Андрей Смирнов
Время чтения: ~17 мин.
Просмотров: 0

Что такое сварочная дуга

Природа возникновения явления

Процесс формирования дуги выглядит следующим образом:

  1. Сварщик на долю секунды касается электродом металлической заготовки.
  2. В момент контакта происходит короткое замыкание, сопровождающееся протеканием тока большой силы и, как следствие, мощным выделением тепла.
  3. Металл в точке прикосновения плавится. Он становится вязким, тягучим.
  4. В момент отрыва расходника от заготовки за ним тянется капля расплава.
  5. Удлиняясь, она утоньшается с образованием т.н. шейки. В какой-то момент та испаряется и превращается в облако заряженных частиц. Одновременно вследствие высокой температуры в данной зоне ионизируется воздух или защитный газ.
  6. Под действием электрического поля носители отрицательного заряда устремляются к аноду, положительного — к катоду. Начинается процесс протекания тока в плазме.

В момент контакта происходит короткое замыкание, металл в точке прикосновения плавится.

Каждый этап длится миллисекунды, разряд возникает практически мгновенно. Далее ток поддерживается эмиссией электронов на катоде. По пути к аноду они ионизируют газ и пары металла, увеличивая число свободных носителей заряда.

При каких условиях начинается горение

Электрическая сварочная дуга возникает при силе тока от 10 до 1000 А и разности потенциалов 15-40 В. В холодном воздухе розжиг затрудняется, поскольку тот слабо ионизируется. В таких условиях прогревают заготовку либо подают теплый защитный газ.

Источники питания дуги

Для создания разряда используют и постоянное, и переменное напряжение. В первом случае сварной шов получается более качественным, а металл разбрызгивается меньше.

Ток из сети 220 В преобразуется трансформатором, дающим на выходе 15-40 В.

С целью уменьшения его габаритов в современных сварочных аппаратах используют схему, состоящую из таких узлов:

  1. Входного выпрямителя.
  2. Инвертора — электронного устройства с быстропереключающимися транзисторами, управляемого микросхемой.
  3. Трансформатора.
  4. Выходного выпрямителя.

Инвертор является источником питания дуги.

Инвертор превращает постоянный ток в переменный с частотой до 80 кГц. Это позволяет не только уменьшить размеры трансформатора, но и повысить КПД аппарата.

Параметры источника подбирают с учетом способа выполнения работ. Например, при ручной сварке длина дуги колеблется, поэтому нужен аппарат с крутопадающей вольт-амперной характеристикой. Благодаря ему разряд при растягивании не гаснет, а при его укорочении ток не становится слишком большим.

При сварке плавящимся электродом с него стекают на заготовку капли металла. В такие моменты возникает ток короткого замыкания, превышающий дуговой на 20%-50%. Он пережигает образовавшийся металлический мостик, и плазменный разряд образуется снова. Эти колебания происходят в короткие моменты времени, поэтому источник должен быстро реагировать на них, стабилизируя разность потенциалов.

Чем и как определяется мощность

Плазма представляет собой проводник с протекающим по нему электрическим током. Значит, на вопрос о том, чем определяется мощность сварочной дуги, дается тот же ответ, что и для любого резистора: напряжением и амперажем. Скорость выделения тепла равна произведению этих величин.

Мощность варьируют силой тока, которая зависит от длины дуги.

Чаще мощность варьируют силой тока, которая, в свою очередь, зависит от длины дуги. Одновременно меняется и температура нагрева металла, а с ней и скорость выполнения работ.

Температурные зоны

Следует заметить, что при любом виде сварки, как плавящимся, так и неплавящимся электродом, столб дуги (его центр) имеет самую высокую температуру – порядка 5000-7000 °C, а иногда и выше.

Зоны наиболее низкой температуры располагаются в одной из активных областей, катодной или анодной. В этих зонах может выделяться 60-70% тепла дуги.

Кроме интенсивного повышения температуры заготовки и сварочного электрода, разряд излучает инфракрасные и ультрафиолетовые волны, способные оказывать вредное влияние на организм сварщика. Это обусловливает необходимость применения защитных мер.

