Что называется сварочной дугой: Электрическая дуга | Сварка и сварщик

Содержание

Виды сварочных дуг

Сеть профессиональных контактов специалистов сварки

По наиболее важным техническим признакам различают следующие основные группы сварочных дуг:

1 2 3 4 5 6 7
Дуги прямого действия С плавящимися электродами Дуги в парах металлов Свободные дуги Установившиеся дуги Открытые дуги Дуги постоянного тока
Дуги косвенного действия С неплавящимися электродами Дуги в газах Сжатые дуги Неустановившиеся дуги Закрытые дуги Дуги переменного тока

Входящие в группы виды сварочных дуг характеризуются следующими основными особенностями.

1. В дугах прямого действия подлежащие нагреву или плавлению металлы являются электродами разряда и им передается кинетическая и потенциальная энергия заряженных частиц. Поэтому электроды весьма интенсивно нагреваются и плавятся.

Дуги косвенного действия располагаются у поверхностей подлежащих нагреву или плавлению изделий. Электродами таких дуг служат стержни из графита или вольфрама, не соединенные электрически с изделиями. Нагрев и плавление изделий происходит лишь за счет кинетической энергии сталкивающихся с ними частиц газа. Обычно такой нагрев мало эффективен, поэтому дуги косвенного действия применяются в тех случаях, когда требуется сравнительно небольшая теплопередача от дуги к изделиям.

2. В дугах с плавящимися электродами оба электрода в процессе осуществления сварочного процесса расплавляются, поставляя металл в общую ванну. Если один из электродов, будучи тугоплавким — вольфрамовым или графитовым, не поставляет металл в общую ванну, то дуга называется дугой с неплавящимся электродом. При увеличении тока дуги тугоплавкий электрод также может расплавиться, поэтому разновидности дуг этой группы определяются не только материалом электродов, но и режимом их горения.

3. Большинство плавящихся электродов дуги интенсивно испаряется. Пары, двигаясь от электродов в виде струи, почти полностью оттесняют из области разряда другие газы. Поэтому пары электродов определяют основные свойства таких дуг, что и обусловило их название. Когда же используются слабо испаряющиеся вольфрамовые, графитовые или искусственно охлаждаемые водой медные электроды, состав газа разрядной области с достаточной точностью определяется ее атмосферой. Последнюю образуют л ибо защитные газы — аргон, гелий, водород, СO

2 и др., подаваемые в зону дуги для ограждения металла от воздействия воздуха, либо воздух при отсутствии такой защиты. Однако по мере увеличения тока слабо испаряющиеся электроды могут испаряться интенсивно, а «дуга в газах» может стать «дугой в парах», поэтому и в этой группе разновидности дуг также определяются их режимом.

4. Дуга считается свободной, если ее развитие в пространстве не ограничено до пределов, определяемых естественными свойствами дуги. При наличии таких ограничений дуга называется сжатой. Дугу сжимают, помещая ее в узких каналах и щелях, ограничивая размеры электродов, обдувая дугу струями газов или жидкостей и т. д.

5. Дуга считается установившейся, если длительность ее существования при заданных условиях заметно превышает время протекания в ней переходных процессов и параметры дуги уже не меняются во времени. Изменения силы тока, состава атмосферы, расстояния между электродами, положения в пространстве и т. д. характеризуют неустановившиеся дуги. Однако при сравнительно медленном изменении перечисленных факторов, когда каждому их мгновенному значению соответствуют параметры дуги, близкие к установившимся при этих мгновенных значениях, такими изменениями можно пренебречь и дуги считать установившимися. Таким образом разделение дуг анализируемой группы на два вида требует их тщательного изучения.

6. Дуга считается открытой, если вокруг нее отсутствуют преграды, кроме самих электродов, исключающие или затрудняющие циркуляцию газа в околодуговом пространстве, или задерживающие излучение дуги. В случае полного ограждения дуги от окружающего пространства она становится закрытой. Примером такой дуги является дуга под флюсом. Ее атмосфера состоит только из паров электродов и ограждения — флюса. Циркуляция газовых потоков в такой дуге ограничена, излучение дуги в пространство не проникает. Возможны полузакрытые дуги и т. д.

7. Для дуг постоянного тока характерны неизменность направления тока и, как правило, небольшие колебания его силы, обусловливаемые процессами в дуге.

В дугах переменного тока происходят непрерывные изменения направления и силы тока в соответствии с изменениями э. д. с. источника и процессами в дуге. Такие дуги угасают каждый раз при переходе тока через нуль и возобновляются снова в начале каждого полупериода питающего их переменного тока.

Реальные сварочные дуги характеризуются одновременно несколькими перечисленными особенностями.

Для примера на сравним дуги с плавящимися электродами в аргоне и углекислом газе и их типичную осциллограмму. На концах электродов при фотграфировании видны капли, меняющиеся, как показывают наблюдения, в объеме и по положению в пространстве. Периодически они перекрывают весь разрядный промежуток, вызывая короткое замыкание электродов и устранение разряда. При этом напряжение падает почти до нуля, а ток растет по законам, определяемым свойствами электрической цепи. Частота коротких замыканий и их длительность не постоянны После замыканий снова возбуждается дуга и т. д.

Получается, что сварочная дуга с плавящимися электродами является неустановившейся дугой как по длине разрядного промежутка, так по режиму питания и положению в пространстве. В рассматриваемом случае она, возможно, несколько сжата струями защитных газов и содержит в своем составе некоторую часть паров электродов и т. д. Естественно, что изучение таких дуг весьма затруднительно. При их описании и, тем более, изложении теории неизбежна некоторая схематизация и идеализация процессов и условий существования разряда.

Copyright. При любом цитировании материалов Cайта, включая сообщения из форумов, прямая активная ссылка на портал weldzone.info обязательна.

Сварочная дуга: все, что вы хотели знать

Уже более полувека сварка является одним из важнейших ремесел для человека. Благодаря сварочному аппарату строятся космические корабли, функционируют заводы, и для многих умельцев сварка превратилась в хобби. Но даже самый технологичный сварочный аппарат не принесет желаемого результата без стабильной сварочной электрической дуги и ее качественных характеристик.

Электрическая сварочная дуга позволяет надежно сварить даже самые сложные конструкции из металла. Чтобы получить качественные сварные швы нужно учесть все ее характеристики, знать особенности и строение дуги. Дополнительно важно учитывать температуру и напряжение дуги при ручной дуговой сварке. Из этой статьи вы узнаете, что такое сварочная дуга и сущность протекающих в ней процессов, научитесь применять полученные знания на практике.

Содержание статьи

  • Сварочная дуга: определение
  • Суть и строение дуги
  • Виды сварочной дуги
  • При каких условиях горит дуга
  • Особенности дуги
  • Вместо заключения

Сварочная дуга: определение

Итак, что такое сварочная дуга и каковы ее характеристики? Электроды, находящиеся под напряжением в смеси газов и паров, формируют мощный разряд. Что называется электрическим разрядом? Разряд — это результат прохождения электрического тока через газ. Ну а результат всего процесса в целом называют сварочной дугой. Сварочная дуга и ее свойства отличаются большой температурой и плотностью тока, поэтому дуга способна расплавить практически любой металл. Говоря более простыми словами, сварочная дуга является отличным проводником, преобразующим получаемую электрическую энергию в тепловую. За счет этой тепловой энергии и плавится металл.

Суть и строение дуги

Суть сварочной дуги крайне проста. Давайте разделим процесс на несколько пунктов:

  • Сначала электрический ток проходит через катодную и анодную область и проникает в газовую среду. Формируется электрический разряд с сильным свечением.
  • Образуется дуга. Температура сварочной дуги может доходить до 10 тысяч градусов по Цельсию, а этого достаточно, чтобы расплавить практически любой материал.
  • Затем ток с дуги переходит на свариваемый металл. Вот и все ее характеристики.

Свечение и температура разряда настолько сильны, что могут нанести ожоги и лишить сварщика зрения. Поэтому мастера используют сварочные маски, защитные перчатки и костюм. Ни в коем случае не занимайтесь сваркой без надлежащей защиты.

Строение сварочной дуги представлено на картинке ниже.

В области катода и анода во время горения дуги образуются пятна, где температура достигает своего предела. Именно через анодные и катодные области проходит электрический ток, при этом в этих областях напряжение значительно падает, а на столбе напряжения сварочной дуги сохраняется, поскольку столб располагается между анодом и катодом. Многие новички спрашивают, как измерить длину дуги. Достаточно посмотреть на катодную и анодную область, а также на сварочный столб. Их совокупность и называется длинной сварочной дуги. Средняя длина составляет 5 миллиметров. В этом случае температура получаемой тепловой энергии оптимальна и позволяет выполнить большинство сварочных работ. Теперь, когда мы узнали, что сварочная дуга представляет собой, обратимся к разновидностям.

Виды сварочной дуги

Сварочная дуга и ее характеристики могут отличаться по прямому и косвенному действию сварочного тока, а также по атмосфере, в которой они формируются. Давайте разберем эту тему подробнее.

Прямое действие сварочной дуги характеризуется особым направлением тока. Электрод располагается почти параллельно свариваемой поверхности и при этом дуга формируется под углом в 90 градусов. Электрическая сварочная дуга и ее характеристики могут быть и косвенного действия. Она может формироваться лишь с использованием двух электродов, расположенным под углом над поверхностью свариваемой детали. Здесь так же возникает сварочная дуга и металл плавится. Как мы писали выше, сварочные дуги также делятся по атмосфере, в которой формируются. Вот их краткая классификация:

  • Открытая среда. В открытой среде (атмосфере) дуга формируется за счет кислорода из воздуха. Вокруг нее образуется газ, содержащий пары свариваемого металла, выбранного электрода и его покрытия. Это самая распространенная среда при дуговой сварке.
  • Закрытая среда. В закрытой среде дуга горит под толстым слоем защитного флюса при этом так же формируется газ, но содержащий не только пары металла и электрода, а еще и пары флюса.
  • Газовая среда. Дугу поджигают и подают один из видов сжатого газа (это может быть гелий или водород). Дополнительная подача сжатого газа также защищает свариваемые детали от окисления, газы формируют нейтральную среду. Здесь, как и в остальных случаях, формируется газ, который содержит пары металла, электрода и сжатый газ, который сварщик дополнительно подает во время горения дуги.

Еще сварочные дуги могут быть стационарными и импульсными. Стационарные используют для долгой кропотливой работы без необходимости частого перемещения дуги. А импульсную используют для быстрой однократной работы.

Также сварочная дуга и ее характеристики могут косвенно классифицироваться по виду используемого в работе электрода (например, угольного или вольфрамового, плавящегося и неплавящегося). Опытные сварщики чаще всего используют неплавящийся электрод, чтобы лучше контролировать качество получаемого сварного соединения. Как видите, процесс сварки простой сварочной дугой может иметь множество особенностей, и их нужно учитывать в своей работе.

При каких условиях горит дуга

В обычном цеху или в вашем гараже средняя температура составляет 20 градусов по Цельсию, а давление не превышает одной атмосферы. В таких условиях газ практически не способен проводить электрический ток и тем самым формировать дугу. Для решения этой проблемы нужно добавить ионы в образующиеся газы. Вот что называют ионизацией профессиональные мастера.

Также в катодной области нужно постоянно поддерживать постоянную температуру. Это необходимо, чтобы дуга возникла и поддерживала горение. Но поскольку именно в области катода и анода температура может снижаться быстрее, у многих новичков возникает масса проблем. Кроме того, температура области катода может сильно варьироваться в зависимости от температуры в помещении, где проходит сварочный процесс. Проблем можно избежать, если следить за исправностью источника питания и стабильностью подачи электричества (особенно важный момент для домашних сварщиков с нестабильным напряжением в бытовой электросети). Все это оказывает большое влияние на свойства сварочной дуги и сущность протекающих в ней процессов.

Особенности дуги

Сварочная дуга и ее характеристики обладают рядом особенностей, которые нужно учитывать в своей работе:

  • Как мы неоднократно говорили, у дуги очень высокая температура. Она достигается за счет большой плотности электрического тока (плотность может достигать тысячи ампер на квадратный сантиметр). По этой причине важно правильно настроить аппарат и быть осторожным при сварке тонких металлов.
  • Электрическое поле неравномерно распределяется между электродами, если их используется две штуки. При этом в сварочном столбе напряжение практически не меняется, а вот в катодной области это напряжение заметно снижается, что может привести к ухудшению качества шва.
  • В сварочном столбе, в свою очередь, наблюдается самый высокий показатель температуры, чего нельзя сказать о других частях дуги. Учтите, что если вам необходимо увеличить длину дуги, то вы скорее всего потеряете часть этой температуры. Этот показатель особенно важен при сварке металлов с высокой температурой плавления.

Еще с помощью выбора плотности тока можно регулировать падение напряжения сварочной дуги. Чем выше плотность тока, тем выше вероятность, что напряжение сварочной дуги упадет. Но бывают случаи, когда от нарастающей силы тока напряжение сварочной дуги увеличивается. Чтобы контролировать этот процесс понадобится некоторый опыт. Не бойтесь экспериментировать, если вам позволяет работа. Это были основные свойства сварочной дуги, на которые следует обратить внимание.

Вместо заключения

Теперь вы знаете все о сварочной дуге и ее свойствах, а также знаете  ее характеристики. Опытные сварщики могут в комментариях поделиться своим пониманием, что из себя представляет сварочная дуга и сущность протекающих в ней процессов. Это будет особенно полезно для начинающих сварщиков.

Кратко резюмируя, сварочная дуга состоит из сварочного столба, анодных и катодных областей. Именно в этих областях проходит ток. В результате формируется электрический разряд. Образуется дуга и преобразовывает полученный ток в тепло, температура может достигать 10 тысяч градусов по Цельсию!
Саму дугу можно зажечь с помощью двух методов: чирканья и постукивания. Новички предпочитают метод постукивания, но мы рекомендуем освоить и метод чирканья, поскольку это улучшит ваши профессиональные навыки и предотвратит от залипания электродов. Желаем удачи!

Сварочная дуга — Cварочные работы

Сварочная дуга

Условия горения дуги. Газы и пары при обычных температуре и давлении не проводят электрический ток. Электропроводными они становятся при наличии в них частиц, несущих электрические заряды (положительные и отрицательные). В обычном состоянии в воздухе имеется только незначительное число ионов и электронов. В отличие от воздуха в металлах всегда есть некоторое число свободных электронов, переносящих электрическую энергию и делающих их электропроводными

Сварочная дуга представляет собой мощный и длительный электрический разряд в газовой среде между электродом и свариваемым изделием (между двумя электродами), сопровождающийся выделением большого количества тепла и световым излучением. Для возникновения электрического разряда газовый промежуток между электродом и свариваемым изделием должен быть ионизирован. В результате ионизации в газе возникают свободные носители заряда и газ становится электропроводным. Процесс ионизации воздушного промежутка протекает следующим образом.

Сварочная дуга возбуждается при касании концом электрода свариваемого изделия и последующем отрыве электрода от изделия. Вследствие большого омического сопротивления в месте контакта свариваемое изделие и промежуток между ними сильно разогреваются. В металле электрода имеются отрицательно заряженные свободные электроны, а в свариваемом металле — положительно заряженные ионы. Под действием нагрева (термоэлектронная эмиссия), энергии излучаемого света (фотоэлектронная эмиссия), электрического поля, появляющегося при соединении электрода с источником электрического тока (автоэлектронная эмиссия), притяжения положительно заряженных ионов свариваемого металла электроны с конца электрода устремляются к свариваемому изделию. В воздушном промежутке электроны, сталкиваясь с атомами и молекулами воздуха и паров металла, выбивают из них электроны, образуя ионы и свободные электроны. Воздух между электродом и свариваемым изделием становится проводником электрического тока, т. е. ионизируется. В результате удара кинетическая энергия электронов и ионов превращается в тепловую и поддерживает высокую температуру электрода и свариваемого изделия. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока горит дуга.

Возбуждение дуги и перенос металла. При касании электрода и свариваемого изделия происходит короткое замыкание сварочной цепи. Вследствие того, что электрод и свариваемое изделие не имеют идеально ровных поверхностей, они соприкасаются отдельными выступами. Благодаря высокой плотности тока в этом месте выделяется большое количество тепла и выступы плавятся, образуя тонкую прослойку жидкого металла. Последующий отвод электрода от изделия способствует образованию в жидком металле шейки. Плотность тока и температура еще более возрастают. Расплавленный металл шейки испаряется, она разрывается, образуя сварочную дугу.

