Что такое электрическая дуга | Температура сварочной дуги, вольт-амперная характеристика

Метод сварки используется людьми для герметичного соединения металлов уже больше века. Изучал его еще физик Вольт. Его работы были использованы в процессе создания первого сварочного аппарата. Генерируется электрический разряд в момент, когда между электродом и рабочей поверхностью образуется короткое замыкание. Подаваемая на сварочный аппарат электрическая энергия преобразуется в тепловую, в результате чего появляется ванна расплава. В таких условиях формируется на месте стыка образуется однородный металлический шов.

Со временем, детально проанализировав вольтамперные характеристики, ученые сделали сварку более совершенной. Были созданы современные устройства, которые отлично поддерживали стабильность сварочной дуги.

СОДЕРЖАНИЕ

• Что такое сварочная дуга
• Строение и температура сварочной дуги
• Виды сварочной дуги
• Условия горения
• Как образуется электрическая дуга и причины ее возникновения
• Чем определяется мощность сварочной дуги
• Вольт-амперная характеристика сварочной дуги
• Особенности электрической дуги

Что такое сварочная дуга

Генерируемая сварочным аппаратом электрическая дуга представляет собой ни что иное, как состоящий из ионизированных частиц проводник. Он существует в определенном временном промежутке благодаря тому, что поддерживается электрическим полем. Такой разряд образуется в способной к ионизации газовой среде, характеризуется непрерывной формой и высокой температурой.

В учебных пособиях по сварочному делу данное явление определяется как электрический разряд в плазме длительного характера. Плазма является смесью защитных, ионизированных атмосферных газов в сочетании с испарениями от металлов, которые образуются под воздействием высокой температуры.

Строение и температура сварочной дуги

Разогреть металл до температуры плавления за очень короткое время можно, но для этого потребуется мощная электрическая дуга. Основные ее характеристики – вольтаж, ампераж и плотность потока заряженных частиц. Как электротехническое явление дуговой столб представляет собой проводник между полярными полюсами, состоящий из газовой среды. При этом он обладает большим сопротивлением и способен светиться.

Детальный анализ построения дуги помогает разобраться с течением температурного воздействия на металл.

Сравнительно небольшая длина электрической дуг – 5 см, которые состоят из трех зон:

• собственно, столб – это видимая светящаяся часть;
• катодная – 1 микрон;
• анодная – 10 микрон.

Поток свободных электронов определяет температуру сварочной дуги. Они формируются на катоде, который нагревается до 38% от температуры плазмы. В газовой среде отрицательные частички – электроны двигаются по направлению к аноду, в то время как положительные элементы направляются к катоду. Столб лишен какого-либо заряда и все время остается нейтральным.

Для улучшения качества и увеличения скорости работ, вы всегда можете воcпользоваться нашими верстаками собственного производства от компании VTM.

Температура частиц внутри достигает 10 000 градусов Цельсия. Воздействуя на металл, они разогревают его до 2350 градусов. Точка входа электронов среди специалистов называется анодным пятном. По сравнению с катодным оно имеет температуру на 6% выше. Поскольку плазма генерирует ультрафиолетовые, световые и инфракрасные волны, то она находится в видимом для человека спектре. Но важно учесть, что данные волны вредны для человека: и для кожи, и для глаз. Поэтому для сварщиков были разработаны специальные средства защиты.

Виды сварочной дуги

Классифицируется сварочная дуга по нескольким параметрам. В зависимости от пространственного положения электрода и типу тока она бывает:

• прямого действия. Разряд располагается перпендикулярно по отношению к рабочей поверхности и параллельно относительно электрода;
• косвенного действия. Разряд образуется между электродом, который располагается относительно рабочей поверхности под углом 40-60 градусов и самим металлом.

По составу плазменный столб делится на:

• открытый. Образуется в атмосферных газах. Питающей средой являются компоненты, испаряемые из обмазки и заготовки;
• закрытый. Генерируется под флюсом при условии присутствия газообразной фазы, которая получается из частиц, испаряемых от металла, электрода и компонентов флюса;
• с подачей инертного газа или другой защитной смеси.

Сварочная дуга отличается и в зависимости от применяемого расходного материала. В работах используются электроды:

• тугоплавкие из вольфрама;
• графитовые или угольные;
• стальные с обмазкой, содержащей ионизирующие включения.

В зависимости от времени воздействия принято различать дугу постоянную и импульсную.

Читайте также: Маркировка электродов для ручной дуговой сварки

Условия горения

Сварочный процесс основан на преобразовании электрической энергии в тепловую. Сварочный столб может удерживаться как угодно долго при условии быстрой ионизации газа. Свариваемые заготовки прогреваются, воздух вокруг них теплый и насыщен испаряемыми компонентами. Альтернативный метод – в рабочую зону специально подается газ, который может ионизироваться. Лучше всего ионизации поддаются частицы щелочноземельных и щелочных металлов. Они становятся активными сразу, как только начинает проходить ток.

Другое обязательное условие для поддержания сварочного столба – постоянная высокая температура на катоде. Ее значение зависит от химического состава и площади катода. Для этого требуется источник электричества. В условиях производства показатель температуры катодной области может доходить до 7 000 градусов.