Что касается сварки переменным током, понятие полярности там не существует, так как положение анода и катода изменяется с промышленной частотой 50 колебаний в секунду.

Дуга в этом процессе обладает меньшей устойчивостью по сравнению с постоянным током, ее температура скачет. К преимуществам сварочных процессов на переменном токе, можно отнести только более простое и дешевое оборудование, да еще практически полное отсутствие такого явления, как магнитное дутье, о котором сказано выше.

О режимах дуговой сварки

Соединение деталей методом сплавления осуществляют в различных условиях. Совокупность мер, показателей и параметров, призванную обеспечить хорошее качество шва в любой ситуации, называют режимом сварки.

Характеризующие его параметры делятся на 2 группы:

  • основные;
  • дополнительные.

К первым относятся:

  • диаметр электрода;
  • сила тока;
  • напряжение дуги.

Соединение деталей методом сплавления осуществляют в различных условиях.

Дополнительные параметры:

  • положение шва в пространстве;
  • скорость выполнения работ;
  • состав и толщина металла.

Сила тока определяется свойствами сварочного аппарата и указывается в инструкции к нему. От нее зависит количество выделяемого тепла, а значит, и глубина провара. Толстостенные элементы крупногабаритных металлоконструкций, подвергающихся воздействию больших нагрузок, соединяют током повышенной силы. Тонкую деталь он, напротив, может прожечь, поэтому ампераж снижают.

Диаметр электрода должен соответствовать силе тока.

В противном случае возникают следующие негативные моменты:

  1. Заниженный диаметр. Повреждается покрытие на стержне, дуга становится неустойчивой.
  2. Завышенный диаметр. Снижается плотность тока, нестабильными становятся длина дуги и ее положение, шов получается неровным и непрочным.

Параметры режимов ручной сварки приведены в таблице:

Толщина свариваемых деталей, мм0,51-234-56-89-1213-1516
Диаметр электрода, мм11,5-233-444-556-8
Сила тока, А10-2030-4565-100100-160120-200150-200160-250200-350

Независимо от толщины заготовок, швы на вертикальных поверхностях и потолке выполняют электродом диаметром 4 мм.

Мощные соединения делают в несколько подходов:

  1. Проваривают корень шва, используя стержень диаметром 3-4 мм.
  2. Набирают наплавку необходимой величины более толстыми изделиями.

Мощные соединения делают в несколько подходов.

С увеличением скорости процесса уменьшается ширина шва, и наоборот. Данный параметр следует выдерживать в разумных пределах. При слишком высокой скорости металл не успевает полностью расплавиться, в соединении образуются непроваренные участки. При медленной сварке сталь растекается, что тоже негативно отражается на качестве шва.

Ширина соединения и глубина провара зависят от траектории движения электрода. Его перемещают по прямой, зигзагом, елочкой и т.д.

Что такое электрическая дуга

Это один из видов электрического разряда в газе (физическое явление). Также ее называют – Дуговой разряд или Вольтова дуга. Состоит из ионизированного, электрически квазинейтрального газа (плазмы).

Может возникнуть между двумя электродами при увеличении напряжения между ними, либо приближении друг к другу.

Вкратце о свойствах: температура электрической дуги, от 2500 до 7000 °С. Не маленькая температура, однако. Взаимодействие металлов с плазмой, приводит к нагреву, окислению, расплавлению, испарению и другим видам коррозии. Сопровождается световым излучением, взрывной и ударной волной, сверхвысокой температурой, возгоранием, выделением озона и углекислого газа.

В интернете есть немало информации о том, что такое электрическая дуга, каковы ее свойства, если интересно подробнее, посмотрите. Например, в ru.wikipedia.org.

Теперь о моем несчастном случае. Трудно поверить, но 2 дня назад я напрямую столкнулся с этим явлением, причем неудачно. Дело было так: 21 ноября, на работе, мне было поручено сделать разводку светильников в распаечной коробке, после чего подключить их в сеть. С разводкой проблем не возникло, а вот когда полез в щит, возникли некоторые трудности. Жаль андройд свой дома забыл, не сделал фото электрощита, а то было бы более ясно. Возможно сделаю еще, как выйду на работу. Итак, щит был очень старый — 3 фазы, нулевая шина (она же заземление), 6 автоматов и пакетный выключатель (вроде все просто), состояние изначально не вызывало доверия. Долго боролся с нулевой шиной, так как все болты были ржавые, после чего без труда посадил фазу на автомат. Все хорошо, проверил светильники, работают.