Под действием сварочной дуга электрод плавится, расплавленный металл стекает в сварочную ванну в виде капель. При ручной сварке покрытыми электродами в сварочную ванну переносится 90% электродного металла, 10% уходит на брызги и пары. Электрод длиной 450 мм расплавляется в течение 1,5—2 мин. В секунду с электрода переносится 20—50 капель металла. Чем больше сварочный ток и чем толще электродное покрытие, тем больше металла переносится в виде потока мелких’ капель. У электродов с тонким покрытием, а также при сварке на ‘малых токах перенос металла крупнокапельный.

Строение, свойства и виды сварочной дуги. Электрод, присоединенный к положительному полюсу источника питания сварочной дуги, называют анодом, а к отрицательному полюсу — катодом. При сварке на постоянном токе катодам может быть свариваемое изделие и электрод, т. е. сварочная дуга может иметь прямую и обратную полярность. При прямой полярности электрод соединен с минусом, а свариваемое изделие — с плюсом источника питания дуги. При обратной полярности это соединение выполнено наоборот. С помощью сварочной дуги обратной полярности уменьшают выделение тепла на свариваемом изделии (тонколистовой и легкоплавкий металл; легированные стали, чувствительные к перегреву) .

Сварочная дуга (рис. 9) состоит из катодной, анодной областей и столба дуги. Катодная область расположена у катода и является источником электронов, ионизирующих дуговой промежуток. Предполагают, что длина катодной области равна длине свободного пробега электрона в газе. Анодная область расположена у анода и концентрирует электроны. Пространство, ограниченное катодной и анодной областями, называется столбом дуги. Столб дуги нейтрален — суммы зарядов отрицательных и положительных частиц равны. Температура катодной области достигает 3200°С, а анодной — 3400°С. Разница температур обусловлена тем, что катодом выбрасывается больше заряженных частиц, которые сильно бомбардируют анод, в результате чего выделяется большое количество тепла. В столбе дуги температура колеблется в пределах 5000—8000 °С. При сварке на постоянном токе на аноде выделяется 43% тепла сварочной дуги, на катоде — 36%, в столбе дуги — 21%. Длина дуги равна расстоянию между торцом электрода и поверхностью расплавленного металла. У покрытых электродов 0 4—5 мм длина устойчиво горящей нормальной дуги составляет 5—6 мм. Такая дуга считается короткой. Дуга длиной более 6 мм называется длинной. Горит она неустойчиво, металл электрода плавится неравномерно, капли металла больше подвергаются воздействию кислорода и азота воздуха, наплавленный металл пористый с неровной поверхностью.

Рис. 9. Схема сварочной дуги
1,3 — анодное и катодное пятна; 2, 4 — анодная и катодная области; 5 — столб дуги

Под действием тепла дуги металл свариваемого изделия расплавляется на определенную глубину, которая называется глубиной проплавления или проваром, а жидкий расплавленный металл — сварочной ванной. Давление газов сварочной дуги отбрасывает расплавленный металл со дна ванны на боковую ее поверхность. При этом образуется углубление — кратер. В конце сварки необходимо с помощью специальных технологических приемов заделать кратер, так как в нем, как правило, обнаруживаются усадочные рыхлости, часто переходящие в трещины.

Сварочные дуги подразделяются на прямые, косвенные и комбинированные. Прямой считается дуга, которая горит между электродом и свариваемым изделием. Дугу, горящую между двумя электродами над свариваемым изделием, называют косвенной. Комбинированная сочетает в себе прямую и косвенную дуги.

Дуга переменного и постоянного тока. Сварочная дуга может питаться постоянным и переменным током. В первом и во втором случаях имеются свои преимущества и недостатки.

При сварке дугой переменного тока промышленной оягтоты катодные и анодные пятна меняются местами 100 раз в 1 с. В процессе перехода тока через нулевое -значение и при изменении полярности в начале и конце каждого полупериода дуга гаснет, что приводит к снижению температуры дугового промежутка. Одновременно с этим падает температура активных пятен, и особенно на активном пятне сварочной ванны следствие отвода тепла в изделие. Повысить устойчивость горения дуги переменного тока можно увеличением частоты его с помощью специальных генераторов и осцилляторов Кроме того, для повышения устойчивости горения дуги -в покрытие электродов вводят элементы с низким потенциалом ионизации (калий, натрий, кальций), которые облегчают возбуждение дуги.

Дуга постоянного тока горит значительно устойчивее. Однако она имеет существенный недостаток — магнитное дутье. Сварочную дугу можно рассматривать как газовый проводник электрического тока, который под действием электромагнитных сил может отклониться от своего нормального положения. Ток, проходя но сварочным проводам, электроду и дуге, создает вокруг дуги и в свариваемом металле магнитные поля. Когда эти поля расположены несимметрично относительно оси дуги, они могут отклонять дугу как гибкий проводник тока. А это затрудняет сварку и даже может привести к обрыву дуги. При сварке на переменном токе явление магнитного дутья значительно слабее. К преимуществам источников переменого тока можно отнести меньшую их стоимость и простоту в эксплуатации.

Меры борьбы с магнитным дутьем. Сила магнитного поля при сварке пропорциональна квадрату тока. Вследствие этого магнитное дутье особенно заметно при сварке на больших токах (300—400А). Однако причиной образования магнитного дутья служит только неравномерное расположение магнитного поля относительно сварочной дуги. Распределение магнитного поля в сварочном контуре зависит от места подвода тока к свариваемому изделию, его конфигурации и наличия зазоров в свариваемом стыке (рис. 10).

В случае присоединения обратного провода сварочной цепи в непосредственной близости от места сварки появление магнитного дутья исключается, так как образуется симметричное магнитное поле. При удалении места присоединения от места сварки образуется несимметричное магнитное поле. Важным фактором образования несимметричного магнитного поля являются большие ферромагнитные массы, расположенные рядом со сварочной ванной (массивные металлические изделия). Массивные ферромагнитные изделия имеют большую магнитную проницаемость по сравнению с воздухом и поэтому магнитные силовые линии устремляются в среду с меньшим сопротивлением, отклоняя при этом сварочную дугу.

Рис. 10. Места подвода тока относительно сварочной дуги
а — ток подведен к изделию слева от дуги; 6 — ось подведенного тока совпадает с осью сварочной дуги; в — ток подведен к изделию справа от дуги

Ослабить действие магнитных полей можно, изменив, угол наклона электрода таким образом, чтобы нижний конец электрода был направлен в сторону действия магнитного дутья, или применяя сварку короткой дугой, так как чем короче дуга, тем меньше возможность ее отклонения.

Статическая вольт-амперная характеристика дуги.

Для горения дуги на электроде и свариваемом изделии должно поддерживаться напряжение (напряжение на дуге), которое прямо пропорционально длине дуги. Напряжение на дуге равно сумме падений напряжения в катодной, анодной областях и столбе дуги. Для возбуждения дуги необходимо более высокое напряжение по сравнению с напряжением, установившимся в процессе сварки. Это требуется для ионизации воздушного промежутка, который еще недостаточно нагрет, и для придания электронам большой скорости.

Для обеспечения устойчивого горения дуги ток и напряжение ее должны находиться в определенной зависимости, называемой статической вольт-амперной характеристикой (рис. 11).

Повышение силы тока в дуге до 100А вызывает резко? увеличение площади сечения столба дуги, что при-чнт ‘К возрастанию его электропроводности и уменьшению напряжения. В этом случае характеристика дуги нязпвается падающей. При дальнейшем повышении си-лы тока до 1000А площадь сечения столба дуги увеличивается пропорционально силе тока, поэтому плотность

Рис. 11. Статическая вольт-амперная характеристика дуги

его и падение напряжения на всех участках столба дуги сохраняются постоянными. Такая характеристика именуется жесткой. Повышение силы тока в дуге свыше 1000А приводит к резкому возрастанию напряжения: увеличение плотности тока выше определенного значения уже не может увеличить сечение столба дуги. Поэтому напряжение на дуге повышается. Характеристику называют возрастающей.

Сварочная дуга —это мощный и длительный разряд электричества в газовой среде, сопровождающийся выделением большого количества тепла и световым излучением. При нормальной температуре и давлении газы, в том числе и воздух, не проводят электрический ток. Сварочная дуга возбуждается при соприкасании электрода с изделием. Большое омическое сопротивление приводит к тому, что электрод и воздушный промежуток, в месте контакта сильно нагреваются. Под действием тепла электроны из электрода (или свариваемого изделия), присоединенного к отрицательному полюсу источника питания, вырываются в воздушный промежуток, где сталкиваясь с атомами и молекулами воздуха, выбивают из них электроны и образует ионы и свободные электроны. Воздух между электродом и свариваемым изделием становится проводником электричества. Этот процесс продолжается до тех пор пока горит дуга. Электрод (свариваемое изделие), присоединенный к положительному полюсу источника питания сварочной дуги, называют анодом, а к отрицательному полюсу—катодом. Поверхность катода, из которой вылетают электроны, называют катодным пятном. При сварке на постоянном токе катодом может быть как электрод, так и свариваемое изделие. Сварочная дуга в данном случае может быть прямой и обратной полярности. При прямой полярности электрод присоединен к «минусу», а свариваемое изделие — к «плюсу» источника питания. При обратной полярности — наоборот. Сварочный ток обратной полярности применяют, когда нужно уменьшить выделение тепла на свариваемом изделии или при использовании электродов некоторых марок. На аноде выделяется 43% тепла, на катоде — 36%, в столбе дуги —21%.

Рис. 8. Схема строения сварочной дуги

рис. 9. Статическая вольт-амперная характеристика дуги

Сварочная дуга (рис. 8) состоит из катодной и анодной областей, столба дуги. Катодной областью называют пространство, расположенное у катода, анодной— у анода. Пространство между катодной и анодной областями называется столбом дуги. Расстояние между конечной точкой электрода и нижней точкой поверхности расплавленного металла свариваемого изделия составляет длину дуги. Дуга бывает короткая (3—6 мм) и длинная (более 6 мм). Плавление электрода при длинной дуге протекает неравномерно, увеличивается разбрызгивание, понижается производительность, капли расплавленного металла более подвержены окислению, дуга горит неустойчиво. На свариваемом изделии в ванне расплавленного металла под действием струи газов дуги образуется углубление, называемое кратером. Под действием тепла дуги металл свариваемого изделия расплавляется на определенную глубину, которая называется глубиной проплавления или проваром, а жидкий расплавленный металл — сварочной ванной.

Сварочная дуга может питаться переменным и постоянным током. При сварке на переменном токе промышленной частоты катодные и анодные пятна меняются местами 100 раз в 1 с. В процессе перехода тока через нулевое значение и при изменении полярности в начале и конце каждого полупериода дуга гаснет, что приводит к снижению температуры дугового промежутка. Одновременно с этим падает температура активных пятен, и особенно пятна сварочной ванны вследствие отвода тепла в изделие. Все это приводит к неустойчивому горению дуги. Дуга постоянного тока горит значительно устойчивее. Однако она имеет свой недостаток— магнитное дутье. Ток, проходя по сварочным проводам, электроду и дуге создает вокруг дуги и в свариваемом металле магнитные поля. Когда эти поля расположены несимметрично относительно оси дуги, они могут отклонять дугу как гибкий проводник тока, что не только затрудняет сварку, но и может привести к обрыву дуги. Распределение магнитного поля в сварочном контуре зависит также от места присоединения обратного провода сварочной цепи к свариваемому изделию, от конфигурации изделия и наличия зазоров в свариваемом стыке. Присоединение обратного провода в непосредственной близости от места сварки исключает появление магнитного дутья. Образование несимметричных магнитных полей вызывают большие ферромагнитные массы (массивные металлические изделия), расположенные рядом со сварочной ванной. Ослабить действие магнитных полей можно путем изменения наклона электрода таким образом, чтобы нижний конец электрода был направлен в сторону действия магнитного дутья, или применяя сварку короткой дугой, имеющий меньшую возможность для отклонения.

Для обеспечения устойчивого горения дуги ток и напряжение должны находиться в определенной зависимости, называемой статической вольт-амперной характеристикой дуги (рис. 9). Увеличение тока в дуге до 100 А вызывает резкое увеличение площади сечения столба дуги, что приводит к увеличению его электропроводности и уменьшению напряжения. Такую форму характеристики дуги называют падающей. При увеличении тока от 100 до 1000 А площадь сечения столба дуги увеличивается пропорционально току, поэтому плотность тока и падение напряжения на всех участках столба дуги сохраняются постоянными. Характеристику тогда называют жесткой. Значение тока в дуге свыше 1000 А приводит к резкому увеличению напряжения: повышение тока выше определенного значения уже не может увеличить сечение столба дуги. Поэтому напряжение на дуге растет. Характеристика называется возрастающей.

Читать далее:
Сварочные флюсы
Сварочные электроды
Общие сведения о сварке арматуры
Противопожарные мероприятия при сварке
Безопасность труда при сварке технологических трубопроводов
Безопасность труда при сварке строительных металлических и железобетонных конструкций
Защита от поражения электрическим током при сварке
Техника безопасности и производственная санитария при сварке
Управление качеством сварки
Статистический метод контроля


Что такое сварочная дуга: определение, строение, свойства, длина, температура и мощность, какие зоны называются анодным и катодным пятнами, кто ее изобрел?

Без сварочных работ невозможно представить себе возведение мостовых сооружений, решение производственных задач во многих отраслях промышленности. Чтобы ответить на вопрос, что такое сварочная дуга надо углубиться в описание физических процессов, происходящих в газовой среде между разноименно заряженными полюсами.

Электрическая дуга преобразует энергию вырабатываемого тока в тепло, мгновенно создается температурный режим, при котором плавятся все известные науки металлы.

Краткое описание и история изобретения

Какая дуга называется сварочной? Это субстанция, несущая в себе мощь электрического разряда, протекающего среди паров плавящегося металла и присадок. Она обладает индивидуальными особенностями:

  • образование характеризуется большими выделениями тепла — температура достигает 6 тыс. градусов,
  • при этом выделяется мощный световой поток, поэтому сварщику необходимо специальное снаряжение для защиты лица и органов зрения, плотная одежда и рукавицы,
  • это отличный проводник тока высокой силы, поэтому представляет опасность для человека,
  • лучший способ надежного соединения металлических конструкций разной сложности.

О первенстве в том кто ее изобрел и в первичном описании физического явления до сих пор идут споры среди ученых мужей — официально первооткрывателем считается британский химик, физик и геолог сэр Гемфри Дэви, описавший в 1808 году дугу электрического разряда. Русский ученый-изобретатель, профессор физики из медико-хирургической академии Санкт-Петербурга В. В. Петров открыл аналогичное явление и подробно его описал на 6 лет раньше англичанина.

Типы разрядов

Существуют несколько видов аналогичных разрядов:

  1. Тлеющий. Образуется при низком давлении, используется в люминесцентных источниках света.
  2. Искрового типа. Характеризуется прерывистой формой, возникает при нормальном давлении: например, разряды молнии или искрение свечи зажигания в двигателях.
  3. Не прерывистой формы электрическая дуга, возникающая при атмосферном давлении. Применяется для освещения или электродуговой сварки металлов.
  4. Коронный — самый интересный из всех видов, появляется в неоднородном поле, когда один из электродов во много раз больше другого. Применяется в промышленности для очистки используемых газов от посторонних вкраплений пыли.

Все разряды крайне опасны для живых организмов — при работе с ними надо строго выполнять правила безопасности.

Природа явления

Сварочной дугой называют электрический разряд, имеющий большую мощность и время воздействия, он возникает между разноименными полюсами, расположенными в смеси газов, при подаче на них напряжения. Она характеризуется ярким световым потоком, большой температурой, способной расплавлять металлы для их надежного соединения.

Важно! Электрод играет роль катода, а металлические заготовки — имеют противоположный заряд, поэтому между ними возникает электрический разряд.

Чтобы световой поток не обжигал кожу и сетчатку глаз, применяется спецснаряжение для защиты исполнителя.

Строение

Какие зоны называются катодным и анодным пятнами? Катодное пятно — это источник электронов, разогревающийся до высокой температуры, чем обеспечивается плавление металлов. Здесь сосредоточено до 38% общей тепловой энергии, а также теряется 12—18 V напряжения.

Анодное пятно — характеризуется температурой до 26000C и выделением до 42% тепловой энергии. Потери напряжения до 11 V, из-за постоянной атаки электронов оно имеет форму кратера.

Столб дуги — это нейтральный участок, в нем содержится около 20% от общего тепла и максимальная температура, потери напряжения не более 12 V.

