Что такое сварочная дуга

Что такое сварочная дуга

Содержание

Определение и физика появления сварочной дуги

Процесс сварки основан на воздействии концентрированной тепловой энергии, которая быстро нагревает металл до температуры плавления. Чаще всего тепло преобразовывают из электрической энергии с помощью сварочной дуги – такая сварка называется дуговой.

Сварочная дуга – это разряд, который возникает из-за ионизации воздуха под действием высокого напряжения и остается устойчивым, благодаря электрическому полю и ионизированной газовой среде (плазме).

А если объяснить проще?

Когда вы включаете сварочный аппарат и подносите электрод к металлу, возникает мгновенный электрический разряд. Электроны отрываются от плюса (анода) и начинают движение к минусу (катоду). Движение быстрых заряженных частиц ионизируют атомы воздуха (выбивают из них электроны), и он становится проводником. Вы отодвигаете электрод на некоторое расстояние, и получаете огненный столб, который тянется от электрода к металлу, образуя воронку, – это и есть дуга.

Процесс появления дуги по этапам

  1. Электродный стержень соприкасается с поверхностью металла
  2. Выделяется большое количество тепла
  3. Металл раскаляется и разъединяется со стержнем
  4. От катода отрываются электроны
  5. Свободные электроны стремятся к аноду, по пути разбивая молекулы на ионы и электроны
  6. Возникает устойчивый электрический разряд
  7. Процесс стабилизируется за счет увеличения количества заряженных частиц

Строение сварочной дуги

Строение сварочной дуги
  • Анодная зона (анодное пятно) – поверхность кратера сварочной ванны толщиной не более 10 микрон; место отрыва электронов.
  • Катодная зона – поверхность конца электрода; место, куда стремятся электроны
  • Столб – воронка, по которой движутся электроны.
  • Газовое облако – скопление ионизированного газа вокруг столба, которое защищает место сварки от влияния атмосферных газов.

Можно ли её увидеть?

Сам разряд не виден, но хорошо заметно свечение плазмы – свет появляется из-за потери электронами энергии в процессе прохождения через газ. Оттенок свечения зависит от состава газа. Также за свечение можно принять движение расплавленных капель металла, которые отрываются от стержня и капают на основной материал со скоростью 15-30 штук в секунду.

Горение дуги

Горение дуги сопровождается инфракрасным и ультрафиолетовым электромагнитным излучением, опасным для человека. Именно поэтому во время сварки необходимо защищать глаза.

Условия для стабилизации сварочной дуги

Чтобы разряд был устойчивым необходимо не снижать температуру и создать благоприятную среду для ускоренной ионизации газа.

Для поддержания температуры:

  • детали предварительно подогревают, чтобы поднять температуру воздуха вокруг них еще до создания разряда;
  • поддерживают постоянную силу тока, соответствующую толщине электрода.

Для создания ионизирующей газовой среды:

  • используют присадочные материалы, которые при нагреве испаряют ионизирующий газ (открытый тип состава плазмы);
  • подают ионизирующий газ из баллона, подключенного к аппарату;
  • используют флюс – материал для защиты места сварки от окружающей атмосферы (закрытый тип состава плазмы).

Способы поджига дуги

Контактный (Lift) – классический способ, разряд появляется в момент соприкосновения электрода с металлом. Такой метод поджига используется при применении плавящихся электродов. Для неплавящихся электродов он нежелателен, так как ведет к разрушению стержня и ухудшению прочности шва.

Контактный поджиг бывает двух видов:

  • касание – нагрев в одной точке;
  • чирканье – нагрев в нескольких точках.
Контактный поджиг

Бесконтактный (HF) – разряд появляется без соприкосновения электрода с металлом. Для этого используется осциллятор – устройство, преобразующее ток в высокочастотные короткие по длительности импульсы, которые пробивают воздушный зазор между электродом и металлом.

