Образование сварочной дуги

Классическими проводниками электрического тока являются металлические материалы, например, медные или алюминиевые провода. Газовая же среда, какой является промежуток между электродом и свариваемым изделием, при обычных условиях является электрически непроводящей, поскольку состоит из электрически нейтральных атомов или молекул газа.

Для протекания электрического тока через газ необходимы заряженные частицы: электроны и ионы. Образование таких частиц в газовом промежутке между электродами происходит следующим образом. В начале необходимо зажечь дугу. Процесс зажигания дуги в большинстве случаев включает три этапа.

1. Осуществляют короткое замыкание электрической цепи соприкосновением конца электрода на заготовку. При этом в месте контакта выделяется значительное количество теплоты Q согласно закону Джоуля – Ленца:

Q = I ²· R ∙τ, Дж,                                                                  (1.1)

где I – сила тока, А;

    R – сопротивление, Ом;

    τ – время прохождения тока, с.

Ток короткого замыкания практически мгновенно расплавляет металл в месте контакта.

2. Для горения дуги, после короткого замыкания, электрод и изделие необходимо раздвинуть друг от друга на расстояние 3…6 мм. При этом благодаря тепловой энергии, с поверхности электрода происходит испускание электронов (термическая эмиссия). Под действием электрического поля эти электроны устремляются к изделию и на своём пути сталкиваются с нейтральными частицами воздуха. При столкновении происходит отрыв от нейтрального атома или молекулы одного или нескольких электронов, что и называется ионизацией. По мере разогрева столба дуги и повышения кинетической энергии атомов и молекул происходит дополнительная ионизация за счёт их столкновения между собой. Иными словами ионизация - это превращение атомов или молекул в положительные или отрицательные ионы. По мере развития дугового разряда происходит резкое нарастание ионизированных атомов. В результате дуговой промежуток становится электропроводным и через него начинается разряд электричества. Ток в дуге складывается из движения электронов в сторону анода и движения положительных ионов в сторону катода. Принято считать, что ток дуги преимущественно электронный, так как подвижность электронов из–за меньшей массы существенно выше, чем подвижность тяжелых положительно заряженных ионов.

3. Процесс зажигания дуги заканчивается возникновением устойчивого дугового разряда.