После, вернулся к щиту, чтобы аккуратно уложить провода,  закрыть его. Хочу заметить, электрощит находился на высоте ~2 метра, в узком проходе и чтобы добраться до него, использовал стремянку (лестницу). Укладывая провода,  обнаружил искрения на контактах других автоматов, что вызывало моргание ламп. Соответственно я протянул все контакты и продолжил осмотр остальных проводов (чтобы 1 раз сделать и не возвращаться больше к этому). Обнаружив, что один контакт на пакетнике имеет высокую температуру, решил протянуть его тоже. Взял отвертку, прислонил к винту, повернул, бах! Раздался взрыв, вспышка, меня отбросило назад, ударившись об стену, я упал на пол, ничего не видно (ослепило), щит не переставал взрываться и гудеть. Почему не сработала защита мне не известно. Чувствуя на себе падающие искры я осознал, что надо выбираться. Выбирался на ощупь, ползком. Выбравшись из этого узкого прохода, начал звать напарника. Уже на тот момент я почувствовал, что с моей правой рукой (ей я держал отвертку) что-то не так, ужасная боль ощущалась.

Вместе с напарником мы решили, что нужно бежать в медпункт. Что было дальше, думаю не стоит рассказывать, всего обкололи и в больницу. Никогда походу не забуду этот ужасный звук долгого короткого замыкания – зуд с жужжанием.

Сейчас лежу в больнице, на коленке у меня ссадина, врачи думают, что меня било током, это выход, поэтому наблюдают за сердцем. Я же считаю, что током меня не било, а ожег на руке, был нанесен электрической дугой, которая возникла при замыкании.

Что там случилось, почему произошло замыкание мне пока не известно, думаю, при повороте винта, сдвинулся сам контакт и произошло замыкание фаза-фаза, либо сзади пакетного выключателя находился оголенный провод и при приближении винта возникла электрическая дуга. Узнаю позже, если разберутся.

Блин, сходил на перевязку, так руку замотали, что пишу одной левой теперь )))

Фото без бинтов делать не стал, очень не приятное зрелище. Не хочу пугать начинающих электриков….

Итак, идем дальше:

Важность полярности при сварочных работах

Разница в мощности и распределении электрической дуги определяет большую вариативность в качестве и форме шва. Если проводить аналогию по мощности: прямая полярность при сварке инвертором используется для резки, в то время как с помощью обратной свариваются тонкостенные листы (до 3 мм) или наплавляются новые слои. Обратная полярность — это щадящий режим. Его действие распространяется на бо́льшую площадь, но задействует только верхние слои поверхности. Соответственно, за счет этого быстрее происходит отток тепла: формируется мелкозернистая структура, не успевают образовываться карбиды — что позволяет сохранять оптимальное соотношение пластичности и прочности в легированных сплавах.

Особенности сваривания при прямой полярности

Прямая полярность при сварке обеспечивает устойчивую дугу, что удобно для резки металла с учетом рациональности: небольших элементов деталей, тонколистового железа.

Режим характеризуется усиленным вводом тепла: поток электронов более мощный, поэтому шов получается глубоким и узким. Для сплавов с отличной свариваемостью (углеродный коэффициент до 0,025) отмечают преимущество в структуре околошовной зоны. За счет интенсивного проплавления она куда меньше в размерах, что незначительно сказывается на прочностных свойствах изделия.

Сварка прямой полярностью применяется для большинства металлических деталей (с толщиной кромки не менее 3 мм), в том числе толстостенных.

Технология сварочного процесса при обратной полярности

Этот режим характеризуется сниженным вводом тепла в сварную ванну: более широким и неглубоким швом.

Используемая полярность при сварке основывается на химическом составе металла, обратная — предназначена для сплавов, у которых температура фазового перехода находится в нижних пределах. Менее интенсивный ввод тепла исключает перегрев расплава и околошовной зоны, переупрочнение сварного соединения, которое разрушается при небольших нагрузках.

