Благодаря бомбардировке положительными ионами поверхности катода их кинетическая энергия превращается в тепловую и температура достигает 2400—3000°С. С увеличением плотности тока температура катодной области повышается. Область катодного падения напряжения является источником электронов, которые поддерживают газы в возбужденном ионизированном состоянии. Вследствие малой толщины катодной области (~10~5cm) электроны и ионы движутся в ней без столкновений, и она примерно равна свободному пробегу электрона.
В столбе дуги имеются электроны, положительные и отрицательные ионы, однако его можно считать нейтральным, так как сумма зарядов положительных частиц равна сумме зарядов отрицательных частиц. Наряду с процессом ионизации, идущим с поглощением энергии источника питания, в столбе происходит процесс образования нейтральных атомов (рекомбинация) с выделением большого количества тепла, благодаря чему температура в столбе дуги достигает 5500—
( 7800°С. Температура столба дуги зависит от величины сварочного ' тока, состава газов, типа электродных покрытий и полярности (при обратной полярности выше).
Анодная область имеет большую протяженность (10_3—10~4 см), в ней наблюдается преимущественно электронный ток. Поверхность анода бомбардируется электронами и отрицательными ионами и тем- I пература в анодном пятне достигает 2500—4000°С. Электрон, попавший на анод, отдает металлу не только кинетическую энергию, но и энергию работы выхода, поэтому анод получает энергию от столба дуги не только в виде потока электронов, но и в виде теплового излучения.
При питании дуги постоянным током тепло распределяется по областям следующим образом: в катодной области выделяется 36—38% тепла, в столбе дуги — 20—21, в анодной области — 42—43%. В свя- зи с этим при сварке деталей, требующих большого тепла для прогрева кромок, применяют прямую полярность, при которой катод источника тока (минусовая клемма) присоединяется к электроду, а \ анод — к детали. При сварке тонкостенных изделий и сталей, не допускающих перегрева (нержавеющие, высокоуглеродистые и др.), применяют обратную полярность, что обеспечивает меньший нагрев детали и более быстрое расплавление электрода.
Потери тепла при ручной сварке составляют примерно 25%, из которых 20% уходят в окружающую среду через излучение и конвекцию паров и газов, а 5% — на угар и разбрызгивание свариваемого металла. Количество тепла, используемое на нагрев и плавку свариваемого металла в единицу времени, называется эффективной тепловой мощностью дуги Яэ. Она равна полной тепловой мощности дуги, умноженной на коэффициент нагрева металла дугой г):
q3—0,24и1т)(Дж/с) или q3=Ul/l(BT).
При ручной сварке электродом с тонким покрытием rj = 0,5—0,6, с толстым покрытием г] =0,7—0,85.
Для характеристики теплового режима процесса сварки определяют погонную энергию дуги, т. е. количество тепла, вводимого в металл на единицу длины однопроходного шва. Погонная энергия (qn) равна отношению эффективной тепловой мощности дуги к скорости сварки (V):
qh—: °-24иь1 = °'24UTfE =150 Р(ДЖ/М).
V V a.i
где F—сечение сварного шва, м2; у=7,8 г/см3 — плотность; ан—коэффициент наплавки, г/(А-ч).
Длина дуги и напряжение на ней. Напряженность электрического поля по длине дуги неравномерна (рис. 36). На границе катодной области LK положительные ионы образуют объемный заряд, создающий разность потенциалов UK, называемую катодным падением напряжения. В столбе дуга объемные заряды отсутствуют, т. е. электроны и иоиы распределены равномерно вдоль его длины. Поэтому напряженность электрического поля Ес и градиент потенциала в столбе дуги могут быть приняты примерно постоянными, а падение напряжения UCT — пропорциональным длине столба Ьд. На границе анодной La области образуется отрицательный объемный заряд, создающий разность потенциалов Ua, называемую анодным падением напряжения. Таким образом, напряжение дуги складывается из трех составляющих:
Ua=UK + UCT + Ua=(UK + Ua) + EcLs=a + ЬЬД.
Из статической (вольтамперной) характеристики дуги (см. рис. 2) видно, что в начальный момент для ее возбуждения необходимо большее напряжение, чем при горении, так как оно влияет на степень ионизации. Дуга зажигается при напряжении 40—50 В и горит устойчиво при напряжении 18—28 В на постоянном токе. Напряжение зажигания зависит от рода тока, величины дугового промежутка, материалов электрода и основного металла, обмазки электродов и ряда других факторов.