Как образуется электрическая дуга

Сварочная дуга является ничем иным, как электрическим разрядом. Возникает она в случае замыкания цепи. В тот момент, когда электрод прикасается к поверхности свариваемого металла, начинает вырабатываться тепловая энергия в большом количестве. В точке соприкосновения металл начинает плавиться. Расплав притягивается к окончанию расходника, образуя тонкую шейку. Она почти что мгновенно распыляется под влиянием сильного электрического поля. В это время молекулы газа ионизируются, образуется защитное облако и обеспечивается свободное перемещение электродов.

Вид тока определяет направленность потока. Поджечь дугу можно на токе прямой и обратной полярности, переменном или постоянном. Частота, с какой дуга гаснет и разжигается напрямую зависит от выбранных сварщиком параметров тока.

Чем определяется мощность сварочной дуги

Основные факторы, оказывающие влияние на параметры мощности:

• напряжение. Увеличение мощности сварки достигается за счет увеличения питающего напряжения. Но в сравнительно небольшом диапазоне значений. Есть определенные ограничения и по размеру расходных материалов;
• сила тока. Прямая зависимость: чем больше показатель – тем стабильнее горит дуга;
• величина напряжения плазмы находится в прямой зависимости от мощности.

Длиной дуги принято называть расстояние от электрода доя рабочей поверхности в момент выполнения сварочных работ. От данного показателя зависит величина продуцированного тепла.

Мощность дуги определяет скорость плавления металла. Данная характеристика имеет большое значение, поскольку от нее зависит скорость выполнения операций по соединению металлов.

Силой тока меняется рабочая температура в зоне плавления. Даже длинная электрическая дуга не будет затухать при большой силе тока. Во время сварочных работ изменение настроек ампеража требуется очень редко.

Вольт-амперная характеристика сварочной дуги

Выражают параметры питания. Данные позволяют определить:

• время горения;
• мощность дуги;
• условия гашения.

Динамика вольтамперных показателей показывает изменение длины электрической дуги в период ее нестабильности. Статическая вольт-амперная характеристика дуги, наоборот, указывают на зависимость между напряжением и силой тока в период стабильности длины электродуги. Ее свойства выражены графиком, разделенным на три сектора:

• падающий. В случае увеличения силы тока резко уменьшается напряжение. Связано это с образованием столба: возрастает площадь потока плазмы и изменяется показатель ее электропроводимости;
• жесткий. Характерные особенности сектора – понижение напряжения при неизменной плотности тока. Наблюдается рост показателей силы тока в диапазоне значений 100-1000А. Прямо пропорционально увеличивается дуговой столб в диаметре. Помимо этого, изменяются анодное и катодное пятна;
• растущий. Размер катодного пятна стабилен и зависит от диаметра электрода. При увеличении силы тока в большую сторону меняются показатели дугового столба.

Вольтамперные характеристики (ВАХ) ручной дуговой сварки с неплавящимися или плавящимися электродами не доходят до третьего сектора графика, а варьируются только в первых двух. Механизированная сварка, подразумевающая использование флюсов, описывается показателями графика второго и третьего сектора. Третий сегмент в полной степени соответствует сварке плавящимся электродом в защитной среде.

В случае использования сварочного аппарата в режиме переменного тока. В каждом полупериоде на пике розжига случается возбуждение сварочной дуги. При переходах через нулевую отметку электрическая дуга затухает. Прекращается нагрев активных пятен. Ионизация газов удерживается стабильной за счет испарений активных щелочных металлов, которые присутствуют в покрытии электродов. При работе на переменном токе труднее разжечь дугу в защитной среде, нежели в случае постоянного тока.

При выборе оборудования для выполнения конкретного вида работ важно учесть, что ВАХ электрической дуги напрямую зависят от внешних вольтамперных показателей. К примеру, для ручной дуговой сварки требуется питание с падающими характеристиками вольт-ампер (повышенное напряжение на холостом ходу). При этом специалист будет иметь возможность с помощью регулятора ампеража менять длину дуги.

Сила тока при коротком замыкании во время плавления электрода на 20-50% выше показателя силы тока дуги. Выполнение работ плавящимися электродами оптимально в случае использования дуги размыкания. Для того, чтобы разжечь электродугу угольным или вольфрамовым электродом, не помешает вспомогательный разряд.

Высокие показатели силы тока при коротком замыкании могут спровоцировать прожиг заготовки. Короткое замыкание имеет место в момент, когда падает капля расплава электрода. После этого показатели резко возвращаются к исходным значениям. Возрастает ампераж до уровня тока короткого замыкания, мостик, образовавшийся между металлом и электродом быстро перегорает, и электрическая дуга снова возбуждается. Все эти изменения в столбе происходят моментально. Установка должна успеть за этот период отреагировать на изменения с тем, чтобы стабилизировать рабочие показатели.

Особенности электрической дуги

Благодаря широкому диапазону значений, электродуга совместима как с тугоплавкими, так и с привычными плавящимися электродами. Под ее воздействием металл быстро разогревается, после чего образуется ванна расплава. Преобразование электроэнергии в тепловую происходит с минимальными потерями.

По своей природе электрическая дуга сопоставима с другими видами зарядов. Ее отличительные особенности:

• созданная плотным током высокая температура;
• небольшое снижение катодного и анодного напряжения, которое в малой степени зависит от изначально заданного вольтажа;
• электрическое поле между полюсами распределяется неравномерно;
• устойчивость электрической дуги в пространстве;
• мощность и вольтамперные характеристики саморегулируются;
• границы электродуги четко очерчены.

Зажечь дугу можно одним из двух способом: чирканьем или коротким прикасанием.

