Файл: Фролов В.В. Источники тепла при сварке плавлением.pdf

г) Теплота тока будет выделяться и на аноде, но ее трудно учесть, т. к. для этого надо знать распределение плотности тока по всем участкам нагретого металла.

Расход энергии а) Расход энергии на расплавление основного металла

Ч основн мет — ®р0 (#)> (34)

где Я—коэффициент, зависящий от теплосодержания расплав­ ленного основного металла;

аРи — коэффициент расплавления основного металла. б) Расход энергии на нагрев изделия (образца).

Величина теплоотвода в изделие значительно изменяется в зави­

В среднем падение потенциала на аноде составляет 2,5—3 в.

Из вышеприведенных соображений следует, что рассчитать общее падение потенциала на дуговой промежутке для опре­ деления необходимой мощности затруднительно даже для дан­ ного конкретного случая. При определении статей прихода и расхода энергии нами не учитывалтсь энергия на плавление и нагревание электродных покрытий или флюсов, что также

где а — равно сумме катодного и анодного падения потенциала.

4. УСТОЙЧИВОСТЬ ДУГОВОГО РАЗРЯДА

Устойчивость дугового разряда измеряется по К. К. Хре­ нову величиной дуговою промежутка при естественном обры­

объема газа дугового промежутка,

3) от силы тока,

26

4)от материала электродов (анодное и катодное падение

потенциала),

5)от э'ектрических параметров сварочной цепи.

При увеличении напряжения дуги величина дугового про­ межутка при обрыве дуги увеличивается, как это и следует из уравнения (36). i днако в сварочной технике увеличение напря­ жения нежелательно по условиям техники безопасности.

При увеличении числа заряженных частиц в единице объема газа сопротивление дугового разряда уменьшается и длина дуги в момент ее обрыва увеличивается.

Число заряженных частиц' в единице объема газа может

увеличиваться по следующим причинам:

а) Увеличение концентрации легко ионизирующихся атомов,

снижающих эффективный потенциал ионизации.

Вданном случае растет эффективная степень ионизации х0 и число легкоподвижных электроном в газовой смеси, перенося­ щих основную часть электрических зарядов.

Это явление широко используется в сварочной технике пу­ тем введения в электродные покрытия и флюсы легко ионизи­ рующихся компонентов.

бУвеличение общей концентрации газа путем повышения давления в дуговом промежутке.

Вэтом случае общее число молекул растет быстрее, чем уменьшается степень их ионизации по уравнению М. Сага (12),

(13).

Влиянием повышенного давления в шлаковом пузыре при сварке под флюсом частично можно объяснить стабильность дугового разряда.

Снижение концентрации газовых молекул в вакууме, повы­ шая степень ионизации газа (х0), снижает устойчивость дуго­ вого разряда.

в) Замена легкоподвижных электронов отрицательно заря­ женными ионами снижает усюйчивость дугового разряда, что наблюдается при введении в атмосферу дугового промежутка атомов, обладающих большим сродством к электрону tF, Cl. О).

При повышении плотности тока на электроде устойчивость дугового разряда увеличивается, т. к. возрастает доля элект­ ронного тока на катоде и повышается электронная эмиссия.

Увеличение числа электроно'в эмиссии приводит к повыше­ нию конц нтрации их в дуговом промежутке, а, следовательно,

и к понижению его сопротивления.

Природа материала электродов определяет величину катод­ ного и анидного падения потенциала, а также влияние атмо­ сферы дугового промежутка на состояние поверхности электро­ дов (окисление, явление адсорбции).

Помимо указанных причин, на устойчивость дугового разря­ да влияют как собственное магнитное поле дуги, так и внешние наведенные магнитные поля.

27

При одинаковом направлении скорости разноименных частиц направления силы магнитного поля будут противоположными

(рис 12).

Однако в дуговом разряде разноименные частицы движутся в разных направлениях, и это приводит к концентрации заря­ женных частиц в центральной его части.

На рис. 13 представлена схема действия собственного маг­ нитного поля дуги на заряженные частицы.

Увеличение дугового тока приводит к росту напряженности магнитного поля, а это в свою очередь стабилизирует дуго­ вой разряд.

Если наложить продольное магнитное поле, окружив соле­ ноидом электрод и дуговой разряд, то в результате взаимо­ действия магнитных и электрических полей частицы будут двигаться по спиралям, еще более концентрируясь в централь­ ной части разряда.

Стабилизация продольным магнитным полем дугового раз­ ряда используется в сваротной технике.

Мри проектировании сварочных процессов следует всегда

учитывать наличие магнитных полей и ферромагнитных масс,

могущих влиять на устойчивость дугового разряда.

5. ОСОБЕННОСТИ ДУГОВОГО РАЗРЯДА ПРИ ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ

Дуговой разряд при переменном токе в отличие от разряда при постоянном токе, существует только при достаточном значении разности потенциалов в каждом полупериоде.

Сопоставляя осциллограмму напряжения холостого хода

Если длина дуги достаточно велика, то на осциллограмме появляютея резко выраженные пики зажигания, значительно превосходящие напряжение, необходимое для поддержания дуювою разряда (рис 14 .

Дуююй разряд при переменном токе обуславливает, при различных условиях рабою электродов, смещение кривой тока и напряжения от нулевой оси

Это явление имеет место и при изменении геометрии элект­ родов Так, например, дуга, возбужденная между двумя уголь­

ными, одинаково заточенными, электродами, дает симметричное paci.сложение кривых тока и напряжения, а дуга, возбужден­ ная между угольным элегтроюм и угольной пластинкой, уже показывает ассиметричное расположение кривых тока и на­ пряжения относительно нулевой оси.

30

Особенно сильно выпрямляющее действие дуги, когда раз­ ряд возбуждается между электродами из различных металлов. Это можно видеть на осциллограммах тока и напряжения, снятых для дуговых разрядов: электрод, угольный — стальной электрод (рис. 14) и угольный электрод — электрод из алюминия

(рис. 15).

Рис. 16. Изменение температуры дугового про­ межутка для дуги горящей под слоем флюса (И. В. Кирдо).

Несмотря на изменение направления дугового разряда, дуга переменного тока сохраняет свою направленность и обладает высоким коэффициентом сосредоточенности, особенно под флюсом.

Температура дугового разряда при переменном токе резко

переменного тока и получил интересные результаты, приведен­

ные на рис. 16.

Несколько отлична по своей природе дуга трехфазного пере­ менного тока, которая возбуждается попеременно между элект-

32

родами и изделием или между электродами, превращаясь в этот промежуток времени в дугу косвенного действия.

Схема горения дуги трехфазного тока приведена на рис. 17. Этот вид дугового разряда дает меньший коэффициент

плавочных работ.

6. ПРОЦЕССЫ ГАЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВАРКИ

Эффективный коэффициент полезного действия нагрева

изделия дугой в инертном газе плавящимся электродом зна­ чительно выше, чем при неплавящемся электроде, т. к. в этом случае используется тепло, переносимое каплями расплавлен­ ного электродного металла.

Поэтому реакция (а) значительно более вероятна и дает

более высокий процент активных или неупругих столкновений.