Благоприятная длина столба до 6 мм, при этом размере температура дуги устойчивая, что благотворно сказывается на прочности шва.

При ручной сварке или в механизированной среде плавящимися электродами в защитном газе и использовании источника постоянного тока, пользуются методом обратной и прямой полярности, например, при соединении толстостенных деталей, анод подключают к ним, чтобы обеспечить максимум тепла, а также достаточную глубину проварки.

Виды

  • прямого воздействия, устойчиво горит между соединяемыми деталями и электродом,
  • непрямого действия — ее создают два электрода, а конструкция, предназначенная к соединению воедино, не задействована в общей цепи,
  • трехфазный вариант — к каждому участнику процесса подключается одна фаза,
  • плазменная — столб сжимается защитными газами.

Для создания дуги при использовании трансформатора, надо прикоснуться электродом к соединяемым заготовкам, но современное оборудование для сварочных работ позволяет активировать дугу бесконтактным методом, для этого применяется осциллятор.

Классификация

Электрическая дуга имеет различные виды, что напрямую зависит от типа производимой сварки и среды, где она выполняется.

  1. Открытого типа. Сварка выполняется на открытом пространстве без применения газа, участвуют только пары плавящегося металла, обмазки электрода, а также молекулы воздуха.
  2. Закрытый вид. Для этого используется флюс, который защищает место сварки от воздействия окружающей среды.
  3. Дуговая сварка плавящимся электродом в защитном газе. Сварочные работы производятся при использовании инертного газа, подающегося под большим давлением.

Кроме этого, используется классификация по параметрам:

  1. ток,
  2. длительность горения,
  3. какие используются электроды,
  4. принцип работы.

Момент возникновения

Образование электрической дуги при сварке — это результат короткого замыкания между разноименными полюсами: от большой температуры металл начинает плавиться, появляется его полоска между соединяемыми деталями.

Затем вытягивается шейка длиною около 5 мм, нагрев поднимается до максимума, происходит ионизация молекул столба воздуха, которая необходима для стабилизации горения дуги, а сварная дуга прочно соединяет конструкции. Опытные сварщики постоянно удерживают электрод на одном расстоянии от поверхности заготовок. поэтому в результате шов получается ровный, без наплывов.

Условия горения

Газообразные субстанции отличаются одной особенностью — при обычных условиях они не могут проводить ток, потому что их молекулы в этот момент нейтральны. Требуется ионизация, чтобы в зоне соединения появился электрический импульс.Второе условие — нужно постоянно поддерживать температуру катода на одном уровне, важную роль играет и аналогичное состояние окружающего воздуха.

Возникшая дуга должна устойчиво гореть, на это влияет сила тока — чем она мощнее, тем выше температура создается в зоне сварки, вплоть до максимума. Когда исполнитель соблюдает оговоренные условия, то с помощью сварки можно расплавить любой металл. Немаловажное значение имеет источник питания, ведь от устойчивой работы аппарата зависит качество сварного соединения.

В. А. Савченко, образование: Институт профессионального обучения промышленной безопасности, электрогазосварщик 5 разряда, опыт работы с 1999 года: «Опытный сварщик чувствует малейшее увеличение столба дуги, но это возможно только после многолетней профессиональной деятельности».

Особенности

Это физическое явление имеет индивидуальные отличия:

  1. В столбе плотность достигает 10—20 А/мм2.
  2. Электрическое поле распределено неравномерно — малые величины в середине столба и огромные ближе к периферии.
  3. Из-за ее свойств в виде большой плотности газов в дуге концентрируется высокая температура, чем меньше длина столба, тем быстрее она достигает максимума.
  4. С помощью регулировки длины дуги получают и различия вольт-амперных характеристик.

Сварка заслуженно признается надежным способом соединения различных конструкций, не имеющей альтернативы. Она используется во всех сферах промышленности, но для получения высокого качества соединений нужно учитывать все параметры, влияющие на прочность и пластичность шва.

Чем определяется мощность?

Этот параметр зависит от множества причин: основа — длина столба, затем идет мощность и высокой силы ток, подающийся на электрод. При удлинении дуга не затухает, на мощность влияет только толщина столба, а также его плотность.

Продолжительность

На практике чаще всего используется непрерывный режим, а импульсный — во время выполнения контактной сварки, когда соединение происходит не сплошным швом, а только в специально рассчитанных точках. Герметичность в таком режиме не обеспечивается, но соединение тонкостенных корпусов выполняется прочно.

Чтобы получить герметическое соединение, электродом становится ролик, передвигающийся по кромке свариваемого изделия. Импульс подается с малым промежутком, поэтому зоны оплавления металла частично перекрываются — в результате получается сплошной шов. Такая методика выполняется при автоматическом соединении трубопроводов.

Температурные зоны

Центральная часть столба дуги при любом варианте сварки имеет высокие температурные значения, а рядом с катодом или анодом она составляет только 60—70% от всей тепловой энергии. При подключении переменного тока полярность отсутствует, потому что расположение полюсов меняется с интервалом 50—60 колебаний за секунду.

Сварочная дуга при таком режиме обладает намного меньшей устойчивостью, а температура её постоянно изменяется. Из преимуществ такого процесса соединения металлов отмечается простое и недорогое оборудование, а также полное отсутствие области негативного явления, называемого магнитное дутье.

Вольт-амперная характеристика

Известны три таких аналога внешних источников питания:

  • падающая, когда напряжение снижается, а сила и плотность тока растет,
  • жесткая — величина напряжения не зависит от силы тока,
  • возрастающая, напряжение возрастает вместе с силой тока.

На графике хорошо видны красного цвета диаграмма, отображающая падение напряжения при образовании дуги, а далее во время устойчивого горения. Начинаются кривые от точки, которая указывает холостой ход трансформатора (около 50 V). В момент образования сварочной дуги напряжение довольно резко падает, но потом стабилизируется и становится постоянной величиной.

Инвертор для сварочных работ

Коротко отметим, что отличие инвертора от других аппаратов для сварки заключается в следующем:

  • Потребляет в два раза меньше электроэнергии.
  • Параметры тока позволяют быстрое образование дуги.
  • Стабильность горения во время проведения сварки.
  • Это сложная конструкция, способная изменять силу тока для максимальной стабильности дуги.
  • Он преобразует переменный ток в постоянный, но уже с большей частотой и наоборот.
  • У изделия имеется встроенный понижающий трансформатор.

Последняя фаза заключается в направлении постоянного тока высокой частоты к выпрямителю и далее на электрод.

Выводы

Мы выяснили природу возникновения электрической дуги, ее технические характеристики, классификацию, а также основные параметры. Для начинающего сварщика всё вышеописанное — это аксиома, чем больше теоретических знаний, тем быстрее молодой исполнитель научится правильно соединять различные металлы, приобретет необходимый опыт.

Загрузка…

Урок «Сварочная дуга» — Профессиональное образование — В помощь учителю — Наша библиотека

Сварочная дуга

Задорожная Валентина Алексеевна
преподаватель сварочного дела, сельскохозяйственный колледж,
с Катарколь. Бурабайского района, Акмолинской области.

Предмет «Ручная дуговая сварка»
урок с использованием ИКТ

Цели урока :
1. Образовательные:
1.1. Способствовать формированию представления о сварочной дуге, о протекающих в ней процессов
2. Развивающие:
2.1. Способствовать формированию и развитию познавательного интереса учащихся к предмету.
2.2. Способствовать развитию речи учащихся .
2.3.Способствовать овладению учащимися всеми видами памяти.
3 Воспитательные:
3.1. Способствовать формированию и развитию эстетических, экологических, экономических качеств личности.
Методы обучения: лекция с элементами беседы, иллюстративно- демонстрационная презентация.
Оборудование: интерактивная доска,презентация, рабочая тетрадь, тестовые задания
Межрпедметные связи: Основы сварочного производства, Материаловедение.

Ход урока
I.Организационный момент
— приветствие;
— проверка явки учащихся;
— заполнение учителем классного журнала;
— проверка готовности учащихся к уроку;
— настрой учащихся на работу;
— доведение до учащихся цели урока.

II. Изучение нового материала:

И всюду, сварщик, есть твой труд!
Заслуженно
Гордишься ты профессией своей
И, если надо, не считаясь с отдыхом,
Творишь ты мир и счастье для людей
Горячим сердцем, сварки жарким
сполохом!

Р. Цепнев
Состояние любого вещества характеризуется взаимосвязью молекул и атомов. Различают три основных состояния: твердое, жидкое и газообразное. В каждом случае расстояние между молекулами будет различным. В твердом и жидком состояниях расстояния между молекулами очень малы, этим объясняется малая сжимаемость этих веществ и общее их название – «конденсированное состояние». В газах расстояние между молекулами значительно больше, поэтому они могут сравнительно легко сжиматься под воздействием внешнего давления. Этим объясняется различие в электропроводности газов и веществ, находящихся в конденсированном состоянии. В твердых и жидких веществах крайние электроны, далеко отстоящие от ядра своих атомов, легко теряют связь с ядром и свободно перемещаются по веществу. Такие свободные электроны называются электронами проводимости и являются носителями тока в проводнике. В газах электроны притягиваются только к своим ядрам, поэтому при обычных условиях газы ток не проводят, но в электрической дуге газы ионизируются и приобретают электропроводность.
Сварочной дугой называют разряд электрического тока в газовой среде между находящимися под напряжением твердыми или жидкими проводниками (электродами), который является концентрированным источником теплоты и используется для расплавления металла при сварке.
Под электрическим разрядом понимают прохождение тока через газовую среду. Электрические заряды в сварочной дуге переносятся заряженными частицами – электронами, а также положительно и отрицательно заряженными ионами. Процесс, при котором в газе образуются положительные и отрицательные ионы, называется ионизацией, а такой газ – ионизированным. (Слайд 4 )
Зажигание дуги при сварке плавящимся электродом начинается с короткого замыкания электрода с основным металлом. Из-за шероховатости поверхности электродов касание при коротком замыкании происходит отдельными выступающими участками, которые мгновенно расплавляются под действием выделяющейся теплоты, образуя жидкую перемычку между основным металлом и электродом. При отводе электрода жидкая перемычка растягивается, сечение ее уменьшается, электрическое сопротивление и температура возрастают. Когда расплавленный металл перемычки достигает температуры кипения, пары металла легко ионизируются и возникает дуга. Возникновение дуги длится доли секунды.( Слайд 5-6 )

Элементы, обладающие малыми потенциалами ионизации и возбуждения, вводят в состав электродных покрытий, так как они способствуют устойчивому горению дуги. Это пер¬вое условие устойчивого горения дуги. Второе условие — напряжение холостого хода источника питания должно быть больше напряжения дуги.
Третье условие горения дуги — поддержание высокой температуры нагрева катода. Эта температура зависит от ма¬териала катода, состава газового промежутка между элект¬родами, диаметра электрода и температуры окружающей среды. ( Слайд 7-8)

Строение сварочной дуги.
В сварочной дуге дуговой промежуток разделяется на три основные области: анодную, катодную и столб дуги. В про¬цессе горения дуги на электроде и основном металле име¬ются активные пятна, представляющие собой более нагре¬тые участки электрода и основного металла, через которые проходит весь ток дуги. Активное пятно, находящееся на ка¬тоде, называется катодным, а пятно, находящееся на ано¬де, — анодным.
Общая длина сварочной дуги (рис. 2.2) равна сумме длин всех трех областей
Ld= Lk+ Lc+ La
где Ld— общая длина сварочной дуги, см; Lk— длина ка¬тодной области, равная примерно 10-5 см; Lc — длина столба дуги, см; La — длина анодной области, равная
примерно — 10—3 •10-4 см.
Общее напряжение сварочной дуги слагается из суммы падений напряжений в отдельных областях дуги Ud= Uk + Uc + Ua
где Ud- общее падение напряжения на дуге. В; Uk и Ua — падение напряжения в катодной и анодной областях. В;
Uc — падение напряжения в столбе дуги, В.
Электрическая дуга — концентрированный источник теплоты с очень высокой температурой. Температура стол¬ба дуги достигает 6000—7000°С, а температура катодного и анодного пятен стальных электродов — соответственно 3000 и 4000°С. ( Слайд 9)

Дуга переменного тока не имеет выраженной катодной и анодной областей, так как в течение одной секунды проис¬ходит многократное изменение направления тока и смена катода на анод и обратно. Падение напряжения дуги пере¬менного тока такое же, как дуги постоянного тока, и состав¬ляет 16—30 В. Устойчивость горения и зажигания дуги пе¬ременного тока хуже, чем дуги постоянного тока, так как в начале и конце каждого полупериода прохождения тока дуга угасает, падает температура активных пятен, и для зажига¬ния дуги вновь требуется повышенное напряжение. Для улучшения условий горения дуги переменного тока приме¬няют покрытия, способствующие повышенной ионизации. ( Слайд 9)
Большое значение при ручной дуговой сварке имеет длина дуги. При длинной дуге увеличивается возможность контак¬та столба дуги и расплавляемого металла с воздухом, кото¬рый вредно влияет на качество сварки, увеличивается на¬пряжение дуги. В зависимости от применяемых электродов устанавливают длину дуги, которую необходимо выдержи¬вать для получения качественного сварного шва.
Дуга, горящая между электродом и изделием на воздухе, называется свободной. Она состоит из трех зон:
катодной с катодным пятном, служащим для эмиссии (выхода) электронов;
анодной с анодным пятном, бомбардирующимся электронным потоком,
и столба дуги, который занимает промежуточное положение между катодной и анодной зонами. (Слайд 9)
Сварочные дуги классифицируются:
по схеме подвода сварочного тока – дуга прямого и косвенного действия; (Слайд 10-12)

по применяемым электродам – дуга с плавящимся электродом и с неплавящимся электродом; (Слайд 13)

по степени сжатия дуги – свободная и сжатая дуга; (Слайд 14)

по полярности постоянного тока – дуга на прямой полярности и дуга на обратной полярности; (Слайд 15)

по длине дуги- короткой, нормальной, длинной. Дугу называют «короткой», если длина ее составляет 2—4 мм. Длина «нормальной» дуги 4—6 мм. Дугу длиной более 6 мм называют «длинной». ( Слайд 16)

по виду статической вольтамперной характеристики – дуга с падающей, жесткой и возрастающей характеристикой . . Статическая вольт-амперная характеристика дуги в общем виде
( Слайд 17)

III. Закрепление. Контрольные вопросы: ( Слайд 18)
1. Назовите три основных состояния вещества и в чем их различие.
2. Почему газы в обычных условиях не проводят электрический ток?
3. Что называют сварочной дугой?
4. Чем переносятся электрические заряды в сварочной дуге?
5. Расскажите о зажигании дуги.
6. Расскажите о строении свободной дуги.
7. Расскажите о классификации сварочных дуг.
8. Какие дуги называются «короткими», «нормальными» и «длинными.
IV. Проверка знаний учащихся .
Тестовое задание по теме: Электрическая дуга
1 .Электрическая дуга — это:
а) устойчивый электрический заряд в газовой среде;
б) концентрированный источник теплоты;
в) все ответы верны.

2. Дуга горящая между электродом и изделием является дугой:
а) прямого действия;
б) косвенного действия;
в) трехфазной дугой

3. Дуга, возбуждаемая между двумя электродами, а также между каждым электродом и основным металлом называют дугой:
а) прямого действия;
б) косвенного;
в) трехфазной.

4. Дуга горит между двумя электродами, а свариваемое изделие не включено в сварочную цепь — это:
а) прямая;
б) косвенного;
в) трехфазная.

5. Последовательность расположения различимых зон дуги:
а) столб дуги, анодное пятно, катодное пятно;
б) катодное пятно, столб дуги, анодное пятно.

6. Расстояние от конца электрода до поверхности металла называется:
а) столб дуги;
б) длина дуги.

7. При сварке постоянным током прямой полярности, электрод является:
а) анадом
б) катодом
в) все ответы верны.

8. При сварке переменным током электрод является:
а) анадом
б) катодом
в) все ответы верны.

9. «Нормальная» длина дуги составляет:
а) 2-4 мм;
б) 4-6 мм;
в) 6 и более мм.

10. «Длинная» длина дуги составляет:
а) 2-4 мм;
б) 4-6 мм;
в) 6 и более мм.

Ответ: 1-в, 2-а, 3-в, 4-б, 5-б, 6-б, 7-б, 8-в, 9-б, 10-в.
V. Подведение итогов урока учителем
— сообщение учителя о достижении целей урока;
— объективная оценка результатов коллективного и индивидуального труда учащихся на
уроке;
—выставление отметок в классный журнал;
— сообщение о теме следующего урока.