Обратная полярность при сварке также используется для разнородных металлов, соединение которых проводится по принципу наплавления. Но применение режима для сваривания толстостенных элементов неуместно из-за малой проплавляемости.

Схема подключения инвертора при прямой и обратной полярности

Какое оборудование использовать

Полярность при сварке инвертором выбирается и настраивается вручную. Для подключения используются гнезда, выставление полярности проводится следующим образом:

  • Прямая — к гнезду со знаком «+» подключаем массу, к знаку «–» — электрод.
  • Обратная — в обратном порядке.

Имея лишь общие представления о том, как работает инверторная сварка, ее уже можно применить к большинству существующих изделий. Наличие осциллятора (ГВЧ) в аппаратах позволяет разжигать дугу, не прикасаясь к поверхности металла, что обеспечивает более красивый однородный шов. Единственным ограничением считают применение одного типа дуги, который объединяет в электрическую цепь изделие и электрод.

Заключение

Особенности современных инверторов заключаются в использовании ТВЧ. Основные элементы конструкции — это диодный мост и транзисторы высокой частоты. Все бытовые аппараты функционируют от однофазной сети, не перегружая линию.

Чтобы понять, какие возможности открываются при использовании устройства, желательно изучить принцип работы инверторной сварки. Это позволит вникнуть в саму суть происходящих процессов, расширить спектр выполняемых задач и повысить статус сварщика. На начальном этапе необходимо заручиться информационной поддержкой справочников и инструкцией по эксплуатации, в которой расписано, как выбрать ток для сварки инвертором для наиболее частых случаев. Не лишним будет изучить особенности структуры металлов и сплавов.

Природа и строение

При зажигании дуги создается электрическая цепь. В ней участвуют два электрода — анод и катод, а также участок ионизированного газа. Протекая сквозь газовое облако, электрический ток вызывает его нагрев и интенсивное свечение, связанное с излучением фотонов.

Соответственно участкам цепи, строение сварочной дуги включает в себя три основные области:

  • анодная — толщиной 10-4 см;
  • катодная 10-5 см;
  • столб дуги, длиной 4-6 мм.

В первых двух зонах  возникают активные пятна, в них происходит максимальное падение напряжения и максимальный нагрев.

Падение же напряжения в самом сварочном столбе невелико.

При действии электродуги, кроме повышенной температуры, действует еще один важный фактор — весьма интенсивное ультрафиолетовое излучение. Оно оказывает вредное воздействие на человеческий организм, прежде всего – на органы зрения и кожные покровы.

Строение сварочной дуги

Во избежание вреда для здоровья при работе с электросваркой обязательно применение средств индивидуальной защиты: сварочной маски, рукавиц и плотной одежды и обуви из негорючих материалов.

2 Сварочная дуга – что она собой представляет?

Под дугой, используемой для выполнения сварочных мероприятий, понимают одну из разновидностей электроразряда в газах. При этом разряде отмечается прохождение через газовый промежуток электротока под влиянием электрического поля. По сути, речь идет именно об электрической дуге. Но так как применяют ее в процессе сварки, дугу называют не иначе как сварочной.

На дуге фиксируется снижение напряжения. Она является одним из элементов сварочной электрической цепи. Электрод, подключаемый к «плюсовому» полюсу источника питания, при выполнении сварочных работ на постоянном токе именуют анодом. Если его подключают к «минусовому» полюсу – катодом. При работе на переменном токе каждый из сварочных стержней поочередно является то катодом, то анодом.

Дуговой промежуток – это расстояние между двумя электродами. Длина такого промежутка определяет длину электродуги. При малых температурах в стандартных условиях газы состоят из молекул и атомов с нейтральными характеристиками. Об их электропроводимости речи не идет. Добиться прохождения через газовую среду электротока можно исключительно тогда, когда в ней присутствуют ионы и электроны – элементы с определенным зарядом. Процесс формирования данных элементов принято называть ионизацией.

Заряженные частицы образуются в дуговом промежутке в результате того, что с поверхности катода начинается испускание электронов. Это приводит к ионизации паров и газов, находящихся в промежутке. Электрическая дуга может быть:

  • сжатой;
  • свободной (прямого действия).

