 |
2.2. Влияние параметров дуги на характер переноса электродного металла
|
|
|
|
Наблюдается зависимость между напряжением дуги и силой сварочного тока при постоянной (заданной) длине дуги. Такая зависимость называется статической вольтамперной характеристикой (ВАХ). В общем случае статическая характеристика дуги имеет три ветви: падающую, горизонтальную (жёсткую) и возрастающую. Наличие таких трёх ветвей связано с тем, что для дугового разряда электрическое сопротивление не является постоянным – оно зависит от интенсивности ионизации и плотности тока.
 |
Рис. 2. 6. Внутренние статические вольтамперные характеристики дуги:
1, 2 – ВАХ, соответствующие значениям длины дуги Lд1 и Lд2 (Lд1 < Lд2); U – напряжение; I – сила тока; I, II, III – участки соответственно крупнокапельного, мелкокапельного и струйного переноса металла; Uд1, Uд2 – значения напряжения дуги
На участке I (при малой силе тока до 100 А) статическая характеристика дуги ВАХ падающая. Низкая ионизация дугового промежутка приводит к крупнокапельному переносу металла и необходимости поддержания высокого напряжения дуги. Размеры капель примерно равны диаметру электрода. До 85% электродного материала переносятся в виде крупных капель, остальные 15% осаждаются на свариваемые заготовки в виде брызг. В этих условиях значительная часть капель и брызг успевает окислиться атомарным кислородом, что приводит к неудовлетворительному качеству сварного шва; в то же время работа на повышенных напряжениях небезопасна для сварщика.
На участке II (при средней силе тока 100…1000 А) суммарное анодное и катодное падение напряжения является постоянной величиной. Площадь поперечного сечения столба дуги увеличивается пропорционально силе тока, а электропроводность изменяется мало. Сопротивление столба дуги обратно пропорционально силе тока, тогда как напряжённость электрического поля и падение напряжения в столбе дуги от силы тока не зависят. Поэтому статическая ВАХ жёсткая, а дуговой промежуток достаточно ионизирован, что приводит к мелкокапельному переносу металла и возможности использования низкого напряжения дуги. Размеры капель составляют 0, 6…0, 8 диаметра электрода. До 95% электродного материала переносятся в виде капель, остальные 5% осаждаются на свариваемые заготовки в виде брызг.
|
|
|
Капельный перенос металла происходит без замыкания каплями дугового пространства. Большинство из них заключены в оболочку из расплавленного шлака, образующегося при расплавлении материала покрытия. Качество сварного шва значительно выше, чем при крупнокапельном переносе.
Области I и II статической ВАХ дуги соответствуют режимам, применяемым при ручной дуговой сварке покрытыми электродами. Для неё характерны следующие показатели режима: напряжение дуги 14…26 В, плотность сварочного тока 5…25 А/мм2.
На участке III (при большой силе тока, свыше 1000 А) высокая энергия ионизированных частиц обеспечивает увеличение электропроводимости дугового промежутка. На этом участке статическая характеристика дуги ВАХ возрастающая, перенос металла струйный, сварочные напряжения опасны для жизни сварщика. Мелкие капли металла (диаметром 0, 3…0, 5 диаметра электрода) в виде непрерывной цепочки переносятся на свариваемые заготовки. Струйный перенос металла приводит к уменьшению выгорания легирующих примесей и повышению чистоты сварного шва.
В большинстве случаев предпочтительным является мелкокапельный перенос, поскольку в этом случае повышается стабильность горения дуги, уменьшается разбрызгивание, улучшается формирование и другие свойства шва.
|
|
|
Показанные на рисунке 2. 6 зависимости относятся к сварке как постоянным, так и переменным током. Однако дуга переменного тока обладает рядом существенных особенностей, обусловленных периодическими изменениями напряжения и силы тока в соответствии с частотой тока (50 Гц). В каждый полупериод при снижении напряжения ниже напряжения горение дуги, определяемого статической характеристикой дуги ВАХ, дуга гаснет. Несмотря на кратковременность прекращения горения, плазма дуги успевает остыть на несколько тысяч градусов, соответственно уменьшается и её проводимость. Поэтому в каждый последующий полупериод дуга может возбуждаться только при более высоком напряжении, чем напряжение горения. В результате возникают перерывы в горении дуги, что и приводит, в конечном счёте, к её обрыву. Поэтому для стабилизации горения дуги переменным током необходимо использовать специальные меры (например, введение в атмосферу дуги элементов-стабилизаторов с низким потенциалом ионизации: калия, натрия; включение в сварочную цепь специальных источников – генераторов дополнительных импульсов тока, способствующих возбуждению дуги синхронно с частотой питающей сети).
|
|
|