Используемая литература:

1. В.А. Чебан « Сварочные работы» «Феникс» Ростов-на- Дону 2004г

2. Л.А. Колчанов «Сварочное производство». «Феникс» Ростов-на- Дону 2002г
3. А.А.Николаев, А.И.Герасименко «Электрогазосварщик» «Феникс» Ростов-на- Дону 2001г

4. Н.П.Сучкова « Сварочные работы»
5. Д.Н. Сарсенбаева « Сварка и резка металлов» «Фолиант» Астана 2008г
6. В.А. Лосев, Н.А. Юхин «Иллюстрированное пособие сварщика» «Соуэло» Москва 2006г

Экзаменационный билет №5

1. Сварочная дуга.

Электрической сварочной дугой называется долговременный мощный

электрический разряд в ионизированной среде между электродом и свариваемым

металлом.

Строение сварочной дуги

В сварочной дуге дуговой промежуток разделяется на три основные области: анодную, катодную и столб дуги. В процессе горения дуги на электроде и основном металле имеются активные пятна, представляющие собой более нагретые участки электрода и основного металла, через которые проходит весь ток дуги. Активное пятно находящееся на катоде, называется катодным, а пятно, находящееся на аноде, — анодным.  Электрическая дуга – концентрированный источник теплоты с очень высокой температурой. Температура столба дуги достигает 6000 — 7000˚С, а температура катодного и анодного пятен стальных электродов – соответственно 2400 и 2600˚С.  Дуга переменного тока не имеет выраженных катодной и анодной областей, так как в течение одной секунды происходят многократные изменения направления тока и смена катода на анод и обратно. Падение напряжения дуги переменного тока такое же, как дуги постоянного тока, и составляет 16 – 30В. Устойчивость горения и зажигания дуги переменного тока хуже, чем дуги постоянного тока, так как в начале и в конце каждого полупериода прохождения тока дуга угасает, падает температура активных пятен и для зажигания дуги вновь требуется повышенное напряжения. Для улучшения условий горения дуги переменного тока применяют покрытия, способствующие повышенной ионизации. Большое значение для 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.

2. Сварочный выпрямитель

Билет 3 Вопрос 2

3. Первая помощь при несчастном случае.

Экзаменационный билет № 6

1. Назначение и устройство баллонов.

Цвета баллонов.

Синий – кислород – Активный газ

Красный – пропан, бутан

Черный – углекислота

Белый – ацетилен

Зелёный – водород

Коричневый – гелий

Серый – аргон

1.Колпак

2.Запорный вентиль

3.Горловкина

4.Корпус

5.Днище

6.Башмак

2. Полуавтоматы. Устройство и назначение.

Полуавтоматическая сварка в углекислом газе

Полуавтоматическая сварка в углекислом газе (СО2) является основной и наиболее распространенной технологией сварки плавлением на предприятиях машиностроительной отрасли. Она является экономичной, обеспечивает достаточно высокое качество сварных швов, особенно при сварке низкоуглеродистых сталей, возможна в различных пространственных положениях, требует более низкой квалификации сварщика, чем ручная дуговая сварка.

Рисунок. Полуавтоматическая сварка, схема процесса

Защитный газ, выходя из сопла, вытесняет воздух из зоны сварки. Сварочная проволока подается вниз роликами, которые вращаются двигателем подающего механизма. Подвод сварочного тока к проволоке осуществляется через скользящий контакт.

Учитывая, что защитный газ активный и может вступать во взаимодействие с расплавленным металлом, полуавтоматическая сварка в углекислом газе имеет ряд особенностей.

3. Контроль качества сварных швов.

Контроль качества сварных швов производят поэтапно или после окончания выполнения работ. О качестве выполнения сварки можно судить по наличию или отсутствию наружных или внутренних дефектов. В настоящее время существует немало высокоэффективных методов дефектоскопии, с высокой точностью позволяющих проверять без разрушения качество сварных соединений в ответственных конструкциях. В зависимости от того, нарушается или не нарушается целостность сварного соединения при контроле, различают неразрушающие и разрушающие методы контроля. Неразрушающие методы контроля качества сварных швов К неразрушающим методам контроля качества сварных соединений можно отнести внешний осмотр, контроль на непроницаемость (или герметичность) конструкций, контроль для обнаружения дефектов, выходящих на поверхность, контроль скрытых и внутренних дефектов. Внешний осмотр и обмеры сварных швов — наиболее простые и широко распространенные способы контроля их качества. Они являются самыми первыми контрольными операциями при приемке готового сварного узла, но внешний осмотр и обмеры сварных швов не дают возможности окончательно судить о качестве сварки. Они устанавливают только внешние дефекты шва и позволяют определить их сомнительные участки, которые должны быть проверены более точными способами. Некоторые сварные швы и соединения должны отвечать требованиям непроницаемости (герметичности) для различных жидкостей и газов. Непроницаемость сварных швов контролируют следующими методами: капиллярным (керосином), химическим (аммиаком), пузырьковым (воздушным или гидравлическим давлением), вакуумированием или газоэлектрическими течеискателями, также используется люминесцентный контроль и контроль методом красок (капиллярная дефектоскопия). Для обнаружения скрытых внутренних дефектов применяют магнитные, радиационные и ультразвуковые методы контроля.   Методы контроля качества с разрушением сварных соединений. К этим методам контроля качества сварных соединений относятся механические испытания, металлографические исследования, специальные испытания с целью получения характеристик сварных соединений. Эти испытания проводят на сварных образцах, вырезаемых из изделия или из специально сваренных контрольных соединений — технологических проб. Наши эксперты строительной испытательной лаборатории обеспечат необходимую уверенность в качестве сварных соединений, подобрав вам наиболее подходящий и эффективный метод контроля, либо сочетание методов.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СВАРОЧНАЯ ДУГА, Основные понятия

Электрическая сварочная дуга представляет собой устойчивый дли­тельный электрический разряд в газо­вой среде между твердыми или жид­кими электродами при высокой плот­ности тока, сопровождающийся выде­лением большого количества теплоты. Электрический разряд в газе есть электрический ток, проходящий через газовую среду благодаря наличию в ней свободных электронов, а также отрицательных и положительных ио­нов, способных перемещаться между электродами под действием приложен-
ного электрического поля (разности потенциалов между электродами).

Электрон — это частица весьма малой массы, несущая элементарный (наименьший, неделимый) электричес­кий заряд отрицательного знака. Мас­са электрона равна 9,1 • Ю~28г; эле­ментарный электрический заряд равен 1,6 • 10~19 Кл. Ионом называется атом или молекула вещества, имею­щая один или несколько элементарных зарядов. Положительные ионы имеют избыточный положительный заряд; они образуются при потере нейтраль­ным атомом или молекулой одного или нескольких электронов из своей на­ружной (валентной) оболочки (элект­роны, вращающиеся в валентной обо­лочке атома, связаны слабее, чем электроны внутренних оболочек, и по­этому легко отрываются от атома при столкновениях или под действием об­лучения). Отрицательные ионы имеют избыточный отрицательный заряд; они образуются, если атом или молекула присоединяет к своей валентной обо­лочке лишние электроны.

Процесс, при котором из нейтральных атомов и молекул образуются положи­тельные и отрицательные ионы, назы­вается ионизацией. Ионизация, вызван­ная в некотором объеме газовой среды, называется объемной ионизацией. Объемная ионизация, полученная бла­годаря нагреванию газа до очень высо­ких температур, называется терми­ческой ионизацией.

При высоких температурах значи­тельная часть молекул газа обладает достаточной энергией для того, чтобы при столкновениях могло произойти разбиение нейтральных молекул на ионы; кроме того, с повышением температуры увеличивается общее число столкновений между молекула­ми газа. При очень высоких темпера­турах на процесс ионизации начинает влиять также и излучение газа и рас­каленных электронов. При обычных температурах ионизацию можно вы­звать, если уже имеющимся в газе электронам и ионам сообщить с помощью электрического поля боль­шие скорости. Обладая большой энергией, эти частицы могут разбивать нейтральные атомы и молекулы на ионы. Кроме того, ионизацию можно вызвать световыми, ультрафиолетовы­ми, рентгеновскими лучами, а также излучением радиоактивных веществ.

В обычных условиях воздух, как и все газы, обладает весьма слабой электропроводностью. Это объясняет1 ся малой концентрацией свободных электронов и ионов. Поэтому, для того чтобы вызвать в воздухе или в газе мощный электрический ток, т. е. элект­рическую дугу, необходимо ионизиро­вать воздушный промежуток (или дру­гую газообразную среду) между электродами. Ионизацию можно про­извести, если приложить к электро­дам достаточно высокое напряжение; тогда имеющиеся в газе (в малом количестве) свободные электроны и ионы будут разгоняться электричес­ким полем и, получив большие энер­гии, смогут разбить нейтральные ато­мы и молекулы на ионы.

При сварке из соображений тех­ники безопасности нельзя пользовать­ся высокими напряжениями. Поэтому используют явления термоэлектронной и автоэлектронной эмиссий. При этом имеющиеся в металле в большом коли­честве свободные электроны, обладая достаточной кинетической энергией, переходят в газовую среду межэлект — родного пространства и способствуют ее ионизации.

При термоэлектронной эмиссии благодаря высокой температуре сво­бодные электроны «испаряются» с по­верхности металла. Чем выше тем­пература, тем большее число свобод­ных электронов приобретает энергию, достаточную для преодоления потен­циального барьера в поверхностном слое и выхода из металла. При авто­электронной (холодной) эмиссии со­здается внешнее электрическое поле, которое изменяет потенциональный барьер у поверхности металла и облег­чает выход тех электронов, которые имеют достаточную энергию для пре­одоления этого барьера.

Ионизация газовой среды характеризу­ется степенью ионизации, т. е. отноше­нием числа заряженных частиц в дан­ном объеме к первоначальному числу частиц (до начала ионизации).

Рис. 6

При полной ионизации степень ионизации равна единице. На рис. 6 представлен график зависимости сте­пени ионизации от температуры нагре­ва некоторых веществ. Из графика видно, что при температуре

6000.. .8000 К такие вещества, как ка­лий, натрий, кальций, обладают доста­точно высокой степенью ионизации. Пары этих элементов, находясь в дуго­вом промежутке, обеспечивают лег­кость возбуждения и устойчивое горе­ние дуги. Это свойство щелочных ме­таллов объясняется тем, что атомы

Элементы. К Na Ва Li

Р, 4,32 5,12 5,19 5,37 5

Как видно, наименьшим потенциа­лом ионизации обладают калий, нат­рий, барий, литий, алюминий, кальций и др. Поэтому для повышения устой­чивости горения электрической дуги эти вещества вводят в зону дуги в виде электродных покрытий или флюсов.

Рис. 7

Таким образом, электропровод­ность воздушного промежутка между электродами, а отсюда и устойчивое горение дуги обеспечивается эмиссией катода и объемной ионизацией газов в зоне дуги, благодаря которым в дуге

этих металлов обладают малым потен­циалом ионизации.

Потенциалом ионизации называется от­ношение работы выхода электрона из атома вещества к заряду этого элект­рона:

V = W / е,

где V — потенциал ионизации, В; W — работа, выхода электрона, Дж; е — заряд электрона, Кл.

Сложные атомы, содержащие в своем составе много электронов, име­ют несколько потенциалов ионизации. Первый потенциал ионизации соответ­ствует выходу электрона, находяще­гося в наружной оболочке атома и слабее других связанного с ним. Вы­ход следующих электронов, располо­женных ближе к ядру и сильнее связанных с ним, требует большей работы. Поэтому вторые и последую­щие потенциалы ионизации, соответ­ствующие выходам второго и последу­ющих электронов, будут больше. Пер­вые потенциалы V, ионизации некото­рых элементов:

М Са Сг Мп С Н О N,96 6,08 6,74 7,40 11,22 13,53 13,56 14,50

перемещаются мощные потоки заря­женных частиц.

Электрическая дуга постоянного тока возбуждается при сопрйкоснове — нии торца электрода и кромок свариваемых деталей. Контакт в на­чальный момент возникает между мик­ровыступами поверхностей электрода и свариваемой детали (рис. 7, а). Высокая плотность тока способствует мгновенному расплавлению этих вы­ступов и образованию пленки жид­кого металла (рис. 7, б), которая замыкает электрическую цепь на

участке «электрод — свариваемая де­таль». При последующем отводе элект­рода от поверхности детали на 2…4 мм (рис. 7, в) пленка жидкого металла растягивается, а сечение ее уменьша­ется, вследствие чего возрастает плот­ность тока и повышается температура металла. Эти явления приводят к раз­рыву пленки и испарению вскипевшего металла. При этом интенсивные термо — и автоэлектронная эмиссии обеспечи­вают ионизацию паров металла и га­зов межэлектродного промежутка. В образовавшейся ионизированной сре­де возникает электрическая сварочная дуга (рис. 7, г). Процесс возбуж­дения дуги кратковременен и осуще­ствляется сварщиком в течение долей секунды.

В установившейся сварочной дуге (рис. 7, г) различают три зоны: катодную /, анодную 3 и столба дуги

2. Катодная зона глубиной около 10-5 см, так называемое катодное пятно, расположена на торце катода (на рис. 7 электрод является катодом, а деталь—анодом). Отсюда вылетает поток свободных электронов, ионизи­рующих дуговой промежуток. Плот­ность тока на катодном пятне дости­гает 60…70 А/мм2. К катоду устрем­ляются потоки положительных ионов, которые бомбардируют его и отдают свою энергию, нагревая его до тем­пературы 2500…3000°С.

Анодная зона, называемая анод­ным пятном, расположена на ‘торце анода. К анодному пятну устремляют­ся и отдают свою энергию потоки электронов, накаляя его до температу­ры 2500…4000°С. Столб дуги, распо­ложенный между катодной и анодной зонами, состоит из раскаленных и ио­низированных частиц. Температура в этой зоне достигает 6000…7000° С в зависимости от плотности сварочного тока.

В начальный момент для возбужде­ния дуги необходимо несколько боль­шее напряжение, чем при ее последую­щем горении. Это объясняется тем, что при возбуждении дуги воздушный за­зор недостаточно нагрет, степень иони­зации невысокая и необходимо напря­жение, способное сообщить свободным

5

s’

ч

‘Л

‘<8

«г

Рис. 8

электронам такую энергию, чтобы при их столкновении с атомами газового промежутка могла произойти иониза­ция. Увеличение концентрации свобод­ных электронов в объеме дуги приво­дит к интенсивной ионизации дугового промежутка, а отсюда к повышению его электропроводности. Вследствие этого напряжение падает до значения, необходимого для устойчивого горе­ния дуги.

Зависимость напряжения дуги от тока и сварочной цепи называют статической волът-амперной характеристикой дуги.

Вольт-амперная характеристика дуги (рис. 8, а) имеет три области: падающую /, жесткую 2 и возрастаю­щую 3. В области 1 (до 100 А) с уве­личением тока напряжение значитель­но уменьшается. Это происходит в связи с тем, что при повышении тока увеличивается поперечное сечение, а следовательно, и проводимость столба дуги. В области 2 (100… 1000 А) при увеличении тока напряжение сохра­няется постоянным, так как сечение столба дуги и площади анодного и катодного пятен увеличиваются про­порционально току. Область характе­ризуется постоянством плотности тока. +| у/Щт

Рис. 9

Вольт-амперная характеристика дуги при ручной дуговой сварке низко­
углеродистой стали (рис. 8, б) пред­ставлена в виде кривых а (длина дуги 2 мм) и б (длина дуги 4 мм). Кривые в (длина дуги 2 мм) и г (длина дуги 4 мм) относятся к автоматической сварке под флюсом при высоких плотностях тока.

Напряжение, необходимое для воз­буждения дуги, зависит: от рода тока (постоянный или переменный), длины дугового промежутка, материала электрода и свариваемых кромок, по­крытия электродов и ряда других факторов. Значения напряжений, обе­спечивающих возникновение дуги в дуговых промежутках, равных 2…4 мм, находятся в пределах 40…70 В. На­пряжение (В) для установившейся сварочной дуги может быть определе­но по формуле

Uд = о —|- Ыц

где а — коэффициент, по своей физи­ческой сущности представляющий сумму падений напряжений в катодной и анодной зонах, В Ь — коэффициент, выражающий среднее падение напря­жения на единицу длины дуги, В/мм; /д — длина дуги, мм.