Обозначение дуговой сварки

В соответствии со стандартом ГОСТ 2.312 – 68 установлены специальные условные обозначения для чертежей. Чтобы найти или изобразить шов, получаемый пи дуговой сварке, потребуется знать условные знаки, применяемые в строительной документации.

Шов, который видим, на чертеже рисуется сплошной чертой, невидимый – линией из штрихов. Если сварной является не шов, а только конкретная точка на поверхности, то ее обозначают знаком +. Если точка скрыта от зрения, ее не изображают. Сама сплошная линия имеет разную толщину: для границ выбирается линия более четкая, а для элементов, находящихся внутри или по кромке потребуется тонкая линия. Для упрощения работы с чертежами от каждого изображения шва идет выносная стрелка, которая укажет технический документ.

Цены

Стоимость аппаратов различных видов сварки колеблется в 2 до 170 тысяч. В зависимости от цели и объемов работ можно подобрать оборудование по нужной цене. Ассортимент техники достаточно широк. При выборе потребуется консультация специалиста, только он подскажет, на какой модификации лучше остановиться, какой прибор приобретать. 

Что это такое?

Сварочной дугой называют энергетический электрозаряд между электродами, который имеет длительную продолжительность и большое количество выделяемой энергии, ему характерна разница потенциалов, что возникает в среде газов. Определение данного понятия также свидетельствует о том, что металл с высокой плотностью электрического напряжения нагревается с высокой скоростью, изначально становясь пластичным, а в последующем готовым к плавке.

Максимальным показателем температуры, которую может достичь электрическая дуга, принято считать не более 7000 градусов по Цельсию. На практике в сварке известно, что таким образом обрабатываются металлы, которым присуще свойство плавки при температурном показателе более 3000 градусов. Согласно теоретическим данным о свойствах и строении данного электрического заряда он имеет вид проводника, в основе которого ионизированный газ. Он состоит из частей, зон, которые выделяют большой объем тепловой энергии во время протекания по ним тока.

Во время поджига дуги происходит создание гальванической цепи. В этом процессе принимает участие пара электродов, что представляют собой совокупность анода, катода, а также ионизированного газа. При протекании ток способствует нагреванию, свечению. Последнее обусловлено фотонным излучением.

При построении сварочных цепей не обойтись без участия таких областей:

  • анодной;
  • катодной;
  • столба дуги, который имеет длину от 4 до 6 миллиметров.

На первых участках происходит возникновение активных пятен, также осуществляется максимальный спад напряжения и нагревание. Во время действия электрической дуги наблюдается не только повышенная температура, но и ультрафиолетовое излучение.

Благодаря вольт-амперной характеристике определяют мощность напряжения дуги, которая напрямую связана с источником питания. От того, какой будет мощность сварочной дуги, зависит множество иных факторов, например ее длина. Характеризуясь одинаковыми параметрами источников электричества, у дуги с большей длиной будет выше мощность.

Сварочную дугу используют при стандартном процессе сваривания, при этом она характеризуется простотой проведения процедуры. Помимо этого, данный энергетический электрозаряд нашел свое применение в газовой сварке полуавтоматического типа. В этом случае на дугу подают сварочную проволоку, что способствует расплавлению материала.

Также дуги используются в автоматах, которые считаются довольно простыми в создании, и поэтому распространены в промышленном производстве. В данном случае могут использоваться как плавкие, так и неплавкие электроды. Ручная дуговая сварка работает с обычной конструкционной сталью, при этом она обеспечивает стабильность горения и надежность швов.

Мощность сварочных дуг имеет прямую зависимость от следующих факторов:

  • длины сварочной электрической дуги – она также способна определять объем тепла, что выделяется во время горения;
  • силы тока – большая сила тока препятствует угасанию длинной дуги;
  • напряжения – при повышении напряжения в небольшом диапазоне мощность возрастает.

Вольт-амперная характеристика энергетического электрозаряда – это график, который выражает зависимость напряжения от смены тока. Данный показатель может иметь такие виды:

  • нисходящий, который снижается при росте напряжения;
  • стабильный, который не меняется при смене силы тока;
  • восходящий, растущий при повышении силы тока, он обычно используется в сварках-автоматах.