ее свойства, виды, принцип работы

Из этого материала вы узнаете:

• Определение сварочной дуги
• Ключевые особенности сварочной дуги
• Области применения сварочной дуги
• Природа и строение сварочной дуги
• Виды сварочных дуг
• Источники питания сварочной дуги
• Критерии, влияющие на мощность сварочной дуги
• Вольтамперная характеристика сварочной дуги
• Условия горения сварочной дуги

В условиях современных реалий промышленность не может обойтись без сварки. А она, в свою очередь, базируется на таком явлении, как сварочная дуга, над которой трудились в свое время передовые ученые. Благодаря ей создается высокая прочность, которая так необходима в процессе соединения изделий из металла, трансформируя их в одно целое. Однако при выполнении данной процедуры важны определенные нюансы, как, например, грамотно выбранный источник питания и условия горения, иначе шов может получиться кривым.

Далее подробно расскажем о природе и строении сварочной дуги, в каких сферах она применяется, каких видов бывает и как правильно используется. С этой информацией любой сварщик моментально углубит свои знания и упрочит позиции среди специалистов данной области.

Определение сварочной дуги

Сварочная дуга – это электрозаряд, расположенный между электродами, имеющий значительную длину и выделяющий большой объем энергии. Дуга характеризуется разницей потенциалов, возникающей в газовой среде.

За счет сварочной дуги температура металла с высокой плотностью электрического напряжения быстро повышается, материал приобретает пластичность и достигает состояния, подходящего для последующей плавки.

Предельная температура сварочной дуги составляет +7 000 °C. Данную степень нагрева используют при обработке металлов, которые способны плавиться лишь при достижении показателя свыше +3 000 °C. Говоря об особенностях данного электрического заряда, нужно понимать, что сварочная дуга представляет собой проводник, возникающий за счет ионизированного газа. Дуга состоит из нескольких зон, которые, пропуская ток, выделяют много тепловой энергии.

Поджиг дуги вызывает формирование гальванической цепи, в которую входят анод, катод и ионизированный газ. При этом используются два электрода. Протекание тока приводит к нагреванию дуги, появлению исходящего от нее света – последняя характеристика объясняется наличием фотонного излучения.

Ключевые особенности сварочной дуги

Если сравнивать с прочими электрическими зарядами, дуга отличается такими особенностями:

• Высокая плотность тока, вплоть до нескольких тысяч ампер на 1 см2, что обеспечивает высокую температуру.
• Неравномерное распределение электрического поля на отрезке между электродами: около них напряжение падает, значительно усиливаясь в столбе.
• Очень высокая температура, достигающая своего пика в столбе, что связано с большой плотностью тока. За счет увеличения длины столба можно снизить нагрев электрической сварочной дуги, тогда как уменьшение его размеров приводит к росту температуры.
• Виды нахлесточных сварных соединенийВозможность добиваться разных вольтамперных характеристик за счет зависимости напряжения от плотности тока при постоянной длине или непрерывном горении дуги. Сегодня принято говорить о трех вольтамперных характеристиках.

Области применения сварочной дуги

Дуга применяется при работе с такими видами сварки:

• Полуавтоматический. В основе данного подхода лежит использование тугоплавких вольфрамовых электродов, на дугу подают присадочную проволоку.
• Ручной. Данный метод является самым популярным ввиду своей простоты.
• Автоматический. Используется на производствах, упрощая выполнение объемных задач.

Если ведутся работы с открытой плазмой, предпочтение отдают жесткой дуге, тогда как при сварке под флюсом или в среде защитного газа необходима возрастающая дуга.

Природа и строение сварочной дуги

Понимая строение дуги, проще разобраться с ее принципом действия, ведь мощная электродуга позволяет за минимальный промежуток времени довести металл до температуры, при которой он начинает плавиться. Говоря о сварочной дуге и ее свойствах под последними понимают плотность тока и вольтамперные показатели. Столб дуги представляет собой светящийся ионизированный газовый проводник от катода к аноду, обладающий высоким сопротивлением.

 

В среднем, дуга равна 5 мм. Принято выделять такие основные зоны сварочной дуги:

• анодная – имеет размер до 10 микронов;
• катодная – в 10 раз меньше первой;
• столб – различимая глазом светящаяся полоса.

Температура сварочной дуги обеспечивается благодаря потоку свободных электронов, образуемых на катодном пятне. Причем последнее нагревается до 38 % от температуры плазмы. В столбе электроны направляются к аноду, а протоны – к катоду. Сам столб лишен заряда, поэтому на протяжении всех сварочных работ сохраняет нейтральность. Температура частиц доходит до+10 000 °C, металл в процессе сварки нагревается до +2 350 °C, тогда как расплав в ванне прогрет до +1 700 °С.

Стоит пояснить, что в схеме сварочной дуги анодным пятном принято называть место входа и нейтрализации электронов. Данный участок имеет на 4–6 % более высокую температуру, чем катодное пятно. Напряжение в обеих указанных зонах значительно снижается, из-за чего невозможно их свечение. Человеческий глаз видит лишь плазму, которая испускает ультрафиолетовое, инфракрасное и световое излучение. Нужно понимать, что последнее опасно для зрения и кожных покровов, поэтому специалисты не начинают работу без индивидуальных средств защиты.

Виды сварочных дуг

На данный момент сварщики пользуются несколькими классификациями сварочных дуг – они отличаются схемами подвода тока и средой, в которой ведется работа.