Длиной дуги называется расстояние между торцом электрода и поверх­ностью сварочной ванны. «Короткой» называют дугу длиной 2…4 мм. Длина «нормальной» дуги — 4…в мм. Дугу длиной более в мм называют «длинной».

Оптимальный режим сварки обе­спечивается при короткой дуге. При. длинной дуге процесс протекает нерав­номерно, дуга горит неустойчиво, ме­талл, проходя через дуговой промежу­ток, больше окисляется и азотирует­ся, увеличиваются угар и разбрызги­вание металла.

Электрическая сварочная дуга мо­жет отклоняться от своего нормально­го положения при действии магнит­ных полей, неравномерно и несим­метрично расположенных вокруг дуги и в свариваемой детали. Эти поля действуют на движущиеся заряжен­ные частицы и тем самым оказывают воздействие на всю дугу. Такое явле­ние называется магнитным дутьем. Воздействие магнитных полей на дугу прямо пропорционально квадрату си­лы тока и становится заметным при сварочных токах более 300 А.

На отклонение дуги влияют место подвода тока к свариваемой детали (рис. 9, а, б, в) и наклон электрода (рис. 9, г). Наличие вблизи свароч­ной дуги значительных ферромагнит­ных масс также нарушает симметрич­ность магнитного поля дуги и вызы­вает отклонение дуги в сторону этих масс.

Магнитное дутье в некоторых слу­чаях затрудняет процесс сварки, и поэтому принимаются меры по сниже­нию его действия на дугу. К таким мерам относятся: сварка короткой дугой, подвод сварочного тока в точ­ке, максимально близкой к дуге, на­клон электрода в сторону действия магнитного дутья, размещение у места сварки ферромагнитных масс.

При использовании переменного тока анодное и катодное пятна ме­няются местами с частотой, равной частоте тока. С течением времени на­пряжение t/д и ток / периодически изменяются от нулевого значения до наибольшего, как показано на рис. 10 (t/x-x — напряжение зажигания дуги). При переходе значения тока через нуль и перемене полярности в начале и в конце каждого полупериода дуга гаснет, температура активных пятен и дугового промежутка снижается. Вследствие этого происходит деиони­зация газов и уменьшение электропро­водности столба дуги. Интенсивнее падает температура активного пятна, расположенного на поверхности сва­рочной ванны в связи с отводом теплоты в массу основного металла. Повторное зажигание дуги в начале каждого полупериода возможно толь­ко при повышенном напряжении, на­зываемом пиком зажигания. При этом установлено, что пик зажигания не­сколько выше, когда катодное пятно находится на основном металле. Для снижения пика зажигания, облегчения повторного зажигания дуги и повыше­ния устойчивости ее горения применя­ют меры, снижающие эффективный по­тенциал ионизации газов в дуге. При этом электропроводность дуги после ее угасания сохраняется дольше, пик за­жигания снижается, дуга легче воз­буждается и горит устойчивее.

К этим мерам относится примене­ние различных стабилизирующих эле­ментов (калий, натрий, кальций и др.), вводимых в зону дуги в виде электрод­ных покрытий или в виде флюсов.

Важное значение имеет сдвиг фаз между напряжением и током: необхо­димо, чтобы при переходе тока через нулевое значение напряжение было достаточным для возбуждения дуги.

Урок 1 — Основы дуговой сварки

Урок 1 — Основы дуговой сварки © АВТОРСКОЕ ПРАВО 1999 ГРУППА ESAB, INC. УРОК I, ЧАСТЬ B двойная, ток уменьшится вдвое. Закон Ома можно сформулировать математически с этим уравнением: я = Э ÷ Р или Е = I × R или Р = Е ÷ Я (Э = Вольты, I = Амперы, R = Сопротивление (Ом)) 1.8.2.1 Уравнение легко использовать, как видно в следующих задачах: 1) Аккумулятор на 12 вольт имеет встроенное сопротивление. из 10 Ом.Какова сила тока? 12 ÷ 10 = 1,2 ампера 2) Какое напряжение необходимо для прохождения 15 ампер через резистор 5 Ом? 15 × 5 = 75 вольт 3) При напряжении 80 и цепи ограничен 250 амперами, какова стоимость резистор? 80 ÷ 250 = 0,32 Ом 1.8.2.2 Теория электрического сопротивления имеет большое значение в процессе дуговой сварки ибо именно это сопротивление в воздушном пространстве между электродом и основанием металл, который способствует к переходу электрической энергии в тепловую.Поскольку напряжение заставляет электроны двигаться быстрее, энергия которые они генерируют, частично используется для преодоления сопротивления созданный дуговым зазором. Эта энергия проявляется в виде тепла. в сварочный процесс, температура повышается до такой степени, что металлы переходят в расплавленное состояние. 1.8.3 Электрический Мощность — Слово «ватт» — еще один термин, часто встречающийся в электротехнике. терминология. Когда мы оплачиваем счета за электроэнергию, мы фактически платим за сила бежать наши электроприборы, а ватт является единицей мощности.Это определено как сумма мощности, необходимой для поддержания силы тока в один ампер при напряжении в один вольт. Напряжение цепи, которое входит в ваш дом является постоянным фактором, но сила тока, потребляемая от коммунальная компания зависит от количества ватт, необходимого для запуска электрической прибор. Ватт вычисляется как произведение вольт на ампер и выражается математически со следующим уравнением: W   =E × I Э = Вт ÷ я я = Вт ÷ Е (Вт = Вт, E = Вольт, I = Ампер) 1.8.3.1 Сила тока, используемая электрическим устройства можно рассчитать, разделив ватты номинал устройства по первичному напряжению, на которое оно рассчитано.

 

 

Сварочная дуга: определение, структура и типы

Прочитав эту статью, вы узнаете о:- 1.Определение сварочной дуги 2. Структура и характеристики сварочной дуги 3. Типы 4. Роль полярности электрода.

Определение сварочной дуги:

Дуга представляет собой электрический разряд между двумя электродами, происходящий в электрически проводящем горячем ионизированном газе, известном как плазма. Электрическая дуга, используемая для сварки, называется сварочной дугой и обычно находится между тонким стержнем (или проволокой) и пластиной, поэтому она имеет форму колокола, как показано на рис. 3.1 (а).

Структура и характеристики сварочной дуги :

Сварочная дуга представляет собой сильноточный электрический разряд низкого напряжения, обычно работающий в диапазоне от 10 до 2000 ампер и от 10 до 50 вольт.В сварочной цепи дуга действует как нагрузочное сопротивление.

Вообще говоря, сварочная дуга состоит из механизма испускания электронов с катода, которые после прохождения через ионизированный горячий газ сливаются в анод. Для анализа сварочную дугу обычно делят на пять частей, а именно. катодное пятно, зона катодного сброса, столб дуги, зоны анодного сброса и анодное пятно. Падение напряжения на катоде и в зонах анодного падения довольно крутое, в то время как падение напряжения на столбе дуги более плавное, как показано на рис.3.1(б). Из рисунка видно, что напряжение дуги (V) является суммой катодного падения (Vc), столбцового падения (Vp) и анодного падения (Va).

Таким образом, это может быть выражено как:

В = Vc + Vp + Va……. (3-1)

Хотя сварочная дуга обычно имеет колоколообразную форму, в тех сварочных процессах, где стержневой электрод (называемый далее в тексте просто электродом) является расходуемым, например, при дуговой сварке защищенным металлом и дуговая сварка металлическим газом.Чтобы иметь всестороннее представление о поведении сварочной дуги, необходимо знать характеристики ее различных зон.

Катодное пятно :

Это та часть отрицательного электрода, из которой испускаются электроны. Наблюдались три типа мод катодного пятна.

Это:

(a) Режим подвижного катодного пятна,

(б) Режим пятна термоэмиссионного катода и

(с) Нормальный режим.

В точечном режиме с подвижным катодом одно или несколько очень маленьких катодных пятен появляются на поверхности катода и перемещаются с высокой скоростью от 5 до 10 м/с и обычно оставляют после себя видимый след. Поведение подвижного катодного пятна зависит от материала, на котором оно образуется. Например, на алюминии наблюдаются множественные пятна, образующие сложные серии разветвленных дорожек, в то время как на меди след обычно остается одиночным без каких-либо разветвлений, как показано на рис. 3.2.

Оксидная пленка на поверхности металла разрыхляется при движении подвижного катодного пятна, а иногда и теряется слой металла.Эта характеристика делает подвижный катод очень важным для использования в промышленности, особенно для сварки алюминия и магния. Плотность тока в таком катодном пятне порядка от 10 2 до 10 3 А/мм 2 .

В термоэмиссионном режиме катодное пятно образуется на конце остроконечного вольфрамового или торированного вольфрамового стержня, используемого с аргоновой защитой. Катодное пятно остается неподвижным и имеет плотность тока порядка 10 2 А/мм 2 .Она видна либо как яркое пятно, либо может быть обнаружена по сходимости столба дуги к точке на поверхности катода.

В нормальном режиме катодное пятно не образует четко выраженного пятна. Например, при использовании стального электрода с низким содержанием углерода покрытие катодного пятна, по-видимому, охватывает весь расплавленный кончик электрода. Аналогичный тип катодного пятна наблюдается при дуговой сварке вольфрамовым электродом вольфрамовым электродом с закругленным концом, защищенным аргоном, как показано на рис. 3.3.

Аргоновая экранированная вольфрамовая дуга работает либо с четко выраженным катодным пятном второго типа, либо с нечетко выраженным катодным пятном третьего типа и вольт-амперная характеристика в обоих случаях различна.

Механизмы электронной эмиссии :

Эмиссия электронов с катода может происходить по любому из нескольких механизмов, таких как термоэлектронная эмиссия, автоэлектронная или полевая эмиссия, фотоэлектрическая эмиссия и вторичная эмиссия.

а. Термоэлектронная эмиссия:

Это связано с высвобождением электронов из нагретых электродов. По мере повышения температуры электрода кинетическая энергия свободных электронов увеличивается до точки, при которой они могут уйти с поверхности отрицательного электрода в катодном пятне в свободное от поля пространство снаружи перед лицом притяжения со стороны положительного электрода. ионы остаются на катоде.

Считается, что эмиссия электронов с углеродного и вольфрамового катодов носит термоэлектронный характер, но большинство других металлов кипит при температурах значительно ниже, чем требуется для термоэлектронной эмиссии.

б. Автоэлектронная эмиссия:

Этот тип электронной эмиссии создается достаточно сильным электрическим полем, то есть когда напряжение на электродах настолько велико (порядка 10 4 вольт), что воздух между ними ионизируется под его воздействием и электрическим разрядом происходит с эмиссией электронов с поверхности катода.

в. Фотоэлектрическое излучение:

Это происходит, когда энергия в виде луча света падает на поверхность катода и приводит к увеличению кинетической энергии электронов и, таким образом, к их эмиссии из катода в вакуум или другой материал. Такой механизм эмиссии электронов используется при генерации рентгеновских лучей.

д. Вторичная эмиссия:

Это относится к испусканию электронов под воздействием быстро движущихся ионов.Когда скорость падающих ионов превышает орбитальную скорость электронов в атомах материала катода, это приводит к вытеснению (или эмиссии) электронов.

В сварочных процессах эмиссия электронов может быть либо термоэмиссионной, например, при дуговой сварке вольфрамовым электродом в среде защитного газа, плазменной дуговой сварке и дуговой сварке угольным электродом, либо автоэмиссионной в сочетании со вспомогательными средствами ионизации воздушного зазора между электродами и заготовка, например, для дуговой сварки защищенным металлом, дуговой сварки под флюсом и дуговой сварки металлическим электродом в среде защитного газа.

Эмиссия электронов из катодного пятна зависит от энергии возбуждения или работы выхода материала, которая определяется как энергия, необходимая в электрон-вольтах (эВ) или джоулях, чтобы высвободить один электрон с поверхности материала в окружающее пространство. Потенциал ионизации, который определяется как энергия на единицу заряда в вольтах, необходимая для удаления электрона от атома на бесконечное расстояние, также играет важную роль в поддержании электрического разряда.Оба параметра для большинства материалов, участвующих в сварке, приведены в таблице 3.1.

Зона падения катода :

Это газовая область, непосредственно прилегающая к катоду, в которой происходит резкое падение напряжения. Суммарный размер зоны падения катода и зоны падения анода составляет порядка 10 2 мм, что почти равно длине свободного пробега электрона. Было обнаружено, что падение напряжения в зоне катодного падения для вольфрамового электрода, экранированного аргоном, составляет около 8 вольт при 100 ампер и увеличивается по мере уменьшения тока.

Дуговая колонна:

Это ярко видимая часть дуги с высокой температурой и низким градиентом потенциала. Температура столба дуги зависит от присутствующих в нем газов и величины сварочного тока, протекающего в цепи. Обычно температура столба варьируется от 6000°С для паров железа до примерно 20000°С для вольфрамовой дуги, защищенной аргоном. При такой высокой температуре все молекулярные газы, находящиеся в колонке, расщепляются до атомарной формы, а сами атомы далее диссоциируют на электроны и ионы.Однако количество электронов и ионов в любом заданном объеме дуги остается неизменным, что обеспечивает электрическую нейтральность дуги.

Поскольку средний ион примерно в тысячу раз тяжелее электрона, электроны гораздо более подвижны и, следовательно, переносят большую часть тока по столбу дуги. Градиент потенциала в столбе ниже, чем в зоне падения катода или в зоне падения анода, и обычно колеблется от 0-5 до 5 вольт/мм для вольфрамовой дуги в аргоновой среде, тогда как для дуговой сварки в среде защитного металла он обычно составляет около 1 вольта. /мм.

Сварочная дуга почти всегда находится между стержневым или проволочным электродом и плоской или широкой заготовкой. Это, независимо от полярности электрода, приводит к возникновению дуги в форме колокола или конуса с вершиной конуса на конце стержневого электрода или рядом с ним. Из-за этого сужения дуги вблизи стержневого электрода она имеет там наибольшую плотность энергии, но из-за эффекта охлаждения из-за близости электрода максимальная температура приходится на сердцевину колонны.

Область, в которой суженный столбик встречается с электродом, называется корнем дуги.Распределение температуры в столбе дуги для вольфрамовой дуги с аргоновым экраном на 200 ампер показано на рис. 3.4.

Рис. 3.4 Распределение температуры в столбе дуги

Протекание тока в столбе дуги приводит к возникновению электромагнитных сил. Также хорошо известно, что два параллельных проводника, по которым течет ток в одном направлении, притягиваются друг к другу.

Если ток проводится по газовому баллону, его можно рассматривать как состоящий из большого количества кольцевых цилиндрических проводников, следовательно, существует взаимное притяжение между различными газовыми баллонами со всеми силами, действующими внутрь из-за высокой плотности тока в сердцевине баллона. проводник.

Эти сжимающие силы уравновешиваются установившимся в газопроводе градиентом статического давления с нулевым давлением на внешней периферии и максимальным по оси.

Однако в данном случае из-за конусообразной формы дуги действующие на нее электромагнитные силы имеют две составляющие, при этом статическое давление имеет две противоположные составляющие, одна из которых направлена ​​вдоль оси дуги и является причиной образования плазмы струю, которая течет со скоростью около 10 4 см/с в сторону заготовки.Осевая скорость плазмы уменьшается по мере приближения к периферии дуги, как показано на рис.3.5.

В стационарном режиме плазменная струя имеет обтекаемый поток со скоростью потока, приблизительно пропорциональной сварочному току. На рис. 3.6 показано расположение линий потока газа и линий скорости в угольной дуге 200 А. Считается, что значительное количество тепловой энергии передается заготовке за счет конвективных потоков плазменной струи.

Рис.3.6 Линии потока газа и схемы линий скорости плазмы при угольной дуговой сварке

Когда ток в дуге несимметричен, это приводит к возникновению магнитных сил, которые отклоняют столб дуги. Если это происходит в сварочной дуге, это известно как дуновение дуги и часто приводит к неуместным и неуместным сварным швам.

Анод и зона падения анода:

Достигнув анода, электроны теряют теплоту конденсации. Однако, в отличие от катодного пятна, хорошо выраженное анодное пятно наблюдается редко, и плотность тока также мала, как показано на рис.3.7 для экранированного аргоном вольфрамового катода на 200 А и медного пластинчатого анода. Токопроводящая площадь анода немного меньше, чем самое широкое распространение дуги на конце анода, и средняя плотность тока также довольно низкая.

