Строение сварочной дуги

Дуговая сварка плавлением основана на использовании тепла электрической дуги, которая представляет собой длительный электрический разряд в газе, выделяющий значительное количество энергии. Сварочная дуга образуется между электродом и изделием или между двумя электродами, имеющими разность потенциалов. При соприкосновении электрода с изделием разогреваются и сгорают мелкие выступы между ними, образуя пары металла и ионизированный газ, в котором при напряжении 20—30 В образуется электрический разряд. Длительность разряда и образование дуги достигаются отрквом электрода от изделия на расстояние 2—5 мм. При высокой разности потенциалов между электродом и изделием (несколько тысяч вольт) при их сближении происходит зажигание дуги. Под действием разности потенциалов, высокой температуры и светового излучения электроны двигаются с большой скоростью, отрываясь первоначально с поверхности отрицательного электрода (эмиссия электронов). Ударяясь об атомы и молекулы газа испаряющегося материала, электроны добавляют или отнимают у них отрицательные заряды, превращая в положительные и отрицательные ионы, которые в свою очередь двигаются в дуговом пространстве, усиливая его ионизацию. Таким образом воздух, который в обычном состоянии не является проводником электричества, ионизируясь в дуговом пространстве, становится проводником электрического тока, вследствие чего достигается длительное горение дуги. Движение электронов и ионов в дуговом пространстве происходит при наличии двух полюсов: отрицательного — катода и положительного — анода, которые в известной степени упорядочивают движение этих частиц, так как электроны, имеющие отрицательный заряд, а также отрицательные ионы, двигаются к положительному полюсу, а положительные ионы — к отрицательному. На рис. 1 показана схема строения дуги постоянного тока. Электрод 1 является катодом, а изделие 7 — анодом, и в данном случае играет роль второго электрода.

Рис. 1. Схема дуги: 1 — электрод (катод); 2 —катодное пятно; 3 — катодная область; 4 — столб дуги; 5 —анодная область; 6 — анодное пятно; 7 — изделие (анод)

В дуговом пространстве различают приэлектродные области, характеризующиеся значительным падением напряжения, вызванным затратой электрическо-потенциала на образование пространственных зарядов— электронов и ионов. Это отрицательная катодная 3 и положительная анодная 5 области, между которыми расположен столб дуги, представляющий собой высокотемпературную плазму ионизированного газа. На поверхности катода и анода находятся яркие катодные 2 и анодные 6 пятна, через которые проходит сварочный ток. Падение напряжения анодной области обозначено на рисунке буквой а, столба дуги — б и катодной области —в. Их сумма является падением напряжения дуги Ва и при ручной дуговой сварке плавящимся электродом составляет 16—30 В. Плотность тока наибольшая в катодном пятне, из которого первоначально отрываются электроны, ионизируют дуговое пространство и бомбардируют анодную область.

Рис. 2. Схемы дуг различного действия: а — прямого действия, б — косвенного действия, в — комбинированная

Дуга переменного тока не имеет выраженной катодной и анодной областей, так как в течение одной секунды происходит многократное изменение направления тока и смена катода на анод и обратно. Падение напряжения дуги переменного тока такое же, как дуги постоянного тока, и составляет 16—30 В. Устойчивость горения и зажигания дуги переменного тока хуже, чем дуги постоянного тока, так как в начале и конце каждого полупериода прохождения тока дуга угасает, падает температура активных пятен, и для зажигания дуги вновь требуется повышенное напряжение. Для улучшения условий горения дуги переменного тока применяют покрытия, способствующие повышенной ионизации. Различают открытые и закрытые дуги. Открытая дуга, горящая в воздухе, имеет в своей зоне смесь паров металла и электродного покрытия. Она окружена газовым ореолом и дает яркое световое излучение, опасное для незащищенных глаз. Закрытая дуга горит под слоем флюса, в ее зоне находятся пары металла и флюса. Дуга, горящая в среде защитных газов, закрыта от проникания воздуха в ее зону. Она также дает яркое световое излучение, опасное для глаз. Большое значение при ручной дуговой сварке имеет длина дуги. При длинной дуге увеличивается Возможность контакта столба дуги и расплавляемого металла с воздухом, который вредно влияет на качество сварки, увеличивается напряжение дуги. В зависимости от применяемых электродов устанавливают длину дуги, которую необходимо выдерживать для получения качественного сварного шва Сварочные дуги раличают по принципу работы: дуга прямого действия (рис 2, а) горит между электродом и изделием, ее широко применяют при ручной дуговой сварке; дуга косвенного действия горит между двумя электродами {рис. 2, б) и нагревает изделие своим пламенем, дуга комбинированная (рис 2, в) горит между электродами и изделием, она образуется при сварке трехфазным током.

Правила техники безопасности во время сварочных работ.

Газосварочные работы осуществляются не только в специальной защитной одежде, но и с использованием защитных темных очков, которые предназначены для защиты от излучения и попадания в глаза искр. Для газовой сварки работники должны надевать рукавицы, пошитые из негорючих тканей.

Отметим, что осмотр рабочего места должен производиться не только перед началом работ, но и в процессе сваривания. Также нужно следить, чтобы рядом с местом проведения сварки не производились какие-либо другие работы, например, покраска или обезжиривание изделий.

Когда сварочное соединение будет готово, нужно закрыть газовые баллоны и только после этого отсоединять от них оборудование для сварки. После окончания процесса сварки рабочее место также внимательно осматривается.

Требования к помещению для газосварочных работ.

Отметим, что сварочные работы, которые предполагают использование горючих и взрывоопасных газов, должны проводиться в специально предназначенных для этого помещениях.

Такие помещения должны полностью отвечать условиям рабочего процесса. Одно рабочее место сварщика в таких помещениях должно быть не меньше четырех квадратных метров, при этом не учитывается площадь, необходимая для размещения оборудования для сварки. Между двумя рабочими постами должен быть проход, ширина которого не должна быть меньше метра.

Высота помещения для газовой сварки должна быть не меньше трех метров, при этом помещение должно быть свободно от разных выступающих над рабочим пространством сварщика элементов.

Помещение должно хорошо отапливаться и освещаться (уровень освещения должен составлять порядка 80 лк).

Обязательно в таких помещениях оборудуют хорошую вентиляционную систему, которая будет удалять с рабочего места сварщика вредные пары и газы.

Кроме уже названных правил техники безопасности при газосварочных работах стоит также знать правила эксплуатации используемого оборудования и действовать исключительно в рамках инструкций. Также необходимо соблюдать правила транспортировки газовых баллонов и сварочного оборудования.

Литература

1.Чернышов Г.Г., Мордынский В.Б. Справочник молодого электросварщика по ручной сварке. М.: Машиностроение,1987.

2.Справочник строителя: Сварка и резка в промышленом строительстве.Т.1.М.:Стройиздат,1982

3.Справочник сварщика / Под ред. д. т. н., професара Степанова В.В.М.: Машиностроение, 1982.

4.Чумаченко Ю.Т., Чумаченко Г.В., Герасименко А.И. Материало ведение для автомеханников. Ростов н/Д: Феникс, 2004.