Рекомендуем статьи:

• Что такое арматура: разбираемся в деталях
• Сварка арматуры: выбираем оптимальный способ
• Как варить тонкий металл: руководство для начинающих и профессионалов

Принято выделять такие виды сварки дугой:

1. Прямого действия.

Аппарат размещают параллельно обрабатываемой металлической заготовке. Дуга находится под углом 90° относительно электродов и поверхности металла.

2. Косвенного действия.

Здесь два электрода устанавливаются под углом 50° к свариваемому изделию, причем сама дуга образуется между электродом и металлом заготовки.

Сварочные дуги можно разделить на виды, исходя из атмосферы, в которой они появляются:

• Открытая сфера.

  Дуга горит на открытом пространстве, образуется газ, включающий в себя пар металла, электрода и поверхностей, обработанных сварочным инструментом.

• Закрытая сфера.

  Горение дуги происходит под защитой флюса, а газ состоит из пара материала заготовки, электродов и непосредственно флюсового слоя.

• С использованием смеси газов.

  В дуге может находиться сжатый газ, например, гелий, углекислый газ, водород, аргон и прочие примеси газовых веществ. Они защищают место сварки от окисления. Если говорить точнее, подача газа способствует восстановлению среды либо делает ее нейтральной по отношению к внешним факторам. В дугу попадает подаваемый для работы газ, пар от обрабатываемой заготовки и электродов.

В дуге может находиться сжатый газ, например, гелий, углекислый газ, водород, аргон и прочие примеси газовых веществ. Они защищают место сварки от окисления. Если говорить точнее, подача газа способствует восстановлению среды либо делает ее нейтральной по отношению к внешним факторам. В дугу попадает подаваемый для работы газ, пар от обрабатываемой заготовки и электродов.

• классический – применяется для постоянной эксплуатации;
• импульсный – подходит для одноразового использования.

Либо возможна классификация сварочных дуг на основании материала электрода. Последний может быть плавящимся или неплавящимся, изготовленным из угля, вольфрама. Высокой популярностью среди сварщиков пользуется стальной, то есть плавящийся электрод. Но практика показывает, что сегодня большинство специалистов старается выбирать неплавящиеся расходники, так как типы данных элементов достаточно сильно отличаются друг от друга.

Источники питания сварочной дуги

Разряд может создаваться при помощи постоянного или переменного тока. Стоит оговориться, что постоянное напряжение обеспечивает более надежный сварной шов, а работа сопровождается меньшим разбрызгиванием металла.

Трансформатор использует ток из сети 220 B и преобразует его в 15–40 В.

Поскольку современное сварочное оборудование имеет небольшие размеры, в нем используется схема, включающая в себя следующие узлы:

1. Входной выпрямитель.
2. Инвертор, то есть управляемое микросхемой электронное устройство с транзисторами, отличающимися высокой скоростью переключения.
3. Трансформатор.
4. Трансформатор.

Благодаря инвертору постоянный ток преобразуется в переменный частотой до 80 кГц. Таким образом удается использовать трансформатор меньшего размера, увеличив КПД всего устройства.

При выборе источника питания сварочной дуги отталкиваются от способа, которым будет осуществляться обработка металла. Допустим, в процессе ручной сварки невозможно сохранение одинаковой длины дуги, а значит, следует взять аппарат с крутопадающей вольтамперной характеристикой. Из-за этого при растягивании дуги разряд не погаснет, а при укорачивании сила тока остается неизменной.

Сварка плавящимся электродом сопровождается стеканием капель горячего металла на изделие, из-за чего появляется ток короткого замыкания. Он имеет показатель, превышающий силу тока сварочной дуги на 20–50 %, и призван уничтожить образовавшийся металлический мостик, после чего происходит повторное формирование плазменного разряда. Подобные колебания совершаются мгновенно, поэтому источник должен быстро реагировать, чтобы стабилизировать разность потенциалов.

Критерии, влияющие на мощность сварочной дуги

Мощность сварочной дуги зависит от следующих факторов:

• напряжение – повышение данного показателя вызывает рост мощности в небольшом диапазоне, кроме того, необходимо помнить об ограничениях по размеру электрода;
• сила тока – большой ампераж позволяет добиться стабильного горения дуги;
• величина напряжения плазмы – данный показатель пропорционален мощности.

Длина дуги определяется как расстояние между сварным кратером и концом электрода. Данная величина непосредственно влияет на то, какой объем тепла выделяется в процессе работы.

Отталкиваясь от мощности дуги, устанавливают скорость плавления металла изделия, а значит, и время, необходимое для завершения работы. Благодаря регулировке силы тока удается менять температуру в рабочей зоне. Нужно понимать, что даже при использовании длинного столба электродуга будет стабильно гореть при большом ампераже. Напряжение редко корректируют во время сварочных работ.

Вольтамперная характеристика сварочной дуги

Вольтамперная характеристика (или ВАХ) энергетического электрозаряда представляет собой график, отображающий зависимость напряжения от смены тока. Данный показатель бывает:

• Нисходящим – падает из-за роста напряжения.
• Стабильным – остается неизменным при смене силы тока.
• Восходящим – повышается при увеличении силы тока. Этот вариант чаще всего применяется в процессе сварки автоматом.

ВАХ описывает зависимость токовых параметров, позволяя установить такие характеристики в работе сварочной дуги, как:

• мощность;
• время горения;
• условия гашения.

При ручной сварке с использованием плавящихся и неплавящихся электродов на воздухе или в облаке защитного газа ВАХ ограничивается двумя первыми областями, до третьей ампераж не доходит. Если речь идет о механизированной сварке с использованием флюсов, она осуществляется по графику областей II и III. А сварка плавящимся электродом в облаке защитной атмосферы происходит по графику области III.