Падение напряжения в зоне анодного падения дуги этого типа составляет b6 от 1 до 3 вольт. Глубина зоны падения анода составляет порядка от 10 -2 до 10 -1 мм. Когда стержневой электрод выступает в роли анода, то он занимает нижнюю полусферу расплавленной капли на кончике электрода.Однако в случае плазменной струи низкого давления анод, по-видимому, охватывает расплавленную каплю.

Общее тепловложение на аноде происходит из-за конденсации электронов, а также проводимости и конвекции из-за плазменной струи. В дуге постоянного тока с неплавящимся электродом, например, из вольфрама или углерода, тепло анода больше, чем тепло высвобождается на катоде, как показано на рис. 3.8.

С увеличением длины сварочной дуги напряжение дуги увеличивается, и, следовательно, для тока выше 100 А погонная энергия увеличивается с увеличением столба дуги, особенно для режима катодного пятна, как показано на рис.3.9. Однако с увеличением длины столба увеличивается и ширина столба, что приводит к еще меньшей плотности тока на аноде, и, таким образом, анод становится более рассеянным.

Эффективность дуги:

Из описания характеристик различных частей сварочной дуги можно определить КПД дуги, математическая обработка которого следующая:

Теперь полная тепловая энергия, вырабатываемая на аноде, q a определяется суммой энергии, полученной через электроны, и энергии, полученной при прохождении через зону падения анода, т.е.д.,

Проблема 1:

Найдите эффективность дуги для процесса GTAW, если сварочный ток равен 150 ампер, а напряжение дуги 20 вольт. Предположим, что падение напряжения на катоде составляет 8 вольт, а на аноде — 3 вольта, при этом 30 % энергии столба дуги передается аноду. Примите температуру дуги равной 15000К. Работа выхода, ɸ 0 для вольфрама = 4,5 эВ и постоянная Больцмана = 8,62 x 10 -5 эВ/К.

Решение:

Задача 2:

При дуговой сварке вольфрамовым электродом в среде аргона падение напряжения на катоде составило 10 вольт при сварочном токе 120 вольт и напряжении дуги 18 вольт.Определите (а) длину дуги, если КПД дуги составляет 55% при температуре дуги 10000 К.

Предположим, что падение напряжения на колонке составляет 1,2 вольта на мм и что 20 % тепла колонки передается аноду.

(b) Эффективность дуги, если те же параметры процесса применимы к процессу GMAW, а проволочный электрод используется в качестве анода.

Возьмем работу выхода для вольфрама при OK = 4,5 эВ и постоянную Больцмана. К’ = 8-60 х 10 -5 эВИК

Решение:

Типы сварочных дуг :

С точки зрения сварки дуги бывают двух типов, а именно., неподвижная или стационарная или фиксированная дуга и подвижная или движущаяся или бегущая дуга. Неподвижная дуга образуется между неплавящимся электродом и заготовкой. Дуга может использоваться с наполнителем или без него. В первом случае отдельная проволока вводится в столб дуги и, таким образом, расплавляется для переноса в сварочную ванну под совместным действием силы тяжести, электромагнитных сил и механической силы плазменной струи, при фиксированной дуге большая часть тепла уходит к неплавящемуся электроду остается неиспользованным и фактически может быть удален охлаждающей водой или защитным газом.Таким образом, тепловой КПД такой дуги низкий и может составлять от 45 до 60%. Этот тип дуги наблюдается в процессах сварки угольной дугой, газовой вольфрамовой дугой и плазменной дугой.

Между расходуемым электродом и заготовкой образуется подвижная дуга. По мере плавления присадочной проволоки расплавленный металл на конце электрода отрывается под действием силы тяжести, электромагнитных сил, силы плазменной струи и пинч-эффекта. Однако на каплю действует удерживающая сила, обусловленная поверхностным натяжением.По мере плавления электрода дуга продолжает двигаться вверх вдоль электрода. Мобильная дуга связана с такими процессами, как дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа, дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа и дуговая сварка под флюсом.

Дуга, в которой расплавленный металл с кончика электрода проходит через него, чтобы стать частью сварочной ванны, называется «металлической дугой». Мобильная дуга представляет собой металлическую дугу.

Большая часть тепла, поступающего на электрод в мобильной дуге, используется для плавления металла и, таким образом, используется эффективно.Таким образом, тепловой КПД процесса с использованием подвижной дуги высок и обычно составляет от 75 до 90%. Таким образом, сварочные процессы с использованием подвижной дуги термически более эффективны, чем процессы с использованием неподвижной или неподвижной дуги.

Роль полярности электрода в дуговой сварке:

Дуговая сварка может выполняться как на переменном, так и на постоянном токе. Если используется переменный ток, полярность электрода не возникает, поскольку она меняется каждые полпериода. Однако, если используется постоянный ток, электрод можно сделать как отрицательным, так и положительным.

На аноде выделяется больше тепла, поэтому во всех процессах с использованием неплавящихся электродов лучше подключать электрод к отрицательной клемме, чтобы свести потери тепла к минимуму. Однако это не всегда возможно сделать, поскольку иногда необходимо использовать очищающее действие подвижного катодного пятна для отделения от металла прочного тугоплавкого оксидного слоя, например, при сварке алюминия и магния.

В таких случаях предпочтительно использовать переменный ток, чтобы найти компромисс между тепловой эффективностью и очищающим действием.Таким образом, в процессах дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа и дуговой сварки угольным электродом обычно используются источники питания переменного тока, когда обязательно требуется воздействие на заготовку. Когда такого принуждения нет, можно использовать dcen.

Тем не менее, для дуговой сварки защищенным металлом сварочный трансформатор переменного тока довольно популярен и в то же время, при тех же технических характеристиках, он намного дешевле, чем сварочный двигатель-генератор постоянного тока или комплект трансформатора с выпрямителем, необходимые для получения питания постоянного тока. Также при сварке постоянным током происходит смена дуги, что может привести к некрасивому зигзагообразному сварному шву низкого качества.

Из-за регулярного прерывания дуги переменного тока не рекомендуется использовать неизолированную проволоку, например, при дуговой сварке металлическим электродом в среде защитного газа. Однако для дуговой сварки металлическим электродом были разработаны соответствующие покрытия электродов, которые облегчают инициирование и поддержание сварочной дуги.

При использовании плавящегося электрода перенос металла с проволочного электрода на заготовку более равномерный, частый и лучше направленный, если электрод сделать положительным. Поэтому DCEP или обратная полярность популярны при GMAW, который также обеспечивает необходимое очищающее действие на металлах с прочным оксидным слоем, таких как алюминий.

Опасность синего света при дуговой сварке малоуглеродистой стали в CO2 | Анналы рабочих воздействий и здоровья

Аннотация

Цели: Цель состояла в том, чтобы количественно определить опасность синего света от CO 2 дуговой сварки мягкой стали. Методы: Измерена спектральная яркость дуг при дуговой сварке низкоуглеродистой стали СО 2 сплошными и порошковыми проволоками при сварочных токах 120–480 А. Эффективная яркость синего света и максимально допустимая продолжительность воздействия рассчитывались из спектральное излучение, используя их определения в рекомендациях Американской конференции государственных промышленных гигиенистов.Результаты. Эффективная яркость синего света колебалась от 22,9 до 213,1 Вт/см -2 ср -1 . Соответствующая максимально допустимая продолжительность воздействия составляла всего 0,47–4,36 с, что означает, что суммарное ежедневное воздействие сварочной дуги без защиты глаз не должно превышать эту продолжительность. Выводы: Очень опасно наблюдать дугу при дуговой сварке низкоуглеродистой стали CO 2 . Сварщики и их помощники должны использовать соответствующие защитные очки во время этих операций дуговой сварки. Кроме того, им следует избегать прямого воздействия света при начале дуговой сварки.

ВВЕДЕНИЕ

Ультрафиолетовое излучение, создаваемое дуговой сваркой, часто вызывает у рабочих эритему и кератоконъюнктивит, как хорошо известно, но производимый свет (видимый свет) также опасен. Сообщалось о световом повреждении сетчатки у людей, которые смотрели на сварочную дугу без надлежащей защиты (Würdemann, 1936; Minton, 1949; Naidoff and Sliney, 1974; Romanchuk et al. , 1978; Uniat et al. ). , 1986; Cellini et al., 1987; Британия, 1988 год; Мощность и др. , 1991; Fich и др. , 1993; Аренд и др. , 1996). Это повреждение проявляется изменениями сетчатки, такими как отек или отверстие, и сопровождается такими симптомами, как снижение остроты зрения, нечеткость зрения или скотома. Эти симптомы появляются сразу или в течение нескольких часов после воздействия, а затем постепенно улучшаются в течение нескольких недель. В некоторых случаях пациенты полностью выздоравливают в течение нескольких недель или месяцев, тогда как в других случаях симптомы сохраняются через несколько месяцев.

Механизм светоиндуцированного повреждения сетчатки, связанного с дуговой сваркой, не является термическим, поскольку повышение температуры сетчатки оценивается как недостаточное, чтобы вызвать ожог; поэтому механизм повреждения считается фотохимическим (Naidoff, Sliney, 1974).

Фотохимическое повреждение сетчатки, известное как фоторетинопатия, вызывается светом преимущественно в диапазоне длин волн 400–500 нм. Поскольку свет в этой области кажется глазу голубым, его называют голубым светом.Опасность синего света обычно измеряется эффективной яркостью синего света, которая получается путем взвешивания спектральной яркости источника света по сравнению с функцией опасности синего света (рис. 1) и интегрирования ее в диапазоне длин волн 305–700. нм (ICNIRP, 1997; ACGIH, 2009). Максимально допустимая продолжительность воздействия рассчитывается путем деления 100 Дж/см -2 ср -1 на эффективную яркость синего света. Таким образом, измерение эффективного синего излучения сварочной дуги является первым шагом к предотвращению фоторетинопатии, вызванной дуговой сваркой.

Рис. 1.

Функция опасности синего света (ICNIRP, 1997; ACGIH, 2009). Функция опасности синего света показывает способность света вызывать фотохимическое повреждение сетчатки в зависимости от длины волны.

Рис. 1.

Функция опасности синего света (ICNIRP, 1997; ACGIH, 2009). Функция опасности синего света показывает способность света вызывать фотохимическое повреждение сетчатки в зависимости от длины волны.

В нескольких исследованиях измерялся синий свет сварочной дуги (Marshall et al., 1977; Окуно, 1986; Хиетанен, 1998 г.; Пэн и др. , 2007), и только два из них определили эффективное излучение синего света, отчасти из-за технических трудностей. Маршалл и др. (1977) экспериментально определили эффективное излучение дуги в синем свете для различных процессов дуговой сварки в общей сложности в 20 условиях. Они показали, что эффективное излучение дуги в синем свете находится на потенциально опасном уровне для всех оцениваемых процессов, хотя опасность сильно варьируется в зависимости от процесса и условий.Окуно (1986) также определил эффективное излучение синего света сварочной дуги при 14 условиях, но в целом обнаружил гораздо более низкие уровни эффективного излучения синего света. В этих двух исследованиях эффективная освещенность синего света (спектральная освещенность, взвешенная по отношению к функции опасности синего света) была измерена на расстоянии от сварочной дуги, а затем эффективная освещенность синего света была рассчитана путем деления эффективной освещенности синего света на расчетный размер (площадь) дуги и умножение на квадрат расстояния измерения.Однако, поскольку сварочная дуга не имеет определенных границ и, следовательно, определенного размера, этот метод является приблизительным и может не давать точных результатов.

В предыдущем всестороннем обзоре опасностей синего света мы исследовали дуговую сварку CO 2 (разновидность дуговой сварки металлическим газом, при которой используется газ CO 2 для защиты сварного шва) мягкой стали и дуговую сварку защитным металлом из мягкая сталь, а также многие другие источники света (Okuno et al. , 2002). Мы экспериментально измерили спектральную яркость сварочной дуги и рассчитали эффективную яркость синего света на основе спектральной яркости.Было показано, что эти сварочные процессы излучают опасные уровни синего света в используемых условиях, что указывает на необходимость дальнейшего изучения сварочных процессов. В частности, имеет практическое значение более подробное изучение дуговой сварки CO 2 , поскольку в настоящее время это наиболее широко используемый процесс сварки в Японии, и поэтому многие рабочие потенциально подвергаются воздействию его синего света. В настоящей работе экспериментально определена эффективная мощность синего света дуг при дуговой сварке низкоуглеродистой стали СО 2 сплошной и порошковой проволокой при сварочных токах 120–480 А.

МЕТОДЫ

Мы использовали сварочного робота (Arcman-Ron, Kobe Steel, Ltd., Кобе, Япония) для создания дуги дуговой сварки CO 2 на плоской пластине из мягкой стали толщиной 12 мм, помещенной на приводной электродвигатель. подвижная ступень (рис. 2). Запрограммированный заранее робот автоматически зажигает и гасит дугу, перемещает горелку (дугу), подает проволоку и подает защитный газ. Металлические поверхности не соединялись. Дуга перемещалась с минимальной устанавливаемой скоростью 12 см/мин -1 для облегчения измерения света.Для достижения достаточной относительной скорости для сварки пластину из мягкой стали перемещали на 60 см мин -1 в противоположном направлении. Синий свет оценивали для сплошной проволоки (MG-50T, Kobe Steel, Ltd.) и порошковой проволоки (DW-Z100, Kobe Steel Ltd.) при сварочных токах 120–480 А и интервалах 40 А. Таблица 1 суммированы условия сварки.

Unknowna скорость сварки Сварочный ток
Опорная плита Мягкая сталь, 100 мм × 75 мм × 12 мм
Проволока Сплошная проволока (Kobe Steel Ltd.MG-50T), порошковая проволока (Kobe Steel Ltd. DW-Z100), 1,2 мм в диаметре
Скорость подачи проволоки
Провод палки-аут длина 15 мм
Защитный газ СО 2 газа, 20 л мин -1
72 см -1 мин
120 А до 480 А в интервалах 40 А
ARC напряжение UNLOWNA
.MG-50T), порошковая проволока (Kobe Steel Ltd. DW-Z100), 1,2 мм в диаметре Скорость подачи проволоки Unknowna Провод палки-аут длина 15 мм Защитный газ СО 2 газа, 20 л мин -1 скорость сварки 72 см -1 мин Сварочный ток 120 А до 480 А в интервалах 40 А ARC напряжение UNLOWNA.MG-50T), порошковая проволока (Kobe Steel Ltd. DW-Z100), 1,2 мм в диаметре Скорость подачи проволоки Unknowna Провод палки-аут длина 15 мм Защитный газ СО 2 газа, 20 л мин -1 скорость сварки 72 см -1 мин Сварочный ток 120 А до 480 А в интервалах 40 А ARC напряжение UNLOWNA.MG-50T), порошковая проволока (Kobe Steel Ltd. DW-Z100), 1,2 мм в диаметре Скорость подачи проволоки Unknowna Провод палки-аут длина 15 мм Защитный газ СО 2 газа, 20 л мин -1 скорость сварки 72 см -1 мин Сварочный ток 120 А до 480 А в интервалах 40 А Напряжение дуги Неизвестно

Рис.2.

Схема экспериментальной установки.

Рис. 2.

Схема экспериментальной установки.

Спектрорадиометр (PR-705, Photo Research Inc., Chatsworth, CA, USA) использовали для измерения спектральной яркости сварочных дуг в диапазоне длин волн 380–780 нм с интервалом 2 нм. Измерительное поле спектрорадиометра было установлено на диаметр 1/8°, а к апертуре спектрорадиометра была прикреплена конверсионная линза (KR2005, Kenko Co., Ltd., Токио, Япония), чтобы уменьшить поле измерения до диаметр 1/16°.Два дополнительных фильтра нейтральной плотности (ND) с пропусканием ~1% (ND-100) и пропусканием ~10% (ND-10) и фильтр нейтральной плотности для использования в камере с пропусканием ~12,5% (PRO ND8, Kenko Co., Ltd. ) были прикреплены к апертуре, потому что свет от сварочной дуги слишком интенсивен для прямого измерения. Также был прикреплен прозрачный защитный фильтр для камеры (MC Protector, Kenko Co., Ltd.) для защиты апертуры от сварочной пыли и брызг. Спектрорадиометр внутренне вносит поправки на спектральный коэффициент пропускания двух дополнительных фильтров нейтральной плотности.Поправки на спектральный коэффициент пропускания преобразующего объектива, нейтрального фильтра камеры и прозрачного защитного фильтра были сделаны путем деления измеренного спектрального излучения на их спектральный коэффициент пропускания после измерения. Время экспозиции было установлено на 40 мс. Перед проведением измерений спектрорадиометр был откалиброван производителем.

