Электродуговая сварка. Электрическая дуга, источники ее питания и предъявляемые к ним требования. (Решение → 318)

Заказ №39301

Электродуговая сварка. Электрическая дуга, источники ее питания и предъявляемые к ним требования.

Электродуговая сварка — наиболее распространенный способ соединения металлических деталей, использующий тепло электрической дуги. Электрическая дуга представляет непрерывный поток электронов и ионов, образующихся между двумя электродами в той или иной среде как постоянным, так и переменным токами. Для создания и поддержания дуги необходимо ионизировать воздушный промежуток или специально созданную газообразную среду. Непрерывная ионизация воздуха или газа обеспечивается электронами, вылетающими с поверхности отрицательно заряженного электрода. Эти электроны сталкиваются с атомами или молекулами газообразных веществ, находящихся в пространстве между электродами, возбуждают или ионизируют их. В дуговом разряде выбрасывание (эмиссия) электронов с катода происходит под влиянием двух факторов: высокой температуры (термоэлектронная эмиссия) и напряженности электрического поля (автоэлектронная эмиссия). Отрицательно заряженные частицы бомбардируют анод, а положительно заряженные — катод. Взаимная бомбардировка ионов при соответствующем напряжении дуги превращает кинетическую энергию этих частиц в тепловую и световую; электроны превращаются в электроны проводимости, а ионы нейтрализуются. Тепловая и световая энергия в сварочной дуге выделяется неравномерно. На аноде выделяется около 43% тепла за счет бомбардировки его электронами, имеющими более высокую кинетическую энергию, чем ионы, бомбардирующие катод; на катоде выделяется около 36% общего количества тепла сварочной дуги. Остальное тепло (~21%) образуется в столбе дуги. Температура электрической дуги зависит от материала электродов; при угольных электродах она составляет на катоде около 3200 °С, на аноде — около 3900 °С; при металлических электродах — соответственно 2400 и 2600 °С. В центре дуги, по ее оси, температура достигает 6000—7000 °С. 159 При электродуговой сварке на нагревание и расплавление металла используется 60—70% тепла. Остальное его количество (30—40%) рассеивается в окружающем пространстве. На рисунке 2 изображена схема ручной дуговой сварки. Дуга возникает при пропускании тока между металлическим (проволочным) электродом 4 и основным металлом 1. Дуговой разряд (пламя дуги) имеет форму расширяющегося к поверхности изделия столба, у основания которого в толще изделия образуется кратер дуги или сварочная ванна 3. Для зажигания (возбуждения) дуги электрод под током соприкасают с изделием. Вследствие высокой плотности тока в месте контакта конец электрода и соприкасающийся с ним участок изделия сильно нагреваются. Эго обеспечивает образование дугового разряда в момент отвода электрода от поверхности изделия. Рисунок 2-Схема ручной дуговой сварки (стрелкой показано перемещение электрода) Под влиянием автотермоэлектронной эмиссии конец электрода и находящийся под ним участок изделия расплавляются, па изделии возникает сварочная ванна, в которую по каплям стекает расплавленный металл 6 с электрода 4. Пространство между оплавляющимся торцом электрода и поверхностью сварочной ванны заполняется раскаленной средой, представляющей смесь частично ионизированного воздуха, паров металла и обмазки 5, которые образуются при высоких температурах в процессе взаимодействия материала электрода и его обмазки 5 с воздухом. Электрод, перемещаясь в направлении стрелки, оставляет слой наплавленного металла 2.