При работе сварочным аппаратом, обеспечивающим переменный ток, сварочная дуга появляется в каждом полупериоде на пике зажигания. При переходе через ноль она затухает, при этом прекращается нагрев активных пятен. В составе покрытия электродов присутствуют активные щелочные металлы, призванные увеличить устойчивость ионизации. Из-за защитного облака осложняется розжиг дуги на переменном токе, однако обеспечивается стабильное горение при использовании постоянного тока. Это связано с тем, что между полюсами молекулы газа ионизируются.

Выбирая устройство для сварки, важно помнить, что вольтамперная характеристика электродуги зависит от аналогичного внешнего показателя. Работа аппарата рассматривается специалистами как наложение графиков. Так, при ручной сварке нужно использовать источники питания с падающими областями ВАХ или повышенным напряжением холостого хода. Тогда сварщик может варьировать длину дуги за счет изменения ампеража.

Немаловажно, что короткое замыкание, происходящее при падении капли с электрода на изделие, имеет силу тока на 20–50 % выше, чем у сварочной дуги. При использовании плавящихся электродов прибегают к дуге размыкания. Если осуществляется розжиг дуги вольфрамовым или угольным электродом, рекомендуется применять вспомогательный разряд.

Большая сила тока короткого замыкания чревата прожогом металла изделия. Падение капли влечет за собой замыкание, после чего ампераж повышается до величины тока короткого замыкания, появившийся мостик перегорает, а дуга загорается вновь. На изменение тока и напряжения в столбе уходят доли секунды, поэтому важно, чтобы оборудование быстро стабилизировало напряжение.

Условия горения сварочной дуги

При стандартных условиях, под которыми понимают температуру +25 °C и давление в 1 атмосферу, газы не проводят ток. Дуга может образоваться, если газы между электродами ионизированы – в их составе присутствуют заряженные частицы, такие как электроны или ионы/катионы или анионы.

Образование ионизированного газа обозначают как ионизация. Работа, затрачиваемая на отрыв электрона от атома с образованием электрона и иона, – это работа ионизации или потенциал ионизации, который измеряют в электрон-вольтах. На отрыв электрона требуется 3,5–25 эВ, причем конкретное количество необходимой энергии зависит от используемой газовой фазы.

Ниже всего потенциал ионизации у щелочных и щелочноземельных металлов, таких как калий, кальций и их химические соединения. Последние используют в качестве покрытия электродов, что позволяет обеспечить стабильное горение сварочной дуги.

Кроме того, чтобы дуга зажглась и могла гореть, нужно обеспечить постоянную температуру на катод. Конкретное значение подбирается под вид, диаметр, размер катода, температуру вокруг.

Важно, чтобы температура сварочной дуги была неизменной. За счет высокой силы тока она может доходить до +7 000 °C, поэтому сварка обеспечивает соединение совершенно любых материалов. Добиться стабильной температуры позволяет исправный источник питания. А так как он влияет на свойства сварочной дуги в процессе работы, выбор данного элемента при конструировании всего аппарата очень значим.

Получается, электродуга является лучшим и самым надежным способом соединения элементов из металла. Развитие сварки сильно повлияло на современную промышленность, ведь только при помощи высокой температуры сварочной дуги удается обрабатывать большую часть используемых сегодня металлов.

Чтобы сформировать действительно надежные швы, нужно помнить о характеристиках дуги, не упускать из внимания ключевые значения. Тогда вся работа займет немного времени, а результат окажется достойным. Кроме того, важно учитывать свойства дуги, такие как плотность тока, температура, напряжение.

Основы дуговой сварки

Дуговая сварка является одним из нескольких процессов соединения металлов плавлением. Под действием сильного нагрева металл на стыке двух деталей расплавляется и перемешивается — непосредственно или, чаще, с промежуточным расплавленным присадочным металлом. При охлаждении и затвердевании создается металлургическая связь. Поскольку соединение представляет собой смесь металлов, конечная сварка потенциально имеет такие же прочностные характеристики, как и металл деталей. Это резко контрастирует с процессами соединения без плавления (например, пайка, пайка и т. д.), в которых механические и физические свойства основных материалов не могут быть воспроизведены в месте соединения.

Рис. 1 Базовая схема дуговой сварки

При дуговой сварке интенсивное тепло, необходимое для расплавления металла, производится электрической дугой. Дуга образуется между фактической работой и электродом (стержнем или проволокой), который вручную или механически направляется вдоль соединения. Электрод может быть либо стержнем, предназначенным для простого проведения тока между наконечником и изделием. Или это может быть специально подготовленный стержень или проволока, которые не только проводят ток, но и плавятся и подают в соединение присадочный металл. В большинстве случаев сварки при изготовлении металлопродукции используется электрод второго типа.

Базовая схема сварки
Базовая схема дуговой сварки показана на рис. 1. Источник питания переменного или постоянного тока, оснащенный необходимыми элементами управления, подключается рабочим кабелем к заготовке и » «горячий» кабель к электрододержателю какого-либо типа, который создает электрический контакт со сварочным электродом.

Дуга создается в зазоре, когда цепь под напряжением и кончик электрода касаются заготовки и удаляются, но все еще находятся в тесном контакте.