Спектральное излучение было измерено, когда сварочная дуга удерживалась на пластине из мягкой стали в течение 10 с, перемещаясь на 2 см по горизонтали. Спектрорадиометр располагали под углом 15° и на расстоянии ∼0.8 м от центра траектории дуги и был направлен в центр (рис. 2). В этой установке измерительное поле в положении дуги представляло собой круг диаметром 0,8 мм, и измерялась средняя спектральная яркость по этому полю.

Эксперимент проводился в большом проветриваемом помещении, но вокруг сварочной дуги и спектрорадиометра вентиляционного обдува практически не было.

Эффективное излучение сварочной дуги в синем свете было получено путем взвешивания измеренного спектрального излучения по функции опасности синего света (рис.1) и интегрирование его по длине волны. Однако интегрирование было начато при 380 нм вместо 305 нм. Эта модификация приемлема, поскольку функция опасности синего света очень мала в диапазоне длин волн 305–380 нм, и поэтому ожидается, что энергия излучения в этом диапазоне будет вносить небольшой вклад в эффективное излучение синего света для источников белого света, таких как как сварочные дуги. Например, простой расчет показывает, что вклад этого диапазона длин волн составляет всего 1% для источников света с плоским спектральным распределением.

Эффективная яркость синего света измерялась 18 раз для каждого условия, после чего рассчитывались среднее значение (M) и стандартное отклонение (SD). Некоторые измерения показали чрезвычайно низкие значения, очевидно, из-за того, что измерительное поле не попало точно в дугу. Эти аномальные измерения были исключены путем исключения значений меньше (M — SD), а среднее значение и стандартное отклонение были пересчитаны. Максимально приемлемая продолжительность воздействия рассчитывалась исходя из эффективного излучения синего света для каждого условия.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Для каждого условия можно было провести не менее 13 достоверных измерений, которые использовались для расчета средней спектральной яркости и средней эффективной яркости синего света. От одного до пяти из 18 измерений были исключены как аномальные измерения для каждого условия, что привело к увеличению средней эффективной яркости синего света на 3–20% и снижению стандартного отклонения на 5–33%.

Спектральная яркость сварочной дуги имела характерную форму с множеством эмиссионных линий (рис. 3 и 4).Общая интенсивность свечения дуги в целом увеличивалась с увеличением сварочного тока для каждой сварочной проволоки, но спектральные характеристики оставались неизменными.

Рис. 3.

Спектральное излучение дуги в CO 2 Дуговая сварка малоуглеродистой стали сплошной проволокой.

Рис. 3.

Спектральное излучение дуги в СО 2 Дуговая сварка малоуглеродистой стали сплошной проволокой.

Рис. 4.

Спектральное излучение дуги в CO 2 Дуговая сварка малоуглеродистой стали порошковой проволокой.

Рис. 4.

Спектральное излучение дуг в СО 2 Дуговая сварка низкоуглеродистой стали порошковой проволокой.

Точно так же эффективная яркость синего света, рассчитанная по спектральной яркости сварочной дуги, обычно увеличивается с увеличением сварочного тока; при больших сварочных токах эффективная яркость синего света была выше для сплошной проволоки, чем для порошковой. Эффективная яркость синего света варьировалась от 33,7 до 213,1 Вт·см -2 ср -1 для сплошной проволоки и от 22.9 до 162,9 Вт·см −2 ср −1 для порошковой проволоки (рис. 5). Соответствующая максимально допустимая продолжительность воздействия составила 0,47–2,97 с для сплошной проволоки и 0,61–4,36 с для порошковой проволоки, что означает, что суммарное суточное воздействие сварочной дуги без средств защиты глаз не должно превышать эту продолжительность.

Рис. 5.

Эффективное излучение дуги в синем свете при CO 2 Дуговая сварка мягкой стали. Максимально допустимая продолжительность воздействия указана на правой шкале.

Рис. 5.

Эффективное излучение дуги в синем свете при CO 2 Дуговая сварка низкоуглеродистой стали. Максимально допустимая продолжительность воздействия указана на правой шкале.

ОБСУЖДЕНИЕ

Это исследование показывает, что дуги при дуговой сварке низкоуглеродистой стали CO 2 не должны наблюдаться в течение >0,47–4,36 с всего в день. Таким образом, при дуговой сварке CO 2 каждый сварщик и помощники, наблюдающие за дугой и объектами вблизи дуги, должны носить защитные очки с фильтром соответствующего номера затемнения и смотреть через фильтр, чтобы защитить себя от синий свет.Кроме того, поскольку они надевают защитные очки (фильтр), им следует избегать прямого воздействия света при зажигании дуги. Хотя экспозиция при поджигании дуги длится всего доли секунды, сварщики обычно выполняют эту задачу много раз в день и, следовательно, общая продолжительность экспозиции может превышать лимит. Таким образом, сварщики и их помощники должны убедиться, что они надели защитные очки, прежде чем зажигать дугу, когда они начинают операцию дуговой сварки.

Наши данные (рис. 5) согласуются с эффективной яркостью синего света, которую Marshall et al. (1977) определили для дуговой сварки низкоуглеродистой стали СО 2 , хотя они использовали другой метод измерения (17,5 и 53,7 Вт·см -2 ср -1 при сварочных токах 90 и 150 А соответственно). Это поддерживает надежность наших методов и результатов, несмотря на технические трудности определения эффективного излучения синего света сварочных дуг.

Когда сварочная дуга рассматривается как небольшой источник света, стягивающий угол <0,011 рад, можно использовать критерии для малых источников света, чтобы обеспечить более длительное воздействие (ICNIRP, 1997; ACGIH, 2009).Например, Marshall и др. (1977) сделал фотографии дуг для различных процессов дуговой сварки и измерил площадь внутри контура, соответствующую уровню излучения 1/e (~37%), умноженному на пиковое излучение на фотографии. Они установили, что размер дуги при дуговой сварке низкоуглеродистой стали СО 2 составляет 1,2–9,2 мм 2 , что соответствует диаметру 1,2–3,4 мм, если дуга предполагается круговой. Когда сварщик смотрит на эту дугу с расстояния 50 см, дуга образует угол 0.0024–0,0068 рад, что составляет <0,011 рад, и можно использовать критерии малого источника света. Однако сварочная дуга не имеет определенных границ и, следовательно, определенного размера, поэтому к сварочным дугам обычно трудно применить критерий малого источника света.

Критерии (ICNIRP, 1997; ACGIH, 2009) прямо не указывают, но подразумевают, что эффективное излучение синего света должно быть усреднено по кругу с угловым диаметром 0,011 рад. Таким образом, опасность синего света, определенная в этом исследовании, считается для расстояния просмотра 7.3 см, так как эффективная яркость синего света определялась при усредняющем поле зрения диаметром 0,8 мм, что соответствует угловому диаметру 0,011 рад на этом расстоянии наблюдения. Однако сварочная дуга обычно видна на большем расстоянии. В этом случае эффективное излучение синего света может быть ниже в зависимости от размера дуги, поскольку оно усредняется по большей площади, и, следовательно, опасность синего света может быть ниже.

Поскольку эффективное излучение дуги в синем свете может сильно различаться в зависимости от процесса и условий сварки, необходимо провести дополнительные исследования для других процессов и условий сварки.Например, дуговая сварка алюминиевых сплавов должна оцениваться, потому что ее дуги кажутся более белыми, чем дуги при дуговой сварке стали, что указывает на то, что они излучают большое количество синего света.

ВЫВОДЫ

Это исследование показывает, что очень опасно наблюдать за дугой при дуговой сварке мягкой стали CO 2 . Сварщики и их помощники должны использовать соответствующие защитные очки во время этих операций дуговой сварки. Кроме того, им следует избегать прямого воздействия света при начале дуговой сварки.

ФИНАНСИРОВАНИЕ

Исследовательский проект «Вредные агенты, связанные с процессами дуговой сварки» (P20-02).

Каталожные номера

ACGIH

TLV и BEI

2009

Цинциннати, Огайо

ACGIH

,  ,  , et al.

Макулопатия сварщиков, несмотря на использование защитных линз

,

Сетчатка

,

1996

, том.

16

 (стр. 

257

9

).

Ожоги сетчатки, вызванные воздействием сварочных дуг MIG: отчет о двух случаях

,

Br J Ophthalmol

,

1988

, том

72

 (стр.

570

5

),  ,  , и др.

Световая макулопатия при дуговой сварке. История болезни

,

Int Ophthalmol

,

1987

, vol.

10

 (стр.

157

9

),  ,  , и др.

Макулопатия, вызванная сварочной дугой. Отчет о 3 случаях

,

Acta Ophthalmologica

,

1993

, vol.

71

 (стр. 

402

4

). , .

Измерения оптического излучения сварочных дуг

,

Измерения опасностей оптического излучения

,

1998

Мюнхен, Германия

Märkl-Druck

(стр.

553

7

)

ICNIRP

Рекомендации по пределам воздействия широкополосного некогерентного оптического излучения (от 0,38 до 3 мкм)

,

Health Phys

,

1997

73

 (стр. 

539

54

),  ,  , и др. , 

Оценка потенциальной опасности для сетчатки глаза от оптического излучения, генерируемого электрической сваркой и режущей дугой

1977

Абердинский испытательный полигон, Мэриленд

Агентство гигиены окружающей среды армии США

 .

Профессиональные заболевания хрусталика и сетчатки

,

Br Med J

,

1949

, vol.

41

 (стр. 

392

4

),  .

Повреждение сетчатки сварочной дугой

,

Am J Офтальмол

,

1974

, том.

77

 (стр. 

663

8

).

Измерение эффективного излучения сварочной дуги в синем свете

24

 (стр. 

213

26

),  ,  .

Оценка опасности синего света от различных источников света

,

Dev Ophthalmol

,

2002

, том

35

 (стр.

104

12

),  ,  , и др.

Оценка воздействия излучения при дуговой сварке алюминия

93

 (стр. 

298

306

),  ,  .

Макулопатия сварочной дуги и флуфеназин

,

Br J Ophthalmol

,

1991

, том.

75

 (стр. 

433

5

),  ,  .

Ожог сетчатки глаза сварочной дугой

,

Can J Ophthalmol

,

1978

, том.

13

 (стр. 

120

2

),  ,  .

Макулопатия сварочной дуги

,

Am J Офтальмол

,

1986

, том.

102

 (стр. 

394

5

).

Образование отверстия в макуле. Легкий ожог от воздействия электросварки

,

Am J Офтальмол

,

1936

, том.

19

 (стр. 

457

60

)

© Автор, 2009 г. Опубликовано Oxford University Press от имени Британского общества гигиены труда

Расходные материалы для дуговой сварки: полное руководство

 

Дуговая сварка использует поток электронов, проходящий через воздух/газ, известный как «дуга», для нагрева металлических заготовок в локализованной области с образованием расплавленной ванны, известной как «сварочная ванна».Как только дуга перемещается или удаляется, сварочная ванна затвердевает, создавая связь между ранее отдельными частями.

 

Существует два основных типа расходных материалов для сварки , один из которых представляет собой материалы, которые составляют часть самого сварного шва (часто называемого «присадочным металлом»), а другой представляет собой детали, которые расходуются для обеспечения процесса сварки. В этой статье мы сосредоточимся на расходуемых деталях, которые позволяют выполнять сварку, сосредоточив внимание на процессах MIG/MAG , TIG и MMA .

 

Мы ставим сварку MIG/MAG на первое место не потому, что это лучший способ сварки с точки зрения целостности сварного шва, а потому, что это то, с чем знакомо большинство сварщиков. Его главными преимуществами являются производительность, гибкость и тот факт, что это относительно простой процесс обучения.

 

 

Сварка MIG/MAG — это процесс, при котором дуга зажигается между непрерывно подаваемой плавящейся проволокой (присадочный металл) и заготовкой. Эта проволока вплавляется в «сварочную ванну» (расплавленную «лужу»), образованную дугой на заготовке, и добавляет дополнительный материал к сварному шву.Поскольку большинство металлов будут гореть на воздухе при этих температурах, вводится защитный газ, чтобы удерживать кислород (и другие химически активные газы) от расплавленного металла.

Таким образом, проблема, с которой сталкивается тот, кто хочет изготовить сварочный аппарат MIG , заключается не только в том, как создать правильные электрические условия, позволяющие зажигать и поддерживать сварочную дугу, но не менее важной является подача присадочного металла и защитного газа к область, сваренная точным и последовательным образом.

Обычный метод подачи сварочной дуги, защитного газа и присадочного металла к заготовке достигается с помощью сварочной горелки (или «пистолета»), которая обычно имеет длину от 3 до 4 метров и присоединяется к положительному электрическому выводу. сварочного аппарата.Устройство подачи проволоки проталкивает присадочный металл (в форме проволоки) вдоль горелки через «лайнер», выходящий из конца через «контактный наконечник», который придает ему электрический заряд. В то же время защитный газ подается в горелку под давлением ее сжатого цилиндра и выходит через сопло (или «кожух»), окружающее контактный наконечник. Заземляющий провод, прикрепленный к отрицательной электрической клемме сварочного аппарата, прижимается к заготовке, чтобы обеспечить замкнутую цепь; и сварочная горелка, и заземляющий провод широко известны как «вторичные» расходные материалы.

Расходуемые детали MIG, детали машин MIG могут быть товаром, но они играют решающую роль в достижении качества сварки и могут напрямую влиять на общую производительность и стоимость операции. Плохо спроектированная горелка MIG может быть не только неудобной для оператора, но и может создавать проблемы, такие как плохая подача присадочной проволоки и неравномерная газовая защита.

Переходя к основным расходным деталям, они обычно состоят из гильзы, контактного наконечника, газового сопла и газового диффузора.Именно эти детали в первую очередь отвечают за равномерную подачу сварочной проволоки MIG, поддержание газовой защиты и создание электропроводности, необходимой для хорошей сварочной дуги. Расходные материалы более высокого качества обычно изготавливаются из материалов высшего качества с более точными допусками, чтобы максимально увеличить срок их службы, повысить качество сварки и уменьшить разочарование оператора. Детали низкого качества создают ненужные проблемы для оператора, который уже может быть требовательной работой, например;

  • Повторное прожигание (приплавление конца проволоки к наконечнику), требующее длительной повторной подачи
  • Неравномерная подача проволоки, вызывающая чрезмерное разбрызгивание и плохой внешний вид сварного шва
  • Дополнительные простои из-за частой замены выгоревших деталей
  • Плохая газовая защита, вызывающая пористость в валике сварного шва и, следовательно, возможный ремонт

Подсчитано, что расходуемые детали составляют менее 1% стоимости метра сварного шва, в отличие от 76%, приходящихся на заработную плату.Это дает убедительные аргументы в пользу покупки качественных деталей, а не просто выбора самых дешевых из рекламируемых.

 

Сварка ВИГ является одним из наиболее распространенных способов получения высокопрочных и эстетически привлекательных сварных швов. Это очень гибкий процесс, позволяющий сваривать почти все металлы с помощью одного типа машины и защитного газа (аргона).

 

 

Подобно сварке MIG/Mag, процесс TIG соединяет металлы путем локального нагревания их до температуры плавления с помощью электрической дуги.Однако в этом случае дуга зажигается между термостойким вольфрамовым электродом и заготовкой, в то время как присадочная сварочная проволока TIG обычно подается в сварочную ванну независимо друг от друга. Опять же, вводится защитный газ, чтобы удерживать химически активные газы, присутствующие в воздухе, вдали от расплавленного металла.

Электрическая дуга и защитный газ подаются к изделию с помощью сварочной горелки, длина которой обычно составляет 4 или 8 метров, а вольфрамовый электрод, от которого исходит дуга, удерживается в цанге внутри головки горелки.В то же время защитный газ подается в горелку под давлением ее сжатого цилиндра и выходит через сопло, из которого выступает вольфрам. Провод заземления завершает цепь, он и горелка являются «вторичными» расходными материалами для сварки TIG.

