Распределение энергии по активным пятнам дуги

Как показывает опыт, мощность, передаваемая активным пятнам дуги и расходуемая на нагрев, плавление и испарение электродов, распределена по площади пятен неравномерно. Максимальна она в центральных зонах пятен и уменьшается к краям. Кроме того, электроды-пластины, которыми чаще всего служат свариваемые изделия, получают от дуги часть мощности излучения и газовых потоков столба теми точками, которые расположены за пределами активных пятен. Пятна, в свою очередь, перемещаются (блуждают) по поверхностям электродов. Все это приводит к увеличению ширины и уменьшению глубины проплавления металла, что снижает эффективность дуги в сварочном процессе.

Для уменьшения зоны блуждения пятна дуги на электроде-пластине столб дуги помещают в продольное магнитное поле либо

на пластины наносят пленки вещества, затрудняющего горение дуги.

Зону действия газовых потоков уменьшают сужением сечения столба дуги у электродов-пластин путем уменьшения длины дуги и увеличения потенциала ионизации ее газа. Общие характеристики дуг с высоким и низким потенциалом ионизации дугового газа приведены в табл. 2-1.

Особенности дуг переменного тока. При питании дуги переменным током частотой / каждый из электродов / раз в секунду поперечно бывает катодом и анодом. За каждый период ток дважды принимает нулевое значение, при котором дуга гаснет. Затем, по мере увеличения тока, она снова возбуждается. Опыт и теоретические расчеты показывают, что даже после весьма кратковременных погасаний дуги газ столба охлаждается,

деионизируется и каждое повторное возбуждение дуги происходит в условиях, требующих кратковременного повышения напряжения на электродах. В результате в начале каждого полупериода на кривой напряжения дуги появляется пик, называемый пиком зажигания (рис. 2-5).

Чем выше потенциал ионизации дугового газа, тем выше температура столба дуги, тем быстрее он теряет энергию и охлаждается перед повторными возбуждениями. Если для повторных возбуждений дуги требуются напряжения более высокие, чем амплитуда напряжения холостого хода сварочного трансформатора, дуга повторно не возбуждается и процесс прекращается.

Для облегчения повторных возбуждений дуг с высоким потенциалом ионизации дугового газа используют осцилляторы и специальные генераторы импульсов, повышающие напряжение на электродах после перехода тока дуги через нулевые значения. На возбудившейся дуге в течение всего полупериода тока устанавливается постоянное напряжение, и она горит устойчиво. При использовании в качестве электродов металлов с различной температурой кипения дуга приобретает выпрямляющее свойство, отрицательно влияющее на формирование сварных швов и работу источников питания. Это свойство выражается в различии величин напряжения и тока дуги в соседних полупериодах (рис. 2-6). Так, при сварке алюминия вольфрамовым электродом в среде аргона напряжение дуги длиной 4 мм в тот полупериод, когда катодом является вольфрам, равно 12 В. В другом полупериоде, когда катодное пятно располагается на алюминиевом изделии, напряжение повышается до 22 В. Это вызывает соответствующее уменьшение тока.

Выпрямляющее свойство описанных дуг определяется различием температур кипения катодов, от которых, в свою очередь, зависят разность температур AT и катодные напряжения UK дуг [см. уравнение (2-9)]. Так, при расположении катодного пятна на вольфраме, температура поверхности которого достигает 3500 К, разность температур AT в катодной области дуги в парах алюминия (Ui = 5,95 эВ) будет 2260 К. Когда же катодное пятно находится на алюминии, кипящем при температуре 2333 К, то разность температур в катодной области AT будет 3427 К- По

уравнению (2-6) приведенное различие в разности температур обусловливает различие в катодных падениях напряжения на 9 В.

Сжатые дуги. При ограничении области существования дуги в радиальном направлении применением электродов малых диаметров или специальных ограничивающих сопл она приобретает новые свойства, отражаемые названием сжатая дуга. Сжатие столба соплом уменьшает площадь анодного пятна и зону его блуждания, что приводит к концентрации энергии на аноде и увеличению глубины его проплавления. Струя плазмы, истекающая из сопла, повышает также давление на жидкий металл ванны и вызывает увеличение глубины проплавления анода. Однако при некоторых критических скоростях струй жидкий металл выдувается и сварка становится невозможной. Зато интенсивно протекает процесс разделительной резки, имеющий важное значение в промышленности.

  передаваемой дугой