Баланс энергии при дуговой сварке вольфрамовым электродом

«Баланс энергии при дуговой сварке вольфрамовым электродом.»

Дуговая сварка вольфрамовым электродом обычно ведется на постоянном токе прямой полярности (исключая сварку алюминия) от источника с круто падающей характеристикой. Дуги с вольфрамовым электродом могут иметь катодное пятно, но оно может и отсутствовать. Образованию пятна на катоде способствуют введение в вольфрам добавки тория, иттрия или лантана (обычно до 1-2 %), лучший теплоотвод (меньший вылет) электрода и более острая заточка его рабочего конца.

Вольфрамовый электрод с ионизирующими добавками имеет по сравнению с электродом из чистого W пониженную температуру (рис. 2.7, а) и практически не оплавляется в широком диапазоне значений силы тока (100...400 А). Коническая вершина электрода сохраняет свою форму, что обеспечивает сжатие дуги у катода. Дуга с пятном имеет повышенное (примерно на 10%) напряжение и большую (на 10...20%) температуру столба.

Состав защитного газа также влияет на количество теплоты, выделяемой в дуге. По теплофизическим свойствам гелий существенно отличается от аргона: имеет высокую энергию ионизации (24,5 эВ вместо 15,7 эВ) и в 10—15 раз большую теплопроводность при температурах плазмы. Достаточная для существования дуги ионизация аргона наступает при температуре 16 000 К, в то время как ионизация гелия — при 25 000 К. Значительный средний градиент напряженности электрического поля Е в плазме гелия, достигающий 2 В/мм (в отличие от 0,8... 1,2 В/мм в аргоне), обусловливает высокое напряжение на дуге.

Вольт-амперные характеристики дуги с вольфрамовым электродом в аргоне, гелии и других инертных газах возрастающие (см. рис. 2.3, в). При малых мощностях значительная доля энергии (до 40 %) может выделяться на катоде и лишь 20... 30 % — на аноде. Это связано с тем, что температура катода низка и на возбуждение эмиссии требуются большие

Рис. 2.7. Распределение температур относительно оси

вольфрамового катода в обычной (I) и плазменной (II) дугах (а) и вольт-амперные характеристики плазменной струи в различных газах (б):

1 — катод; 2 — сопло плазмотрона

затраты мощности источника. С увеличением силы тока доля катодной теплоты обычно уменьшается до 25 % и даже до 12%, а доля анодной теплоты достигает 80...85% общей мощности дуги.

Допустимые плотности тока для вольфрамовых электродов выше на постоянном токе прямой полярности (плотностью 20-30 А/мм²), примерно в 2 раза ниже на переменном токе и еще ниже (в 3 — 8 раз) при сварке на постоянном токе обратной полярности. Для электродов в гелии допустима меньшая плотность тока, так как температура гелиевой плазмы выше, чем аргоновой, и теплопередача на катод больше. С увеличением диаметра электрода допустимая плотность тока уменьшается примерно в обратной пропорции.