Основные расходуемые детали, обычно состоящие из цанги, корпуса цанги и керамического сопла, должны иметь точные размеры, чтобы вольфрамовый электрод оставался концентричным относительно керамического сопла. Эксцентрично установленная вольфрамовая вставка приведет к блужданию сварочной дуги и затруднит контроль над сварочной ванной.Как и в случае расходных материалов для сварки MIG , расходные материалы более высокого качества обычно изготавливаются из материалов высшего качества, которые лучше выдерживают сильный нагрев. Это особенно касается цанг для небольших горелок TIG , а также керамических сопел для высокоамперных приложений. Опять же, детали низкого качества вызывают ненужные разочарования у операторов, которые гордятся своей работой, например;

  • Блуждание дуги, вызывающее ухудшение внешнего вида сварного шва
  • Попадание вольфрама в сварочную ванну из-за деформации цанги под воздействием тепла
  • Плохая газовая защита, вызывающая пористость наплавленного валика и возможный ремонт
  • Дополнительные простои из-за частой замены выгоревших деталей
  • Керамические концы сопла растрескиваются и отваливаются

 

Сварка MMA (ручная металлическая дуга или «палка») — это оригинальный распространенный метод дуговой сварки.Это простой и гибкий процесс, который можно использовать в первую очередь для черных металлов, но, тем не менее, он требует хорошей квалификации оператора.

 

Сварка ММА работает путем образования электрической дуги между покрытым флюсом металлическим плавящимся электродом и заготовкой. Как и в случае других процессов дуговой сварки, упомянутых выше, при этом происходит локальное расплавление металлического сердечника электрода и заготовки, образуя прочную связь при ее охлаждении. Однако принципиальная разница заключается во флюсовом покрытии электрода, которое «сгорает» во время сварки, создавая газовую защиту от кислорода воздуха.Этот процесс очень надежен и позволяет получить сварные швы с высокой степенью целостности в атмосферных условиях вне помещений, что не может быть достигнуто ни при сварке MIG, ни при сварке TIG.

Сварочная дуга подается к изделию с помощью провода с ручкой на одном конце для удержания плавящегося электрода. В некотором смысле, в процессе сварки ММА нет расходуемых деталей. Однако держатели электродов, зажимы заземления и сварочные провода изнашиваются по мере использования, вызывая такие проблемы, как:

  • Изношенный электрододержатель, из-за которого электрод выпадает или меняет положение во время сварки
  • Снижение мощности сварки из-за плохой проводимости земли и электрода
  • Возникновение дуги в гнездах машины из-за изношенных соединителей/вилок сварочных проводов
  • Оплавление изоляции сварочного провода из-за ослабления соединителей

Рекомендуется регулярно заменять сварочные провода и использовать правильный размер кабеля, держатели и зажимы заземления; полезное руководство показано ниже;

 

Где найти поставщиков качественных сварочных материалов в Великобритании?

Если вы сварщик или работаете в отрасли, то знаете, насколько важны правильные расходные материалы для ваших сварщиков.В PWP  ltd мы стремимся помочь индустрии металлообработки сделать все возможное. Это означает предоставление лучших инструментов для проектов, чтобы каждый конечный результат был идеальным.

Наша обширная линейка продуктов ориентирована на предоставление решений, с которыми могут работать наши клиенты. В конце концов, наше видение заключается в том, чтобы дать сварщикам качественное оборудование, чтобы помочь им во всех отраслях стать более эффективными, продуктивными и прибыльными.

Не говоря уже о том, что мы предлагаем быструю доставку, чтобы ваши задержки и время простоя были сведены к минимуму, когда это возможно.Опять же, это всего лишь часть нашего стремления к тому, чтобы сварщики во всем мире достигали своих целей! Поэтому, если вам нужна консультация специалиста или новый сварочный аппарат или расходные материалы , свяжитесь с нами сегодня. Позвоните нам по телефону 01234 345111 или напишите по электронной почте [email protected] , чтобы разместить запрос или узнать больше у нашей знающей и преданной команды.

 

Биография автора:

Эта статья была написана Ричардом Фрайером, партнером PWP Industrial с 24-летним опытом работы.

Увлеченный поддержкой профессиональных сварщиков и продемонстрированной историей поставок продукции для сварки и производства, Ричард является бесценным активом PWP Industrial и вносит свой вклад в достижение конечной цели — предоставление инновационных решений. Свяжитесь с Ричардом на Linkedin.

Сварочные дуги

Сварочные дуги  используются в качестве концентрированного источника высокотемпературного тепла, который можно перемещать и использовать для расплавления основного металла и присадочного металла для получения сварных швов.Дуга — это место, где происходит настоящее действие во всех процессах дуговой сварки.

Типы сварочных дуг

Существует два основных типа сварочных дуг. Один использует нерасходуемый электрод, а другой использует расходуемый электрод. Неплавящийся электрод не плавится в дуге, а присадочный металл не переносится потоком дуги. Сварочные процессы, в которых используется дуга неплавящегося электрода, представляют собой угольную дуговую сварку, дуговую сварку вольфрамовым электродом и плазменную дуговую сварку.

Расходуемый электрод плавится в дуге и переносится потоком через дугу, превращаясь в наплавляемый металл. Сварочные процессы, в которых используется дуга плавящегося электрода, представляют собой дуговую сварку с защитным металлом, дуговую сварку металлическим электродом в среде защитного газа, дуговую сварку с флюсовой проволокой и дуговую сварку под флюсом.

Функция сварочных дуг

 Основной функцией сварочной дуги является выделение тепла. При этом они производят яркий свет, шум и, в частном случае, бомбардировку, снимающую поверхностные пленки с основного металла.Сварочная дуга представляет собой постоянный электрический разряд через плазму с высокой проводимостью. Он производит достаточную тепловую энергию, которая полезна для соединения металлов плавлением.

Сварочная дуга представляет собой стационарное состояние, поддерживаемое в зазоре между электродом и заготовкой, которое может проводить ток в диапазоне от 5 до 2000 ампер и напряжение от 10 вольт до самого высокого напряжения, используемого на большие плазменные установки. Сварочная дуга несколько отличается от других электрических дуг, поскольку она имеет геометрическую конфигурацию точка-плоскость, где точка является концом дуги электрода, а плоскость представляет собой область дуги на заготовке.

Независимо от того, является ли электрод положительным или отрицательным, дуга ограничивается на электроде и распространяется к заготовке. Длина дуги пропорциональна напряжению на дуге. Если длина дуги увеличивается за пределы определенной точки, дуга внезапно гаснет. Это означает, что существует определенный ток, необходимый для поддержания дуги разной длины. Если используется более высокий ток, может поддерживаться более длинная дуга.

Столб дуги обычно имеет круглое поперечное сечение и состоит из внутреннего ядра плазмы и внешнего пламени.Плазма несет большую часть тока. Плазма сильноточной дуги может достигать температуры 5000—50 000° К. Внешнее пламя дуги намного холоднее и имеет тенденцию удерживать плазму в центре. Температура и диаметр центральной плазмы зависят от величины тока, проходящего через дугу, защитной атмосферы, размера и типа электрода.

Кривая дуги, показанная на рисунке 10-14, принимает нелинейную форму, которая в одной области имеет отрицательный наклон.Напряжение дуги немного увеличивается по мере увеличения тока. Это верно, за исключением очень слаботочной дуги, которая имеет более высокое дуговое напряжение. Это связано с тем, что слаботочная плазма имеет достаточно малую площадь поперечного сечения, и с увеличением тока поперечное сечение плазмы увеличивается, а сопротивление уменьшается. Проводимость дуги увеличивается быстрее, чем просто пропорционально току.

Дуга поддерживается, когда электроны испускаются или испаряются с поверхности отрицательного полюса (катода) и текут через область горячего электрически заряженного газа к положительному полюсу (аноду), где они поглощаются.Катод и анод — электрические термины для отрицательного и положительного полюсов.

Действие сварочной дуги лучше всего можно объяснить, рассмотрев дугу вольфрамового электрода постоянного тока в атмосфере инертного газа, как показано на рисунке 10-15. Слева вольфрамовая дуга подключена к отрицательному электроду постоянного тока (DCEN). Когда дуга зажигается, электрод нагревается и испускает электроны. Испускаемые электроны притягиваются к положительному полюсу, проходят через дуговой промежуток и повышают температуру атомов защитного газа аргона, сталкиваясь с ними.

Столкновения электронов с атомами и молекулами вызывают термическую ионизацию некоторых атомов защитного газа. Положительно заряженные атомы газа притягиваются к отрицательному электроду, где их кинетическая энергия (движения) преобразуется в тепло. Это тепло сохраняет вольфрамовый электрод достаточно горячим для эмиссии электронов.

Эмиссия электронов с поверхности вольфрамового катода известна как термоэлектронная эмиссия. Положительные ионы также пересекают дугу.Они перемещаются от положительного полюса, или работы, к отрицательному полюсу, или электроду. Положительные ионы намного тяжелее электронов, но помогают переносить ток относительно низковольтной сварочной дуги.

Наибольшая часть тока, примерно 99 процентов, проходит через поток электронов, а не через поток положительных ионов. Непрерывная подача электронов в сварочную цепь от источника питания обеспечивает постоянный баланс между электронами и ионами в дуге.Электроны, сталкиваясь с изделием, создают интенсивное локализованное тепло, обеспечивающее плавление и глубокое проникновение основных металлов.

В дуге постоянного тока от вольфрама к основному металлу в атмосфере инертного газа максимальное выделение тепла происходит на положительном полюсе (аноде). Когда электрод положительный (анод), а работа отрицательная (катод), как показано на рисунке 10-15, электроны перетекают от работы к электроду, где они создают сильное тепло. Электрод склонен к перегреву.

Для DCEP (dcsp) используется электрод большего размера с большей теплопоглощающей способностью, чем для DCEN (dcrp) при одном и том же сварочном токе.Кроме того, поскольку при работе выделяется меньше тепла, проникновение не так велико. Одним из результатов сварки DCEP является эффект очистки основного металла, прилегающего к области дуги. Это выглядит как протравленная поверхность и известна как католическое травление. Это результат бомбардировки положительными ионами.

Эта бомбардировка положительными ионами также происходит во время полупериода обратной полярности при использовании переменного тока для сварки. Сужение происходит в плазменной дуговой горелке, когда дуга проходит через небольшое отверстие в медном сопле с водяным охлаждением.Характерной чертой дуги является то, что чем больше она охлаждается, тем горячее она становится; однако для этого требуется более высокое напряжение.

При подаче дополнительного газа через маленькое отверстие дуга еще больше сужается и появляется высокоскоростная высокотемпературная газовая струя или плазма. Эта плазма используется для сварки, резки и напыления металла. Длину дуги или зазор между электродом и изделием можно разделить на три области: центральную область, область, прилегающую к электроду, и область, прилегающую к изделию.

В концевых областях охлаждающий эффект электрода и работа вызывают быстрое падение потенциала. Эти две области известны как анодная и катодная капли, в зависимости от направления протекания тока. Длина центральной области или столба дуги составляет 99% длины дуги и является линейной по отношению к напряжению дуги.

На рис. 10-16 показано распределение тепла в дуге, которое различается в этих трех областях. В центральной области дугу окружает круговое магнитное поле.Это поле, создаваемое протекающим током, имеет тенденцию сжимать плазму и известно как эффект магнитного пинча. Сужение вызывает высокое давление в плазме дуги и чрезвычайно высокие скорости.

Это, в свою очередь, производит струю плазмы. Скорость плазменной струи приближается к скорости звука. Катодная капля представляет собой электрическое соединение между столбом дуги и отрицательным полюсом (катодом). В этой точке наблюдается относительно большое падение температуры и потенциала. В этот момент электроны испускаются катодом и отдаются столбу дуги.

Стабильность дуги зависит от плавности потока электронов в этой точке. Вольфрам и углерод обеспечивают тепловую эмиссию, поскольку оба являются хорошими эмиттерами электронов. Они имеют высокие температуры плавления, практически неплавятся, поэтому используются для сварочных электродов. Поскольку вольфрам имеет самую высокую температуру плавления среди всех металлов, он является предпочтительным.

Падение анода происходит на другом конце дуги и представляет собой электрическое соединение между положительным полюсом (анодом) и столбом дуги.Температура изменяется от температуры столба дуги к температуре анода, которая значительно ниже. Снижение температуры происходит потому, что в этой области меньше ионов. На аноде и на катоде выделяется больше тепла, чем от столба дуги.

Углеродная дуга

В угольной дуге стабильная дуга постоянного тока получается, когда уголь отрицательный. В этом состоянии около 1/3 тепла приходится на отрицательный полюс (катод) или электрод, а около 2/3 тепла приходится на положительный полюс (анод) или заготовку.

Сварочные дуги с плавящимся электродом

В дуговой сварке плавящимся электродом электрод плавится, и расплавленный металл проходит через дугу. Одинаковая длина дуги поддерживается между электродом и основным металлом за счет подачи электрода в дугу с той скоростью, с которой он плавится. Атмосфера дуги оказывает большое влияние на полярность максимального тепла. При дуговой сварке защищенным металлом атмосфера дуги зависит от состава покрытия на электроде.

Обычно максимальный нагрев приходится на отрицательный полюс (катод). При сварке с прямой полярностью электродом E6012 электрод представляет собой отрицательный полюс (DCEN), и скорость плавления высокая. Проникновение минимальное. При сварке обратной полярностью электродом Э6010 (DCEP) максимальный нагрев по-прежнему приходится на отрицательный полюс (катод), но это уже основной металл, обеспечивающий глубокий провар.

Это показано на рисунке 10-17. При стальном электроде без покрытия на стали полярность максимального нагрева является положительным полюсом (анод).Неизолированные электроды работают с прямой полярностью (DCEN), так что максимальный нагрев приходится на основной металл (анод) для обеспечения достаточного проникновения. Когда электроды с покрытием работают на переменном токе, при каждой полярности дуги выделяется одинаковое количество тепла.

Сила дуги сварочного электрода

Силы, заставляющие металл перемещаться поперек дуги, одинаковы для всех процессов дуговой сварки плавящимся электродом. Тип переноса металла определяет полезность процесса сварки.Он влияет на положение сварки, которое можно использовать, глубину провара, устойчивость сварочной ванны, контур поверхности сварного шва и количество потерь при разбрызгивании.

Переносимый металл варьируется от маленьких капель, меньших диаметра электрода, до капель большего диаметра, чем электрод. Тип переноса зависит от плотности тока, полярности электрода, атмосферы дуги, размера электрода и состава электрода.Несколько сил влияют на перенос жидкого металла через дугу.

Это поверхностное натяжение, плазменная струя, гравитационная сварка в плоском положении и электромагнитная сила. Поверхностное натяжение жидкости заставляет поверхность жидкости сжиматься до минимально возможной площади. Это натяжение имеет тенденцию удерживать капли жидкости на конце плавящегося электрода независимо от положения сварки.

Эта сила препятствует переносу металла через дугу и помогает удерживать расплавленный металл в сварочной ванне при сварке в потолочном положении.Сварочная дуга сужается на электроде и распространяется или расширяется на заготовке. Плотность тока и температура дуги самые высокие там, где дуга наиболее сжата, на конце электрода.

Дуга, работающая в газовой атмосфере, содержит плазменную струю, протекающую по центру столба дуги между электродом и основным металлом. Капли расплавленного металла в процессе отрыва от торца электрода или в полете разгоняются по направлению к заготовке плазменной струей.

Гравитация Земли отрывает каплю жидкости, когда электрод направлен вниз, и является сдерживающей силой, когда электрод направлен вверх. Гравитация оказывает заметное влияние только при малых токах. Разница между массой капли расплавленного металла и массой заготовки имеет гравитационный эффект, который стремится притянуть каплю к заготовке. Дуга между двумя электродами не осаждает металл ни на одном из них.

Электромагнитная сила также способствует переносу металла через дугу.Когда сварочный ток протекает через электрод, вокруг него создается магнитное поле. Электромагнитная сила действует на каплю жидкого металла, когда она собирается отделиться от электрода. По мере плавления металла площадь поперечного сечения электрода на расплавленном кончике изменяется.

Электромагнитная сила зависит от того, увеличивается или уменьшается поперечное сечение. Есть два способа действия электромагнитной силы, чтобы отделить каплю от кончика электрода.Когда капля больше диаметра электрода и электрод положительный (DCEP), магнитная сила стремится отделить каплю.

Когда происходит сужение или сужение, которое происходит, когда капля вот-вот отделится, магнитная сила действует от точки сужения в обоих направлениях. Капле, которая начала отделяться, будет дан толчок, увеличивающий скорость отделения. Рисунок 10-18 иллюстрирует эти две точки.

Магнитная сила также создает давление внутри капли жидкости.Максимальное давление направлено радиально к оси электрода и при больших токах вызывает удлинение капли. Это придает капле жесткость и заставляет ее выступать на одной линии с электродом независимо от положения сварки.

Итак, все дело было в сварочных дугах. Пожалуйста, не стесняйтесь делиться своими мыслями/наблюдениями в разделе комментариев ниже.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.