Образование и строение сварочной дуги

Ручная дуговая сварка основана на использовании тепла, полученного от электрической дуги, которая представляет собой длительный электрический разряд в газе, выделяющий значительное количество энергии. Сварочная дуга образуется между электродом и изделием или между двумя электродами, имеющими разность потенциалов.

При соприкосновении электрода с изделием разогреваются и сгорают мелкие выступы между ними, образуя пары металла и ионизированный газ, в котором при напряжении 20—30 Вольт образуется электрический разряд. Длительность разряда и образование сварочной дуги достигаются отрывком электрода от изделия на расстояние 2—5 мм (короткая и средняя дуга).

Как происходит образование сварочной дуги

При высокой разности потенциалов между электродом и изделием (несколько тысяч вольт) при их сближении происходит зажигание сварочной дуги. Под действием разности потенциалов, высокой температуры и светового излучения, электроны двигаются с большой скоростью, отрываясь первоначально с поверхности отрицательного электрода (эмиссия электронов). Ударяясь об атомы и молекулы газа испаряющегося материала, электроны добавляют или отнимают у них отрицательные заряды, превращая в положительные и отрицательные ионы, которые в свою очередь двигаются в дуговом пространстве, усиливая его ионизацию.

Таким образом, воздух, который в обычном состоянии не является проводником электричества, ионизируясь в дуговом пространстве, становится проводником электрического тока, вследствие чего достигается длительное горение сварочной дуги. Движение электронов и ионов в дуговом пространстве происходит при наличии двух полюсов: отрицательного — катода и положительного — анода, которые в известной степени упорядочивают движение этих частиц, так как электроны, имеющие отрицательный заряд, а также отрицательные ионы, двигаются к положительному полюсу, а положительные ионы — к отрицательному.

В дуговом пространстве различают приэлектродные области, характеризующиеся значительным падением напряжения сварочной дуги, вызванным затратой электрического потенциала на образование пространственных зарядов — электронов и ионов. Дуга переменного тока не имеет выраженной катодной и анодной областей, так как в течение одной секунды происходит многократное изменение направления тока и смена катода на анод и обратно. Падение напряжения дуги переменного тока такое же, как дуги постоянного тока, и составляет 16—30 Вольт.

Чем отличается дуга постоянного и переменного тока

Устойчивость горения и зажигания дуги переменного тока хуже, чем дуги постоянного тока, так как в начале и конце каждого полупериода прохождения тока дуга угасает, падает температура активных пятен, и для зажигания дуги вновь требуется повышенное напряжение. Для улучшения условий горения дуги переменного тока применяют покрытия, способствующие повышенной ионизации. Различают открытые и закрытые дуги.

Открытая дуга, горящая в воздухе, имеет в своей зоне смесь паров металла и электродного покрытия. Она окружена газовым ореолом и дает яркое световое излучение, опасное для незащищенных глаз. Закрытая дуга горит под слоем флюса, в её зоне находятся пары металла и флюса. Дуга, горящая в среде защитных газов, закрыта от проникания воздуха в её зону.

Она также дает яркое световое излучение, опасное для глаз. Большое значение при ручной дуговой сварке имеет длина дуги. При длинной дуге увеличивается возможность контакта столба дуги и расплавляемого металла с воздухом, который вредно влияет на качество сварки, увеличивается напряжение дуги. В зависимости от применяемых электродов устанавливают длину дуги, которую необходимо выдерживать для получения качественного сварного шва.

Сварочные дуги различают по принципу работы: дуга прямого действия горит между электродом и изделием, её широко применяют при ручной дуговой сварке; дуга косвенного действия горит между двумя электродами и нагревает изделие своим пламенем, дуга комбинированная, которая горит между электродами и изделием, она образуется при сварке трехфазным током.