По сравнению с другими электрическими зарядами дуге характерны такие особенности:

  • высокая плотность тока;
  • неравномерное падение напряжения вдоль по разрядному столбу;
  • обратная пропорциональность температуры относительно ее толщины;
  • большое число вариантов рабочего режима.

Электросварку можно назвать самым быстрым и при этом надежным вариантом неразъемного соединения деталей металлической конструкции. Ее можно применять в самых разнообразных сферах человеческой жизни, начиная от строительства и заканчивая транспортом.

Выбор режима сварки

Итак, какие именно факторы влияют на выбор того или иного режима ручной дуговой сварки. В первую очередь, это:

  • Сила тока;
  • Диаметр используемых электродов и длина сварочной дуги;
  • Скорость сварки;
  • Полярность (более подробно о том, что даёт обратная и прямая полярность, читайте здесь);
  • Количество соединений.

Главные критерии при выборе режима для ММА сварки, конечно же, задаёт характер горения сварочной дуги, стабильность которой зависит от того, насколько правильно подобрана сила тока для каких-то конкретных электродов. Чем выше будет сила тока, тем большими по диаметру электродами можно варить толстый металл. Простыми словами, большие токи обеспечивают лучшее горение дуги и хороший прогрев металла.

Следует знать, что при вертикальном наложении шва, сила тока изменяется в меньшую сторону, чем при горизонтальном, примерно на 15%. Для потолочных швов, значение сварочного тока, будет и того меньше, примерно на 20%. Очень часто значения касательно силы тока, есть на упаковке с электродами. К тому же, определить, какую силу тока выставить на сварочном аппарате, можно из нижеприведённой таблицы со значениями.

Средние показатели сварочного тока (А):

  • Диаметр электрода (1,6 мм) — электрод с рутиловым и основным покрытием (30-55 А) и (50-75 А);
  • Диаметр электрода (2 мм) — электрод с рутиловым и основным покрытием (40-70 А) и (60-100 А);
  • Диаметр электрода (2,5 мм) — электрод с рутиловым и основным покрытием (50-100 А) и (70-120 А);
  • Диаметр электрода (3 мм) — электрод с рутиловым и основным покрытием (80-130 А) и (110-150 А);
  • Диаметр электрода (4 мм) — электрод с рутиловым и основным покрытием (120-170 А) и (140-200 А);

В свою очередь, чтобы правильно определить диаметр электрода, обязательно нужно учесть толщину металла, способ сварки и геометрическое расположение шва. Так, например, для каждого электрода подбирается «свое» собственное значение тока. Если сильно увеличить при этом его показатели, то можно легко прожечь металл или наоборот, не добиться качественного и надежного сварочного шва.

Условия горения

Стандартные температурные условия в столбике сварочной дуги максимально составляют 7000 градусов тепла по Цельсию. Благодаря использованию катода можно добиться постоянства температуры, при которой произойдет возникновение и горение дуги. В данной ситуации также обязательно должны быть учтены такие параметры, как габариты, диаметр и температура в окружающей среде.

Для того чтобы получилось сварить материал любого качества, потребуется наблюдать за постоянством температуры. При исправном источнике питания температурный показатель будет постоянным, а работа элемента – качественной.

Существует несколько типов электрозаряда, благодаря которым осуществляется горение.

  1. Тлеющий. Он возникает за счет низкого давления. Обычно его используют для освещения с помощью люминесцентной лампы или экрана плазмы.
  2. Искровой. Возникает такой электрический заряд после доведения показателя давления до атмосферного. Искровому типу дуги характерна прерывистость, при этом наблюдается механизм действия, сходный с молниевым. Он нашел свое применение при розжиге двигателя внутреннего сгорания.
  3. Дуговой используют при работе сваркой или для простого освещения. У такого заряда прерывистая форма, которая возникает из-за особенностей давления в атмосфере.
  4. Коронный электрозаряд может возникнуть в результате структурной шероховатости, неоднородности. В ходе данного воздействия происходит образование струйки.
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации