Техника - молодёжи 1960-12, страница 11

У

/ t> J yfc z с* * / * * I !

Что такое сварочная дуга?

V J варочная дуга является ус-тойчивым электрическим разрядом между твердыми или жидкими электродами в газе при атмосферном давлении. В сварочной технике основное применение нашла дуга прямого действия, горящая между стержнем — электродом и свариваемым изделием. Реже применяется дуга косвенного действия, возбуждаемая между двумя электродами.

Основаниями дугового разряда служат два пятна: катодное — на отрицательном электроде и анодное — на положительном. В их пределах концентрируются силовые линии тока. Размеры пятен невелики, но плотность тока в них очень высока и может достигать нескольких тысяч ампер на 1 см² поверхности пятне.

Высокая плотность тока — одна из основных отличительных черт дугового разряда при атмосферном давлении. Например, для сварочной дуги, горящей между железными электродами в воздухе, диаметр пятен составляет при токе 200—300а — 5—6 мм, а при токе 4 тыс. а — 20—25 мм.

Между пятнами находится ослепительно светящийся столб дуги, имеющий обычно коническую или цилиндрическую форму. Температура газа столба очень высока. Максимальная температура в его осевой части обычно достигает 5000—6000°С. Столб дуги окружен менее негретыми и менее светящимися газами и парами вещества электродов, образующими так называемый факел дуги.

Газы в нормальном состоянии являются изоляторами. Электрический ток через газовый промежуток может проходить только при наличии в нем электрически заряженных частиц — электронов или ионов. Перемещение этих частиц в газовом объеме и создает электрический ток.

Как образуются заряженные частицы в сварочной дуге?

Образование заряженных частиц в сварочной дуге происходит в основном за счет эмиссии электронов с катода и объемной ионизации газа.

СПЕЦИАЛИСТЫ ОТВЕЧАЮТ НА ВОПРОСЫ ПО СВАРКЕ

ОТВЕЧАЕТ Иван Дмитриевич КУЛАГИН, кандидат технических наук, сотрудник Института металлургии имени А. А. Байкова Академии наук СССР

В процессе горения дуги катод непрерывно порождает в объеме столба дуги свободные электроны. Это вызывается главным образом нагревом катода и наличием у поверхности катода электрического поля очень высокой напряженности.

При объемной ионизации газа основную роль играют электроны, перемещающиеся в столбе дуги с очень большими скоростями. А так как масса электрона в сравнении с молекулой или атомом очень мала, то он может при соударении с нейтральной частицей передать ей всю свою кинетическую энергию. При этом образуются две заряженные частицы: положительный ион и свободный электрон.

Заряженные частицы недолговечны. Вследствие нейтрализации на соответствующем электроде или воссоединении в газовом объеме они переходят в нейтральное состояние.

Таким образом, под воздействием электрического поля в столбе дуги непрерывно протекают два взаимно-противоположных процесса: с одной стороны, образование заряженных частиц, с другой — рекомбинация, воссоединение эеряженных частиц в нейтралчные атомы или молекулы.

В объеме столба дуги находятся нейтральные (атомы, молекулы) и заряженные (электроны, ионы) частицы. Все они находятся в термодинамическом равновесии: средние кинетические энергии частиц равны. Поэтому столб дуги рассматривают как плазму, отличительной чертой которой является высокая степень ионизации газа.

Какова энергетическая характеристика сварочной дуги?

Подводимая к дуге энергия распределяется тоже неравномерно — значительная часть теплоты выделяется • активных пятнах. Большая часть электрической энергии трансформируется в тепловую, и лишь небольшая ее доля переходит в световое излучение, звуковые колебания и химические реакции, идущие с поглощением тепла. Под воздействием тепловой энергии происходит нагрев, расплав* ление и частично испарение материала электродов и свариваемых изделий.

Но

пользуется при сварке. Часть ее теряет» ся в результате теплообмена столба м пятен дуги с окружающей средой.

При сварке плавящимся электродом (например, из стали, алюминия, меди) коэффициент полезного действия изменяется в пределах 70—95*/§, е при сварке неплавящимся электродом (например, из угля, вольфрама) — от 50 до 70%.

Теплота сварочной дуги вводится Ь металл через пятно нагрева и распределяется крайне неравномерно. Ее поток наиболее значителен в пределах электрически активных пятен дуги. Здесь теплота выделяется в результате непосредственного превращения энергии электрически заряженных частиц, бомбардирующих поверхность изделия, в тепловую энергию.

Слева — схема сварочной дуги прямого действия, справа — косвенною действия.

Сварочная дую, горящая между чл<кгро-

дом и изделием.