Дуга создает температуру около 6500ºF на конце. Это тепло расплавляет как основной металл, так и электрод, образуя ванну расплавленного металла, которую иногда называют «кратером». Кратер затвердевает за электродом по мере его перемещения вдоль соединения. В результате получается сплавная связь.

Защита от дуги
Однако для соединения металлов требуется нечто большее, чем перемещение электрода вдоль стыка. Металлы при высоких температурах склонны вступать в химическую реакцию с элементами воздуха — кислородом и азотом. Когда металл в ванне расплава вступает в контакт с воздухом, образуются оксиды и нитриды, которые разрушают прочность и ударную вязкость сварного соединения. Поэтому многие процессы дуговой сварки предусматривают некоторые средства покрытия дуги и ванны расплава защитным экраном из газа, пара или шлака. Это называется защитой от дуги. Это экранирование предотвращает или сводит к минимуму контакт расплавленного металла с воздухом. Экранирование также может улучшить сварной шов. Примером может служить гранулированный флюс, который фактически добавляет в сварной шов раскислители.

Рис. 2 Здесь показано, как покрытие электрода с покрытием (стержневого) обеспечивает газовую защиту вокруг дуги и шлаковое покрытие на горячем наплавленном металле.

На рис. 2 показано экранирование сварочной дуги и сварочной ванны с помощью электрода Stick. Экструдированное покрытие на стержне присадочного металла обеспечивает защитный газ в точке контакта, а шлак защищает свежий сварной шов от воздуха.

Дуга сама по себе очень сложное явление. Глубокое понимание физики дуги не имеет большого значения для сварщика, но некоторое знание ее общих характеристик может быть полезным.

Природа дуги
Дуга представляет собой электрический ток, протекающий между двумя электродами через столб ионизированного газа. Отрицательно заряженный катод и положительно заряженный анод создают сильное тепло сварочной дуги. Отрицательные и положительные ионы отскакивают друг от друга в столбе плазмы с ускоренной скоростью.

При сварке дуга не только обеспечивает тепло, необходимое для расплавления электрода и основного металла, но при определенных условиях также должна обеспечивать транспортировку расплавленного металла от кончика электрода к изделию. Существует несколько механизмов переноса металлов. Два (из многих) примера включают:

1. Surface Tension Transfer® — капля расплавленного металла касается ванны расплавленного металла и втягивается в нее за счет поверхностного натяжения
2. Дуга распыления — капля выбрасывается из расплавленного металла на кончике электрода с помощью электрического зажима, направляя ее в ванну расплава (отлично подходит для сварки над головой)

Если электрод является расходуемым, наконечник плавится под действием тепла дуги, а капли расплава отрываются и переносятся на работу через столб дуги. Любая система дуговой сварки, в которой электрод расплавляется, чтобы стать частью сварного шва, называется металлической дугой. При сварке углеродом или вольфрамом (TIG) капли расплава не должны проникать через зазор на изделие. Присадочный металл вплавляется в соединение из отдельного прутка или проволоки.

Большая часть тепла, выделяемого дугой, передается в сварочную ванну с помощью плавящихся электродов. Это обеспечивает более высокую тепловую эффективность и более узкие зоны термического влияния.

Поскольку для проведения электричества через зазор должен существовать ионизированный путь, простое включение сварочного тока с расположенным над ним электрически холодным электродом не приведет к возникновению дуги. Дуга должна зажечься. Это вызвано либо подачей начального напряжения, достаточно высокого, чтобы вызвать разряд, либо прикосновением электрода к изделию, а затем его удалением по мере того, как область контакта нагревается.

Дуговая сварка может выполняться постоянным током (DC) с положительным или отрицательным электродом или переменным током (AC). Выбор тока и полярности зависит от процесса, типа электрода, атмосферы дуги и свариваемого металла.

Просмотреть другие статьи о процессе и теории дуговой сварки

Просмотреть статьи с практическими рекомендациями по дуговой сварке

Просмотреть статьи о решениях для дуговой сварки

различных типов дуговой сварки: процессы и преимущества

Перейти к содержимому

Предыдущая Следующая

• Просмотреть увеличенное изображение

Какие существуют типы дуговой сварки?

• Дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа (сварка электродом)
• Дуговая сварка металлическим газом (сварка MIG или MAG)
• Дуговая сварка порошковой проволокой
• Дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа (сварка TIG)
• Дуговая сварка углеродом 90
• Сварка под флюсом
• Сварка атомным водородом
• Электрошлаковая сварка
• Приварка шпилек вытянутой дугой (DA)

Что такое дуговая сварка?

Дуговая сварка — это вид сварки, используемый в различных отраслях промышленности, включая автомобильную, судостроительную, строительную и аэрокосмическую. Процесс влечет за собой использование концентрированного тепла, генерируемого электрической дугой, для сварки металлов.

Дуга возникает от основного материала к электроду, сварочному стержню или проволоке и плавит металл. Затем сварщик может расплавить расплавленный металл и создать из него сварной шов.

Большинство процессов дуговой сварки представляют собой методы с плавящимся или неплавящимся электродом, что определяет роль электрода и то, плавится ли он, чтобы стать частью сварного шва, или действует только как проводник дуги, не плавясь.

В то время как во многих других процессах сварки используется газ, в дуговой сварке используется электричество, причем для некоторых типов требуется либо постоянный ток (DC), либо переменный ток (AC). Хотя некоторые виды дуговой сварки требуют газовой защиты для защиты дуги от загрязнений.

