Сварочная дуга – как же она работает?

1 Сварочная дуга: природа явления

Более легкому получению разряда способствует разогрев материалов, смыкание на короткое время и постепенное раздвигание электродов. Качественным методом получения разряда может считаться достижение в электрическом разрядном промежутке пробоя в результате короткого резкого повышения межэлектродного напряжения. Такой стабилизатор сварочной дуги возникает при условиях нормы атмосферного давления, благодаря искровому разряду.
Сварочная, или электрическая, дуга, образуется благодаря прохождению электротока через газовую среду в зоне сварки или резки. Разряд между электродами является наиболее развитой формой разряда в газах. Для него характерно невысокое напряжение и большая величина тока. Строение сварочной дуги таково, что в ее пространстве имеет место очень высокая ионизация газов.
При этом в роли катода выступает сварочный электрод, анода – обрабатываемый материал, между ними столбом проходит дуговой разряд, окруженный пламенем сварки.
Ионизируемый газ в столбе разряда имеет яркое свечение, вредное для глаз. В осевой части такого столба развивается температура сварочной дуги от шести до десяти тысяч градусов по Цельсию. Основным фактором ионизации является именно такая высокая температура, поддерживается она за счет притока энергии запитывающих цепей.

2 Сварочная дуга и ее свойства – почему следует быть осторожными?

Напряжение разряда – по сути, межэлектродное напряжение – напрямую зависит от межэлектродного расстояния, то есть от того, какие имеются показатели длины дуги, силы тока, размеров сварочных электродов, физических свойств и характера (состава) газа среды в зоне дуги.
Сварочная дуга и ее свойства управляются регулированием межэлектродного расстояния (от 0,01 до 10 мм), силой тока источника напряжения (от половины до трех тысяч ампер), давления газа (до одного кгс/см2), формой и размером электродов, защитой зоны горения инертными газами, сжиманием дуги и многими другими способами.
Тепловая мощность, которой обладает электрическая дуга, просто невероятна, она занимает диапазон от десяти до сотен тысяч ватт. И концентрация ее достигает от одной сотни до сотен тысяч ватт на кубический сантиметр. Мощности в таком широком диапазоне позволяют применять разряд для сварки и резки различных металлов при толщине от сотых долей миллиметров до десятков сантиметров за один или несколько проходов.
Формы и виды сварочных дуг чрезвычайно разнообразны. Разряд может возникать при любом давлении газов, напряжение может иметь значения от нескольких до нескольких тысяч вольт. Дуга возникает между электродами независимо от того, постоянное или переменное напряжение подается. И это понятно, поскольку время возникновения разряда чрезвычайно мало, в каждый положительный полупериод один из электродов работает как катод, а второй – анод. При смене полупериодов электроды «меняют» полярность.
Дуговой разряд может возникнуть при любом давлении газа, разности потенциалов электродов, постоянном или переменном межэлектродном напряжении. Особенностью, характерной для дуги, является очень высокая катодная плотность тока наряду с малым напряжением.
Вообще, зависимость, которую показывает напряжение сварочной дуги и ток в разряде, имеет удивительную особенность: с ростом тока падает напряжение. Говорят о падающей вольт-амперной характеристике, это значит, что с увеличением тока в разряде падает и сопротивление в дуговом промежутке, и напряжение, что объясняет необходимость применения балластных сопротивлений для стабилизации разряда.

3 Источники питания сварочной дуги – где мы увидим их применение?

И самое главное – практическое применение. Источники питания сварочной дуги, или аппараты для сварки, как уже понятно, могут работать на постоянном и переменном токе, поэтому и бывают соответствующего типа. При этом катодом (электродом с отрицательной полярностью) будет электрод, а вот рабочая поверхность выступит в роли анода.
При обратной полярности на электроде оказывается плюсовой потенциал. В технике сварки могут применяться плавящиеся и неплавящиеся (уголь, вольфрам) электроды. Защита сварочной зоны может осуществляться парами электродных флюсов, подаваемыми газами, порошковыми составами на проволоках.
И о способах: до сих пор широко применяется ручная сварка, полуавтоматическая механизированная сварка, полный автомат. По аббревиатуре это, соответственно: ММА (ручная), MIG/MAG (полуавтоматы), TIG (аргонно-дуговая). Но об этом можно написать еще пару-тройку статей, а о сварочной дуге, пожалуй, изложено все.