Урок 4. Будова, електричні параметри та потужність електричної зварювальної  дуги

Зварювальна дуга — тривалий потужний електричний розряд в іонізованому середовищі із суміші газів та парів матеріалів, що використовується при зварюванні. 

Під електричним розрядом розуміють проходження струму через газове середовище. Існує кілька форм або видів електричного розряду: дугового, тліючий, іскровий, блискавка і ін.

Один розряд відрізняється від іншого тривалістю, напругою, силою струму і ін..

Під час дугового зварювання зварювальний дуга є основним інструментом, який повинен розплавляти основний метал заготовки і присадний матеріал, щоб створити шов і з'єднати дві частини нерозривно. У більшості випадків, явище електричної дуги є шкідливим для електричних приладів. Воно виникає завжди, коли розмикаються контакти. У побутових вимикачах, магнітних контакторах і в інших пристроях дане явище неминуче, так що приймаються різні заходи, щоб погасити дугу і зробити її коротшою. У зварюванні вона є головною особливістю, але нею потрібно навчитися керувати.

Електрична зварювальний дуга виникає в той момент, коли контакт, утворений між основним металом і електродом, розмикається. У цей час утворюється тривалий і потужний заряд електрики, який володіє високою температурою. В даному місці спостерігається висока щільність струму, що сприяє розплавлення. Для її створення потрібно високий рівень витрат енергії.

ГАЛУЗЬ ЗАСТОСУВАННЯ

Зварювальна дуга застосовується у звичайному ручному дуговому зварюванні, яка на даний момент є найбільш простим методом стандартного зварювання. Тут вона захищається обмазкою електродів, яка при згорянні утворює газові випари, що перешкоджають проникненню сторонніх елементів всередину ванни розплавленого металу.

Також дуга використовується в напівавтоматичному газовому зварюванні. Тут використовується зварювальна електрична дуга, яка подається не на звичайний електрод, а на неплавкий вольфрамовий. Відповідно, розплавлення металу йде не з одного з виходів, як це було в попередньому методі. На дугу подається зварювальний дріт, який розплавляє матеріал.

Ще один варіант є автомати. Вони простіші в створенні, ніж газові, так що набули широкого поширення в промисловості. Вони можуть бути як з плавкими, так і з неплавкі електродами. З однієї установки може запалюватися кілька електродуг, якщо вони мають багато постову конструкцію.

У ручного дугового зварювання йде робота зі звичайними конструкційними сталями. Іноді пробують зварювати кольорові метали, але це складно і не завжди успішно. Краще дуга проявляє себе при захисті газу. Вона виявляється більш стабільною при горінні, а також дозволяє створювати якісні надійні шви.

КЛАСИФІКАЦІЯ ЗВАРЮВАЛЬНОЇ ДУГИ

Електричні властивості зварювальної дуги можуть відрізнятися в залежності від того, з якого джерела подається електрика. Для її створення використовують інвертори, генератори, випрямлячі, трансформатори та іншу техніку. Виділяють два основних типи одержуваної дуги:

У першому випадку спостерігаються статичні параметри. Вони не змінюються протягом тривалого часу використання.

Допустимі мінімальні відхилення, але вони не є суттєвими і не впливають на характеристики накладається шва.

У другому випадку виходить динамічні параметри. Це перехідні, коли параметри в системі змінюють і через них змінюється характеристика дуги.

Класифікувати дугу можна ще за іншими ознаками:

• Відкрита - горіння відбувається в повітрі;

• Закрита - горіння відбувається у флюсі;

• З подачею захисних газів - в дугу поставляються гази з захисними функціями.

БУДОВА ЗВАРЮВАЛЬНОЇ ДУГИ

Зварювальний дуга являє собою явище, в якому можна виділити кілька основних областей, що визначають її будова. Виділяють три основні області:

• Стовп дуги - це основна частка всього дугового проміжку. У нього входять позитивні і негативні іони. Стовп має нейтральний зарядом, так як позитивні і негативні елементи тут знаходяться в однаковій кількості.

• Катодна область - це джерело електронів, які іонізують гази, що знаходяться поруч. Тут дуже висока напруга. Виділилися електроди видаляються з даної області під дією електричного поля. Це поле притягує позитивні іони. Іонів тут завжди більше, ніж електронів.

• Анодна область - це найширша область з усієї дуги. Струм анода умовно вважають суто електронним, але насправді тут присутні і іони, нехай і в незначній кількості. Тут створюється негативний об'ємний заряд. В анодному області присутній низький рівень напруги.

Під час горіння дуги на електроді можна виділити кілька активних плям. Вони поділяються за ступенем нагрівання, так як є кілька зон нагрітих по-різному, і вони спостерігаються практично при кожному процесі зварювання. Якщо пляма знаходиться на аноді, то його називають анодним, а якщо на катоді, то катодних. 

ВЛАСТИВОСТІ ДУГИ

Дуга має дуже яскравим світлом, який виявляється шкідливим для очей і може привести до їх опіку під час свого горіння. Крім видимого спектру, вона випромінює ще ультрафіолетові і інфрачервоні промені. Якщо відстань між електродом і заготівлею занадто велике, то дуга гасне. Вона має дуже високу силою струму і температурою, яка збільшується, якщо розмір стовпа буде рости. При подачі щільного повітря або газу під тиском, а також масла, дуга може згаснути.

ХАРАКТЕРИСТИКИ

Вольтамперна характеристика зварювальної дуги залежить від напруги і зварювального струму, які формуються джерелом живлення. При зміні будь-якого з параметрів змінюються і інші значення даного явища. Існує три основні різновиди характеристик:

Падаюча характеристика виходить, коли проводиться зварювання в звичайних умовах в середовищі захисних газів. Вона характеризується відносно невеликими значеннями зварювального струму. Якщо сила струму буде підвищуватися, то зростає і рівень процесу іонізації. Дуга збільшує площу свого перетину, а також температура горіння.

Якщо сила струму знаходиться від 80 до 300 А, то дуга отримує жорстку характеристику. »

Тут характерні низькі значення напруги. Площа перетину безпосередньо залежить від сили струму, так що можна легко регулювати ширину свариваемого шва.

Зростаюча характеристика властива найбільш високих значень зварювального струму, більше 300 А. Напруга може збільшуватися тоді, коли накопичується велика кількість зарядів на електроді. Це де призводить до падіння напруги на катоді.

ЧИМ ВИЗНАЧАЄТЬСЯ ПОТУЖНІСТЬ ЗВАРЮВАЛЬНОЇ ДУГИ?

Від потужності зварювальної дуги залежить багато чинників, але і сама вона є результатом певних дій. Довжина зварювальної дуги є одним з визначальних чинників. Навіть при одних і тих же параметрах на джерелі електрики, при більш високій довжині потужність буде зростати. Також вона залежить від сили струму, який подається на електрод. Він дозволяє розвивати потужність на більш широкому діапазоні, так що навіть при довгому стовпі вона не буде гаснути. Товщина і щільність також надають вирішальні значення на потужність, але для їх збільшення потрібно забезпечити достатню силу струму.

ПЕРЕВІР СЕБЕ