Дополнительный материал Сварочные дуги с плавящимся электродом

Сварочные дуги с плавящимся электродом

Распределение энергии в сварочных дугах, их энергетическая структура определяются рядом факторов, главнейшие из которых следующие:

1.         состав плазмы, размеры и условия стабилизации столба дуги;

2.         материал, размеры и форма электродов (особенно катода).

Кроме того, большое влияние на распределение энергии в сва­рочных дугах оказывает режим сварки: плотность тока, сила тока, полярность, наличие импульсов, их амплитуда и частота, динами­ческие характеристики источника питания и т. п. Все эти факторы взаимосвязаны.

Основными технологическими применениями металлических дуг (Ме-дуг) явля­ются сварка и резка плавящимся электродом. Ме-дуги используют при сварке электродами без покрытия и с покрытием, при сварке порошковыми электродами и проволоками, при сварке под флю­сом и в защитных газах (СО₂, Аг, Не), а также при сварке в вакуу­ме. Защитные среды для металлических дуг в большинстве слу­чаев обеспечивают широкие возможности регулирования метал­лургических процессов при сварке.

Ручная дуговая сварка электродами с покрытиями

Ручная сварка Ме-дугой ведется обычно электродами диамет­ром 2 – 6 мм на постоянном и переменном токах 100 – 300 А. Широко применяются электроды с качественными обмазками (покрытиями), поэтому поверхность катода предлагается рассматривать как сложную систему, состоящую из расплавленного металла и шлаковых пленок.

Перенос металла в дуге крупнокапельный, обычно с короткими замыка­ниями. КПД дуги составляет около 75 %. Анализ энергетической структуры таких дуг показывает, что мощность в столбе дуги составляет примерно от 7 до 30 % общей мощности дуги. Остальная мощность выделяется в приэлектродных областях.

Важным фактором при ручной сварке является устойчивость дуги. На нее оказывают влияние внутренние условия в самой дуге (состав и свойства плазмы) и внешние условия – статические и динамические свойства источника питания и характе­ристики электрической цепи, опреде­ляющие в большой мере переходные процессы в дуге. Чем больше раз­рывная длина дуги, тем выше ее устойчивость.

Считается, что пары легкоионизируемых элементов попадают в столб дуги и повышают степень ионизации в нем. Объяснение действия элементов-ионизаторов можно связать с их воздействием на работу выхода электронов с катода. Пары элементов-ионизаторов попадают в катодную область, понижают работу выхода электро­нов с катода, что снижает катодное падение потенциала, повышает электропроводность катодной области и устойчивость дуги в це­лом. Введение элементов-ионизаторов приводит к уменьшению мощ­ности, выделяемой в приэлектродных областях, и к увеличению доли энергии, затрачиваемой в столбе дуги. Производительность расплавления при этом обычно снижается.

Сварка под флюсом

Дуга под флюсом отличается от свободной (открытой) свароч­ной дуги в первую очередь тем, что газовый разряд происходит в пространстве, которое изолированно от окружающей среды расплавленным шлаком. Наличие газового пузыря обусловливает по­вышение давления в нем. Например, оно составляет около 3 кПа при токе ≈ 500 А.

Флюсовая защита позволяет значительно повысить по срав­нению со сваркой открытой дугой сварочные токи (до 1000 А и более), а также мощность дуги и плотность тока на электро­дах (до 200 А/мм и выше). Высокая плотность тока, избыточное давление, некоторое шунтирование дуги флюсом и присутствие во флюсе ионизиру­ющих компонентов обеспечивают высокую устойчивость свароч­ного процесса. Практически отсутствует разбрызгивание металла, шов хорошо формируется.

Высокая плотность тока обусловливает возрастание вольт-амперной характеристики дуги, что позволяет применять источники питания с жесткой или пологопадающей внешней характеристикой. Широко применяется по­дача электрода в дугу с постоянной скоростью, обеспечивающая саморегулирование процесса.

Перенос металла в дуге под флюсом обычно мелкока­пельный – без коротких замыканий и пиков тока и напряжения. Размер капель тем мельче, чем больше плотность тока. Существен­ную роль играет перенос электрод­ного металла паром. Капли обычно пористые.

Число мелких капель составляет 60 – 70 % общего числа капель. Температура дуги достигает 5000 – 7000 К. При сварке на пере­менном токе она колеблется в зависимости от изменения фазы. Высокая устойчивость сварочного процесса позволяет в подавляющем большинстве случаев применять переменный ток, что связано с большей простотой и экономичностью сварочного оборудования. Различный теплоотвод с электрода и изделия обу­словливает некоторую асимметрию тока в дуге под флюсом. Од­нако вентильный эффект сравнительно мал и, как правило, специ­альных устройств для его устранения не требуется. Сварка под флюсом отличается высоким КПД, ее легко автомати­зировать.

Металлические дуги в защитных газах и вакууме

Ме-дуга в защитных газах используется в основном для сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей (в СО₂, в смесях СО₂ + Аr, СО₂ + О₂), а также алюминиевых сплавов и коррозион­но-стойких сталей (в Аr и в смеси Аr + Не) главным образом на постоянном токе обратной полярности при жесткой или полого-падающей внешней характеристике источников питания. Наибольшее применение получила меха­низированная сварка тонкой проволокой в среде углекислого газа.

Краткое описание документа:

Данный документ содержит материал, предназначенный для изучения в системе СПО по профессии "Сварщик". Может идти как дополнение к изучаемым общеобразовательным предметам (химия, физика).

"Распределение энергии в сварочных дугах, их энергетическая структура определяются рядом факторов, главнейшие из которых следующие:

-состав плазмы, размеры и условия стабилизации столба дуги;

-материал, размеры и форма электродов (особенно катода).

Кроме того, большое влияние на распределение энергии в сва­рочных дугах оказывает режим сварки: плотность тока, сила тока, полярность, наличие импульсов, их амплитуда и частота, динами­ческие характеристики источника питания и т. п. Все эти факторы взаимосвязаны."