Бесонтактный поджиг

Характеристики электрической сварочной дуги

Отличительные свойства

  • Высокая температура. Нагрев внутри дуги достигает 7000 °C, при этом температура на поверхности сварочной ванны и конце стержня примерно в 2 раза ниже.
  • Резкие границы. Благодаря облаку защитных газов вокруг, положение дуги четко определено и не меняется на протяжении времени без изменения внешних условий.
  • Неравномерное электрическое поле. Напряжение электрического поля неоднородно между полюсами. 

Длина

Длина сварочной дуги – это расстояние от поверхности расплавленного металла в сварочной ванне до электрода. От этого параметра зависит многое: стабильность горения, форма шва, напряжение.

Оптимальная длина зависит от диаметра электрода. 

  • Короткая – от 50 до 100% диаметра электрода. Обеспечивает наилучшее качество шва. Визуально контролировать переход от средней длины к короткой бывает трудно, но его можно услышать – сварка короткой дугой сопровождается потрескиванием, схожим с шипением горячего масла на сковороде.
  • Средняя – от 100 до 120% диаметра электрода. Проще всего поддерживается – небольшие отклонения не приведут к разрыву, что удобно для начинающих сварщиков. При работе с тонкими электродами средняя дуга позволяет избежать прилипания (непроизвольного касания металла концом электрода).
  • Длинная – от 150% диаметра электрода. Практически не используется. Она создает неровный широкий шов небольшой глубины. Её применение обосновано только необходимостью варить тонкий металл толстым электродом – в этом случае длинная дуга позволяет избежать сквозного прожига металла (но намного проще подобрать электрод по размеру).

Способ возбуждения дуги

  • Прямой – дуга перпендикулярна металлу и параллельна электроду.
  • Косвенный – дуга образуется двумя электродами, наклоненными под 40-60 градусов к одной точке на поверхности металла. 
  • Комбинированный – дуга образуется между двумя электродами и металлом.
Способ возбуждения дуги

Сила тока

Сила тока, используемого для создания сварочной дуги, должна соответствовать толщине металла. Завышенная сила тока угрожает прожигом. Недостаточно сила тока не позволяет нагреть металл достаточно, чтобы получить стабильную дугу. 

Толщина, мм

Сила тока, А

1-2

25-50

2-3

40-80

3-4

60-140

4-6

120-200

6-8

180-250

10-24

220-400

30-60

300-400

Напряжение

Для устойчивого горения дуги при использовании металлического электрода – от 15 до 30 В, неметаллического (графитового, угольного) – от 30 до 35 В.

При ручной сварке (ММА и TIG) напряжение дуги имеет прямую зависимость от силы тока. При сварке полуавтоматическим сварочным аппаратом (MIG/MAG) напряжение независимо от силы тока и меняется в зависимости от длины дуги.

Похожие статьи

В чем разница между сваркой переменным и постоянным током?

В чем разница между сваркой переменным и постоянным током?

Чтобы сделать качественный сварной шов, для начала нужно понять, что означают эти два тока на сварочном аппарате, а также на электродах

Лучшие сварочные полуавтоматы

Лучшие сварочные полуавтоматы

Сварка MIG/MAG — одна из самых распространенных. Она производительна и не требует больших операционных затрат. Для работы нужны защитный газ для защиты сварочной ванны, однако доступна и самозащитная порошковая проволока, и аппарат. 

Разбираемся в основных методах сварки

Разбираемся в основных методах сварки

Наиболее распространенные методы сварки, использующиеся в бытовых и профессиональных целях — ММА, MIG/MAG и TIG.

Зачистка сварных швов — методы и рекомендации

Зачистка сварных швов — методы и рекомендации

Объясняем, зачем нужно защищать сварные швы, какие инструменты и материалы для этого применять, как аккуратно и безопасно обработать поверхность.

Технология сварки кольцевых швов

Технология сварки кольцевых швов

Рассказываем про технологии и технику сварки кольцевых швов, которые позволяют успешно справиться с задачей при работе с тонкостенными и толстостенными трубами.

Рекомендуемые товары

наверх
0
false
false
Удалить
Изменить