Собственное магнитное поле возникает от прохождения тока по элементам, составляющим сварочную цепь. При симметричном магнитном поле дуга горит нормально, в противном случае отклоняется (рис. 2.7).

Соответствующим подбором угла наклона электрода также изменяют интенсивность магнитного дутья. Близко расположенные ферромагнитные массы, имея большую магнитную проницаемость, стремятся на себя замкнуть магнитные силовые линии (рис. 2.8). Аналогичные процессы протекают при сварке угловым швом деталей большого размера (рис.2.9) и при сварке стыковых швов.

Наиболее распространенные способы уменьшения влияния магнитного дутья: наклон электрода в сторону отдувания дуги; подключение токоподвода к изделию в определенном месте; уравновешивание магнитных масс; замена постоянного тока переменным.

Тепловые свойства дуги. Электрическая дуга является мощным и концентрированным источником тепла. Распределение температуры в зоне дуги подчиняется сложным законам и весьма неравномерно вдоль и поперек оси дуги. При угольном катоде температура у катода 3300-3100° по оси, у анода 3800-4000°. В середине дуги температура достигает 6000-7000° (рис.2.10). Неравномерно и выделение тепла, у анода его больше (42-43%), анод горячее, чем пользуются сварщики, используя прямую или обратную полярность. В большинстве случаев свариваемые детали массивны и чаще применяют прямую полярность. Обратную применяют: I) при сварке тонких элементов во избежание прожога; 2) при использовании электродов некоторых типов (в паспорте указывают ток и полярность). При дуге переменного тока температура и количество выделяемого тепла на обоих электродах выравниваются.

Тепловая мощность горящей дуги – q0 – полное количество тепла, выделяемое ею в единицу времени (тепловой эквивалент электрической мощности):

q0=0,24×I×Uд, кал/сек.

Часть тепла бесполезно идет на нагрев атмосферы, оборудования и т.п., другая часть эффективно расходуется на нагрев свариваемых деталей. Количество тепла, сообщаемое сварочной дугой свариваемой детали в единицу времени, называется эффективной тепловой мощностью сварочной дуги:

q0=0,24×I×Uд×, кал/сек.

– эффективный КПД нагрева металла дугой, зависящей от способа сварки, материала электродов, состава покрытия и др.

– при сварке тонкопокрытыми электродами и в среде защитных газов (аргон);

– при сварке толстопокрытыми электродами;

– при сварке под флюсом.

Погонной энергией дуги называют количество тепла, вводимого в 1см длины однопроходного шва или валика; она определяется отношением эффективной тепловой мощности дуги к скорости перемещения дуги v в см/сек:

Погонная энергия является основным показателем для выбора режима сварки.

При дуговой сварке плавящимся электродом и постоянном сечении однопроходного шва или валика многопроходного шва погонная энергия пропорциональна поперечному сечению однопроходного шва или валика и в этих случаях погонная энергия может быть выражена:

где – удельный вес металла шва;

– коэффициент наплавки;

F – поперечное сечение шва, см2.

Подставив в последнюю формулу численные значения для ручной сварки электродами с толстым покрытием и для автоматической сварки получим значения погонной энергии:

обычно принимают:

где F – площадь поперечного сечения шва, см2.

Пользуясь этой формулой можно определить величину погонной энергии по заданному сечению шва.

Сварка в плазме (плазмотроны). Применяют для сварки и резки металлов высокотемпературную дуговую плазму, получаемую при пропускании столба дуги в атмосфере сжатого газа или в кольцевом магнитном поле. В первом случае независимая дуга горит между вольфрамовым электродом (катодом) и соплом горелки (анодом). Во втором случае между вольфрамовым электродом и свариваемым металлом. Газ, проходя через плазму дуги, сильно ионизируется. Нагрев происходит за счет непосредственной бомбардировки металла частицами струи, температуры соответственно 15000 и 30000°С.

Дуговой плазменной струёй сваривают тугоплавкие металлы, металлы с неметаллами, паяют, производят разделительную резку различных материалов.

2.2. Процессы плавления и переноса металла при дуговой сварке

Перенос электродного металла на изделие - сложный процесс. В начале горения дуги на торце электрода образуется слой расплавленного металла (I), который под действием сил тяжести и поверхностного натяжения собирается в каплю(II). Достигая определенных размеров капля перекрывает дугу, кратковременно замыкая сварочную цепь (III). Мостик из жидкого металла разрывается, дуга вновь возникает, и процесс образования капель повторяется. Величина и кол-во капель в единицу времени зависят от многих факторов (полярности и силы тока, химсостава и физического состояния электродного металла, состава покрытия и т.д.). Перенос металла бывает трех видов: крупнокапельный, мелкокапельный и струйный.