу, напряжение снижается вплоть до достижения участка стабилизации, такое напряжение сохраняется во время всей операции.

Особенности

Будучи сопоставлена с другими видами электроразрядов, электрическая дуга демонстрирует следующие от них отличия:

Большая плотность тока (до тысяч А/см 2 ) дает возможность развивать высокие температуры (до нескольких 1000 °С).
Неравномерность падения напряжения вдоль столба разряда. В анодной и катодной зоне оно весьма высоко, по всей длине столба — пренебрежимо мало.
Температура, развиваемая в зоне разряда, обратно пропорциональна ее толщине.
Многовариантность режимов работы при использовании различных участков вольтамперной характеристики.

На сегодняшний день сварочная дуга является самым быстрым, надежным и доступным методом создания неразъемных соединений металлических деталей и конструкций.

Электросварка стала и самым распространенным способом соединения. Она применяется в самых разных отраслях человеческой жизни, строительства, промышленности и транспорта.

Для получения качественных, прочных и долговечных швов необходимо точно подбирать рабочие режимы, определяющие основные свойства дугового разряда. Современное сварочное оборудование позволяет автоматически поддерживать эти параметры, облегчая работу оператора.

Область применения

Сварочная дуга используется в ручной электродуговой сварке, ставшей надежным помощником профессионалов и домашних мастеров. В ручной сварке используются плавкие электроды, обмазанные флюсовым составом. В процессе сварки материал стержня плавится, формируя материал шва, а обмазка при сгорании выделяет облако газов, защищающих сварочную ванну от воздействия кислорода. Ручная сварка используется как при работе с обычными нелегированными конструкционными сталями, так и в уникальных операциях по сварке нержавеющих, высоколегированных сплавов и цветных металлов.

Такая же дуга применяется и в установках — полуавтоматах. В них вместо электрода применяется сварочная проволока, подающаяся механическим устройством с постоянной скоростью. Инертные газы нагнетаются в рабочую зону через сопло горелке. Эта технология отличается оптимальным расходом сварочных материалов и высокой стабильностью параметров шва. Ввиду дороговизны оборудования экономически эффективна при больших объемах сварочных работ.

Автоматическая сварка осуществляется в специальных герметично закрытых объемах, заполненных инертным газом. Ее используют при сварочных работах с цветными металлами, особо ответственных операциях с нержавеющими сплавами.

Читайте также: