Статические характеристики дугового разряда

[pic 1]

Содержание

1. Статические характеристики дугового разряда

Сварочная дуга (рис. 1.5) – это установившийся мощный электрический разряд, например, между электродами 1 и 2 в ионизированной смеси газов, паров металлов и веществ, входящих в состав электродных покрытий, флюсов и других защитных средств. Носителями электричества в сварочной дуге являются электроны и ионы. Электрическая проводимость дугового промежутка обеспечивается тем, что под действием электрического поля между катодом и анодом отрицательно заряженные электроны движутся к аноду 2, а положительно заряженные ионы – к катоду 1. Но основными носителями электричества в сварочной дуге, по большей части и определяющими ее проводимость, являются электроны.

[pic 2]

Рис. 1.5. Распределение потенциала по длине столба дуги

Электроны в дуге появляются в основном за счет их эмиссии с поверхности катода как термоэлектронной (вследствие нагрева его поверхности до температуры Т ~ Тпл), так и автоэлектронной (вследствие наличия у его поверхности электрического поля высокой напряженности εк ≈ 104 В/мм). Кроме того, электроны появляются при термической ионизации нейтральных газов и паров металлов.

В сварочной дуге четко выражены три области: катодная, столб дуги и анодная, характеризуемые падениями напряжения Uк, Uст и Uа.

Падение напряжения в катодной области Uк, непосредственно прилегающей к катодному пятну диаметром dк обычно преобладает в общем падении напряжения на дуге, а его величина зависит от конкретных физических условий для данной дуги, в том числе от потенциала ионизации газов и паров катодной области. Протяженность катодной области lк очень мала: lк ≈ 10–3...10–4 мм.

В анодной области, непосредственно прилегающей к анодному пятну диаметром da, ионизации практически не происходит. Как показывают экспериментальные данные, анодное падение напряжения зависит от физических условий в анодной области и степени влияния пространственного отрицательного заряда. Оно практически не зависит от сварочного тока. Протяженность анодной области lа также очень мала: la ≈ 10–2...10–3мм.

Падение напряжений в катодной области, которое преобладает в общем падении напряжения на дуге, составляет Uк ≈ 5...25 В, и в анодной области, которое также весьма значимо Uа ≈ 2...10 В, не зависит от длины дуги, а падение напряжения в столбе Uст пропорционально длине дуги lд:

[pic 3],

где [pic 4] – градиент напряжения в столбе, равный [pic 5]= 1...4 В/мм.

Падение напряжения на дуге Uд – это сумма падений напряжений в анодной и катодной областях, а также в столбе дуги:

[pic 6].                                (1.2)

Мощность дуги Pд можно выразить следующим образом:

[pic 7].                                         (1.3)

Экспериментально сумму катодного и анодного падения напряжений можно найти, постепенно уменьшая длину дуги и замеряя напряжение при минимальной ее длине, когда падением в столбе можно пренебречь. Отдельные же величины, входящие в выражение мощности дуги, определяют следующим образом. Катодное падение напряжения Uк часто принимают равным потенциалу ионизации газа. Например, потенциал паров железа равен UiFe = 7,83 В, а воздуха – Uiвозд = 14 В.