Компания Taylor Studwelding составила руководство по различным типам дуговой сварки, чтобы помочь вам определить, какой процесс наиболее подходит для вашего применения.

Дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа (стержневая сварка)

Электрическая дуга генерируется переменным или постоянным током между покрытым флюсом расходуемым электродом и обрабатываемым материалом. Затем присадочные материалы плавятся в расплавленной ванне и сплавляют металлы. Флюсовое покрытие электрода при нагреве распадается на защитный газ.

Этот процесс популярен, так как он недорогой и простой, но может быть медленнее.

Дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа (сварка MIG или MAG)

В этом процессе образуется электрическая дуга постоянного тока (DC) между расходуемым проволочным электродом и материалами заготовки, которая расплавляет их вместе и вызывает их предохранитель. Защитный газ подается через сварочную горелку для защиты дуги.

Сварка MIG относится к использованию инертного газа металла в качестве защитного газа, тогда как метод сварки MAG использует активный газ металла.

Первоначально этот процесс был разработан для цветных металлов, таких как алюминий, но затем стал широко использоваться для сварки различных материалов, включая тонкие листы. Процесс прост, экономичен, универсален и легко автоматизируется.

Дуговая сварка с флюсовой проволокой

Процесс аналогичен сварке MIG, но вместо защитного газа часто используется полая электродная проволока, заполненная флюсом. Однако для неэмиссионных флюсов может потребоваться защитный газ.

Существует два типа дуговой сварки с флюсовой проволокой:

• Самозащитная — основанная на газовой защите от порошковой проволоки и шлаковой системы для защиты расплавленного металла от атмосферы.
• Газозащитный – использует внешний защитный газ и шлаковую систему для защиты дуги от окисления.

Этот метод идеально подходит для более толстых соединений благодаря высокой скорости наплавки металла, сильному проплавлению и постоянному напряжению сварочного тока.

Дуговая сварка с флюсовой проволокой обычно используется на производственных предприятиях, при строительстве мостов, ремонте тяжелого оборудования, промышленных трубопроводов и железных дорог.

Он имеет гибкое движение и ориентацию резака, что упрощает работу пользователей. Тем не менее, сварной шов обычно визуально не приятен. Это может привести к включению шлака (результат попадания расплавленного флюса внутрь сварного шва) и является более дорогостоящим из-за необходимого оборудования.

Газовая вольфрамовая дуговая сварка (сварка ВИГ)

В этом методе используется нерасходуемый вольфрамовый электрод и источник питания постоянного тока для создания плазменной дуги между металлами, и его можно проводить с присадочным материалом или без него. Инертный защитный газ защищает зону сварки и электрод от атмосферы.

Сварка ВИГ может быть трудной для обучения и технически сложной. Он требует большего контроля со стороны оператора, чем аналогичные процессы, но доступны как ручные, так и автоматические методы.

Этот процесс обеспечивает высококачественные, чистые и прочные сварные швы, но может занять много времени. Он в первую очередь подходит для сварки тонких материалов и цветных металлов, но не идеален для соединений более толстых металлов.

Плазменная дуговая сварка

В этом типе сварки используются ионизированные газы и электроды для формирования струй горячей плазмы. Это похоже на сварку TIG, но плазменная дуга отделена от оболочки защитного газа из-за расположения электрода внутри корпуса сварочной горелки.

Плазменная дуговая сварка идеально подходит для узких и глубоких швов, поскольку струи особенно горячие, что позволяет увеличить скорость сварки.

Дуговая сварка углеродом

Электрическая дуга образуется между неплавящимся угольным электродом и заготовкой, соединяя металлы и создавая прочную связь. Этот метод был первым обнаруженным типом дуговой сварки и ранее широко использовался. Однако с тех пор этот процесс сократился из-за повышенной безопасности и удобства современных методов.

Дуговая сварка под флюсом

Этот метод создает электрическую дугу между заготовкой и постоянно подаваемым электродом. Слой флюсового порошка покрывает дугу и обеспечивает защитные защитные газы и шлак, которые могут добавлять легирующие элементы в сварочную ванну. Слой флюса также предотвращает искры и брызги и снижает потери тепла.

После сварки воронка для флюса может перерабатывать неиспользованный флюс и удалять слои шлака.

Этот процесс, который сварщик может использовать как автоматический или полуавтоматический, обеспечивает более глубокое проникновение тепла, но ограничен сталью и горизонтальными сварными швами.

Сварка атомарным водородом

Дуга возникает между двумя вольфрамовыми электродами с водородом, используемым в качестве защитного газа, и проходит через газообразный водород, вызывая его диссоциацию на атомарный водород.

Требуется квалифицированный оператор для управления выделяемым теплом, потоком газообразного водорода и дугой. Этот процесс дает быстрые результаты, но редко используется, поскольку он дорог, включает легковоспламеняющиеся газы и ограничен плоскими положениями. Обычно предпочтительнее сварка MIG.

Электрошлаковая сварка

Этот метод представляет собой комбинацию дуговой сварки и контактной сварки. В зону сварки подается проволока, а в электрическую дугу добавляется флюс до тех пор, пока расплавленный шлак, покрывающий поверхность сварного шва, не достигнет электрода и не зажжет дугу. Электрическое сопротивление расплавленного шлака расплавляет присадочный металл и создает ванну расплава на поверхности соединения.

Электрошлаковая сварка идеально подходит для сварки толстых материалов, таких как низкоуглеродистая сталь, из-за большого количества тепла. Сварщик выполняет этот процесс в вертикальном или близком к вертикальному положении.

