Каталог организаций

Электрическая дуга

Для электрической цепи с источником питания дуга является нагрузкой.

рис.1



Для возбуждения дуги необходимо ионизировать газовое пространство между сварочным электродом и деталью. Это делается следующим образом:

1. Закорачиванием электрода на изделии с последующим отрывом

2. С помощью специальных устройств, обеспечивающих пробой воздушного зазора

В обоих случаях газовое пространство между электродом и изделием ионизируется, появляется хорошая проводимость дугового промежутка, загорается дуга.

Среду, в которой происходит, мощный дуговой разряд в первом приближении можно представить как газовый проводник.

Вблизи электродов газовый проводник сужается до размеров активных пятен на электродах.

Активными пятнами называются локализованные, наиболее нагретые участки на поверхности электрода, через которые проходит весь ток дуги.

Протяженность катодной области очень мала , анодная область длиннее .

Вся длина дуги в рабочем состоянии приходится в основном на столб дуги. Длина дуги складывается:

, (1)

где - длина катодной зоны,

- длина столба дуги,

- длина анодной зоны.


рис.2

Процессы, происходящие в предъэлектродных областях и дуге, определяют ее свойства.

Так как установлено, что 97% тока в дуге переноситься электронами, то необходима энергия на работу выхода.

, (2)

где - потенциал выхода электрона, В

При закорачивании электрода на деталь происходит короткое замыкание торца электрода на деталь.

Контактирование идет по отдельным микровыступам, плотность тока, протекающего через них очень высока и они мгновенно разогреваются до высокой температуры. Кристаллическая решетка в металле возбуждается и появляется термоэлектронная эмиссия электронов.

При наличии электрического поля появляется автоэлектронная эмиссия, электроны покидают поверхность катода, так как их отрицательный заряд притягивает положительный потенциал на поверхности анода.

Для возникновения автоэлектронной эмиссии источник питания выдает напряжения холостого хода, а сварщик отрывает электрод от изделия и это напряжение оказывается приложенным к электроду и изделию.

Наличие термо- и автоэлектронной эмиссии приводит к резкому отрыву электронов от поверхности катода и их перемещению с возрастающим ускорением к аноду

На своем пути они встречают молекулы газа, пары веществ и др. Они соударяются с электронами и если энергии хватает, то выбивают из атомов еще одни электроны и положительно заряженные ионы.

Процесс развивается лавинообразно и очень быстро столб дуги ионизируется. Длина свободного пробега электронов определяет длину катодной зоны.

При упругом соударении, когда энергии недостаточно, молекулы просто приходят к повышению своей температуры, поэтому температура столба дуги 6000-8000 С.

Температура и степень ионизации в центре столба дуги выше, чем на периферии.


Собственное магнитное поле дуги сжимает столб дуги за счет электродинамических сил.

В столбе дуги находится большое количество заряженных частиц. Электроны движутся к аноду, а ионы к катоду, они скапливаются ив большом количестве и образуют обьемный положительный заряд на границе катодной области.

Вместе с отрицательными частицами на катоде они образуют падение напряжения с напряженностью

отрицательно заряженные электроны, подлетая к границе анодной области не могут сразу попасть на локальное анодное пятно, т.к. его температура значительно меньше, чем температура столба дуги, т.к. деталь массивна и теплоотвод значителен, то они скапливаются на границе катода и имеет увеличение падения напряжения.

Количество электронов и величина тока, проходящего через дугу в значительной мере определяется процессами, происходящими в катодной и анодной пятнах, в областях катодной и анодной зоны, в столбе дуги

Чем выше температура катода, тем больше количество электронов его могут покинуть и увеличиться ток.

Чем больше веществ с низким потенциалом ионизации в обмазке и флюсе, тем выше степень ионизации дуги.

Чем выше падение напряжения на катоде и аноде. тем больше термоэлектронная эмиссия и больше ток.

Температура катодного пятна зависит от материала электрода (температура кипения). температура кипения стали составляет 2500С. если электрод вольфрамовый и на нем отрытый потенциал, то падение напряжения на дуге от 12..16 В, при сварке плавящимся стальным электродом 22..28 В.

Чем выше температура электрода, тем больше ток, меньше падение напряжения на дуге. Флюс и обмазка влияют на степень ионизации столба дуги, а значит на величину тока и проводимость столба дуги.

Если деталь алюминиевая, то для разрушения окисной пленки деталь надо подключить к «-» , тогда электроны разрушают тонкую окисную пленку.

Электрод плавиться и дуга гуляет, надо варить на переменном токе. Температура кипения алюминия низкая, количество электронов недостаточное и теплоотвод от катодного пятна высокий, проводимость плохая, падение напряжение высокое.

Когда «-» на электроде то падение напряжения низкое -12В

Температурные процессы на дуге, особенности ее горения приводят к тому, что свойства дуги в зависимости от способа сварки значительно меняются и вынуждены для каждого способа сварки изготавливать источник питания или формировать его внешнюю характеристику специально под каждый способ.

Также по теме:

Устойчивость дуги. Статическая вольт-амперная характеристика дуги.

Эластичность дуги. Требования к источникам питания при РДС.