Статическая вольтамперная характеристика дуги.

Проводники, подобные дуге, называют нелинейными, и их характеризуют статические вольтамперные характеристики (в.а.х.), представляющие зависимость напряжения на них от тока в установившихся режимах, что можно описать уравнением:

с+ d ´ L_д

U_д= а + b ´L_д +, В

I_д

 

где а - сумма падений напряжений на катоде и аноде (а= U_к +U_а);

b - удельное падение напряжения в газовом столбе дуги, отнесённое к 1мм длины дуги (величина в зависит от газового состава столба дуги);

L_д - длина дуги, мм;

с - мощность, необходимая для вырывания электрона из катодного пятна, зависит от материала электрода, вт;

I_д - величина сварочного тока, А;

d -мощность, вт, затрачиваемая на прохождение электронного потока через газовый промежуток дуги длинной в 1 мм.

 

Графически вольтамперная характеристика дуги показана на Рис.3.6.

В области (I) увеличение тока до 80 А приводит к резкому падению напряжения на дуге, которое обусловлено тем, что при маломощных дугах увеличение тока вызывает увеличение площади сечения столба дуги, а также его электропроводности. Форма в.а.х. дуги на этом участке падающая (такая дуга имеет малую устойчивость).

В области (II) (80…800 А) напряжение дуги практически не изменяется, что объясняется увеличением сечения столба дуги и активных пятен пропорционально изменению величины сварочного тока. Поэтому плотность тока и падение напряжения во всех участках дугового разряда сохраняются постоянными. При этом в.а.х. дуги – жёсткая (такая дуга широко применяется в сварочной технике).

Область (III). При увеличении сварочного тока более 800 А, напряжение дуги снова возрастает. Это объясняется увеличением плотности тока без увеличения катодного пятна, т.к. поверхность электрода (катода) уже оказывается недостаточной для размещения катодного пятна нормальной плотностью тока (такая сварочная дуга применяется при способе сварки под флюсом и при сварке в среде защитных газов).

Таким образом, при средних (80… 800 А) и больших (800 и более А) значениях тока дуги третий член в уравнении () становится незначительным, и уравнение приобретает вид

U_д= а + b´L_д, В

.

Для стальных электродов можно в среднем принять а = 10 В, b = 2 В/мм. Тогда напряжение дуги длинной 4 мм составит U_д= 10 + 2 ´ 4 = 18 В.

Дуга при сварке металлическим электродом горит устойчиво при напряжении 18…28 В, а при сварке угольным или графитовым электродом – при напряжении 30…35 В. Однако для возбуждения дуги требуется более высокое напряжение. Это объясняется тем, что в начальный момент воздушный промежуток ещё недостаточно нагрет, и необходимо придать электронам большую скорость для ионизации атомов газового промежутка, что можно достичь только при более высоком напряжении в момент зажигания дуги.