Напряжение устойчиво горящей дуги определяют по формуле:
ид=а + ЬЬд=10+2х4=18 В. «Короткой» называют дугу длиной 2—3 мм, «нормальной»— 3— 5 мм, «длинной» — более 5 мм. Наилучший режим сварки обеспечивается «короткой» дугой.
В столбе дуги имеются электроны, положительные и отрицательные ионы, однако его можно считать нейтральным, так как сумма зарядов положительных частиц равна сумме зарядов отрицательных частиц. Наряду с процессом ионизации, идущим с поглощением энергии источника питания, в столбе происходит процесс образования нейтральных атомов (рекомбинация) с выделением большого количества тепла, благодаря чему температура в столбе дуги достигает 5500—
( 7800°С. Температура столба дуги зависит от величины сварочного ' тока, состава газов, типа электродных покрытий и полярности (при обратной полярности выше).
Анодная область имеет большую протяженность (10_3—10~4 см), в ней наблюдается преимущественно электронный ток. Поверхность анода бомбардируется электронами и отрицательными ионами и тем- I пература в анодном пятне достигает 2500—4000°С. Электрон, попавший на анод, отдает металлу не только кинетическую энергию, но и энергию работы выхода, поэтому анод получает энергию от столба дуги не только в виде потока электронов, но и в виде теплового излучения.
При питании дуги постоянным током тепло распределяется по областям следующим образом: в катодной области выделяется 36—38% тепла, в столбе дуги — 20—21, в анодной области — 42—43%. В свя- зи с этим при сварке деталей, требующих большого тепла для прогрева кромок, применяют прямую полярность, при которой катод источника тока (минусовая клемма) присоединяется к электроду, а \ анод — к детали. При сварке тонкостенных изделий и сталей, не допускающих перегрева (нержавеющие, высокоуглеродистые и др.), применяют обратную полярность, что обеспечивает меньший нагрев детали и более быстрое расплавление электрода.
Потери тепла при ручной сварке составляют примерно 25%, из которых 20% уходят в окружающую среду через излучение и конвекцию паров и газов, а 5% — на угар и разбрызгивание свариваемого металла. Количество тепла, используемое на нагрев и плавку свариваемого металла в единицу времени, называется эффективной тепловой мощностью дуги Яэ. Она равна полной тепловой мощности дуги, умноженной на коэффициент нагрева металла дугой г):
q3—0,24и1т)(Дж/с) или q3=Ul/l(BT).
При ручной сварке электродом с тонким покрытием rj = 0,5—0,6, с толстым покрытием г] =0,7—0,85.
Для характеристики теплового режима процесса сварки определяют погонную энергию дуги, т. е. количество тепла, вводимого в металл на единицу длины однопроходного шва. Погонная энергия (qn) равна отношению эффективной тепловой мощности дуги к скорости сварки (V):
qh—: °-24иь1 = °'24UTfE =150 Р(ДЖ/М).
V V a.i
где F—сечение сварного шва, м2; у=7,8 г/см3 — плотность; ан—коэффициент наплавки, г/(А-ч).
Длина дуги и напряжение на ней. Напряженность электрического поля по длине дуги неравномерна (рис. 36). На границе катодной области LK положительные ионы образуют объемный заряд, создающий разность потенциалов UK, называемую катодным падением напряжения. В столбе дуга объемные заряды отсутствуют, т. е. электроны и иоиы распределены равномерно вдоль его длины. Поэтому напряженность электрического поля Ес и градиент потенциала в столбе дуги могут быть приняты примерно постоянными, а падение напряжения UCT — пропорциональным длине столба Ьд. На границе анодной La области образуется отрицательный объемный заряд, создающий разность потенциалов Ua, называемую анодным падением напряжения. Таким образом, напряжение дуги складывается из трех составляющих:
Ua=UK + UCT + Ua=(UK + Ua) + EcLs=a + ЬЬД.
Из статической (вольтамперной) характеристики дуги (см. рис. 2) видно, что в начальный момент для ее возбуждения необходимо большее напряжение, чем при горении, так как оно влияет на степень ионизации. Дуга зажигается при напряжении 40—50 В и горит устойчиво при напряжении 18—28 В на постоянном токе. Напряжение зажигания зависит от рода тока, величины дугового промежутка, материалов электрода и основного металла, обмазки электродов и ряда других факторов.
Напряжение устойчиво горящей дуги определяют по формуле:
ид=а + ЬЬд=10+2х4=18 В. «Короткой» называют дугу длиной 2—3 мм, «нормальной»— 3— 5 мм, «длинной» — более 5 мм. Наилучший режим сварки обеспечивается «короткой» дугой.
0 коммент.:
Отправить комментарий