Приварка шпилек вытянутой дугой (DA)

Этот метод обычно считается формой приварки шпилек из-за используемого оборудования, но процесс включает в себя создание электрической дуги.

Используя инструмент или пистолет для дуговой сварки, сварщик прикладывает шпильку к основному металлу, который запускает вспомогательную дугу и поднимает шпильку на заданную высоту. Нарисованная дуга расплавляет основание шипа и исходный материал, создавая расплавленную ванну. Возвратное давление вдавливает шпильку в расплавленную ванну, а керамическая втулка удерживает расплавленный металл и закрепляет сварной шов.

Этот процесс обеспечивает чрезвычайно прочные сварные швы, что делает его наиболее подходящим для толстых основных материалов. Он также подходит для использования на неровных и дефектных поверхностях. По сравнению с приваркой шпилек с конденсаторным разрядом (CD), DA является более дорогим и трудоемким из-за необходимости использования наконечников. Тем не менее, приварка шпилек часто считается более выгодной, чем дуговая сварка, поскольку она, как правило, более рентабельна и дает более быстрые результаты.

Каждый тип дуговой сварки имеет различные преимущества, недостатки и требования, что делает их пригодными для конкретных целей. Для получения дополнительных рекомендаций относительно того, какой процесс сварки наиболее подходит для вашего применения, обратитесь к специалисту по сварке.

Если вы не уверены, что лучше всего подходит для вашей предполагаемой функции – дуговая сварка или приварка шпилек, обратитесь за консультацией в Taylor Studwelding. Компания является ведущим производителем и поставщиком машин для приварки шпилек, в том числе оборудования для приварки шпилек Drawn Arc, которые обеспечивают превосходную прочность сварных швов на различных металлах.

Как работает дуговая сварка?

Дуговая сварка использует электрическую дугу для выработки тепла и соединения двух металлов. Электропитание, подаваемое на электрическую дугу, может быть переменным током (AC) или постоянным током (DC). Сварочные аппараты для дуговой сварки на переменном токе часто недороги, в то время как аппараты для дуговой сварки на постоянном токе предлагают более плавную дугу, которая лучше подходит для тонких материалов, однако они дороже.

Все процессы дуговой сварки используют электрическую дугу для сварки и имеют по крайней мере следующее:

1. Электрод
2. Электродный кабель
3. Рабочий кабель и зажим
4. Источник питания
5. Металлы для соединения
6. Дуга1

Итак, насколько горяча сварочная дуга? Сварочная дуга при любом виде дуговой сварки будет иметь температуру около 3500°С.

В процессе дуговой сварки сварщик работает с двумя типами металла.

Исходный материал: Это металлические детали, которые соединяются вместе в процессе сварки.

Расходные материалы Материал: Это дополнительные материалы, которые нагреваются в дуге и наносятся на стыки для создания более прочного соединения.

В основном процессе дуговой сварки источник питания включается, и электрод подносится к основному материалу. Затем выделяется сильное тепло для создания электрической дуги. Затем тепло расплавляет основной металл, сердечник электрода и флюсовое покрытие. Затем флюсовое покрытие создает защитную среду для сварки. Расплавленный металл осаждается между двумя металлическими заготовками, чтобы соединить их вместе. Как только он затвердевает, он образует прочную связь между двумя материалами. Затем металлические детали оставляют остывать.

Ищете услуги дуговой сварки?

Каждый тип дуговой сварки имеет различные преимущества, недостатки и требования, что делает их пригодными для конкретных целей. Для получения дополнительных рекомендаций относительно того, какой процесс сварки наиболее подходит для вашего применения, обратитесь к специалисту по сварке.

Если вы не уверены, что лучше всего подходит для вашей предполагаемой функции — дуговая сварка или приварка шпилек, обратитесь за консультацией в Taylor Studwelding. Мы являемся ведущим производителем и поставщиком машин для приварки шпилек, в том числе оборудования для приварки шпилек Drawn Arc, которые обеспечивают превосходную прочность сварных швов на различных металлах.

Часто задаваемые вопросы

Какие существуют 4 типа дуговой сварки?

Существует четыре основных типа дуговой сварки: дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа (GMAW), дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа (GTAW), дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа (SMAW) и дуговая сварка с флюсовым покрытием (FCAW).

Сколько существует типов дуг?

Всего существует десять типов дуговой сварки: сварка электродом, сварка MIG или MAG, дуговая сварка порошковой проволокой, сварка TIG, дуговая плазменная сварка, дуговая сварка углеродом, дуговая сварка под флюсом, атомно-водородная сварка, электрошлаковая сварка и сварка волочением Дуговая (DA) сварка шпилек.

Что означает SMAW?

SMAW известен как дуговая сварка защитным металлом, также называемая дуговой сваркой.

Для чего используется дуговая сварка?

Дуговая сварка используется для соединения материалов, требующих прочного соединения, особенно для точных работ.

Какой тип электрода используется при дуговой сварке?

Требуемый тип электрода зависит от типа используемой дуговой сварки, например, при сварке электродом обычно используются электроды E7018. Если вы не уверены в том, какой тип электрода лучше всего использовать, свяжитесь с нами в Taylor Studwelding.

Для чего используется дуговая сварка?

Дуговая сварка используется для соединения двух металлов. Он используется в различных отраслях промышленности, в том числе в автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Что означает дуга в сварке?

Дуга в сварке представляет собой электрический ток, используемый для создания тепла и соединения двух металлов.