Что такое сварочная дуга

Сварочная дуга — это мощный электрический разряд, протекающий через ионизированный газ (плазму) между электродом и свариваемым изделием. Она служит основным источником тепловой энергии при дуговой сварке: обеспечивает плавление металла и формирование сварного соединения.

В процессе горения дуги:

• образуется плазма — высокоионизированный газ из электронов, ионов и нейтральных частиц;
• происходит перенос расплавленного металла с электрода в сварочную ванну;
• создаётся защитная атмосфера вокруг зоны сварки.

Температура в центре сварочной дуги достигает 6000–7000 ∘C, что позволяет плавить даже тугоплавкие материалы (титан, вольфрам и т. д.).

Основные зоны сварочной дуги

Дуга делится на три зоны с разными физическими процессами:

1. Катодная зона — область, где электроны покидают поверхность электрода. Температура: 2400–3000 ∘C. Выделяется около 38 % тепла.
2. Анодная зона (кратер) — зона входа электронов в сварочную цепь. Температура: до 4000 ∘C. Выделяется до 42 % тепла.
3. Столб дуги — центральная часть, заполненная плазмой. Температура: 6000–8000 ∘C. Выделяется около 20 % тепла, падение напряжения — 2–12 В.

Характеристики сварочной дуги

1. Напряжение дуги — обычно 15–40 В, зависит от длины дугового промежутка и силы тока.
2. Сила сварочного тока — варьируется от десятков до сотен ампер. Определяет глубину проплавления и скорость сварки.
3. Длина дугового промежутка — расстояние между электродом и изделием. Оптимальная длина — 3–5 мм. При увеличении длины снижается стабильность дуги и тепловыделение.
4. Полярность:

• Прямая (электрод — катод): больше тепла выделяется на изделии. Подходит для толстых деталей.
• Обратная (электрод — анод): больше тепла на электроде. Используется для тонких материалов.
• Переменный ток: полярность меняется 50 раз в секунду. Менее стабильна, но экономична.

1. Вольт‑амперная характеристика (ВАХ):

• Падающая: рост тока снижает напряжение.
• Жёсткая: напряжение не зависит от тока.
• Растущая: рост тока увеличивает напряжение.

1. Тепловая мощность — рассчитывается по формуле:

Q=0,24⋅k⋅Iсв​⋅Uд​,

где:

• Iсв​ — сила сварочного тока,
• Uд​ — напряжение дуги,
• k=0,7–0,97 — коэффициент снижения мощности для переменного тока.

1. Погонная энергия — количество теплоты на единицу длины шва. Зависит от тепловой мощности и скорости перемещения электрода.
2. Давление дуги на сварочную ванну — влияет на форму и глубину проплавления.
3. Пространственная устойчивость — способность сохранять параметры при колебаниях длины дуги или напряжения.
4. Динамическая стабильность — сохранение характеристик при изменении условий сварки. Зависит от источника питания и состава защитной среды.

Факторы, влияющие на стабильность дуги

• состав и качество покрытия электрода;
• химический состав основного и электродного металла;
• род и полярность тока;
• длина дугового промежутка;
• скорость сварки и пространственное положение шва;
• магнитное дутье (смещение дуги из‑за магнитных полей);
• состав защитной атмосферы (аргон, гелий, смеси и т. д.).

Хотите, я раскрою какой‑либо аспект подробнее?