Сварочная дуга и сущность протекающих в ней процессов

Состояние любого вещества характеризуется взаимосвязью атомов и молекул. Различают 3 основных состояния: жидкое, твердое и газообразное. Расстояние между молекулами в каждом случае будет разным. Расстояния между молекулами в жидком и твердом состояниях очень малы, этим объясняется малая сжимаемость этих веществ и общее их название — «конденсированное состояние». В газах расстояние между молекулами намного больше, поэтому они под воздействием внешнего давления могут довольно легко сжиматься. 

Этим объясняется различие электропроводности веществ и газов, находящихся в конденсированном состоянии. В жидких и твердых веществах крайние электроны, далеко отстоящие от ядра своих атомов, легко теряют связь с ядром и свободно перемещаются по веществу. Такие свободные электроны называются электронами проводимости и являются носителями тока в проводнике. В газах электроны притягиваются только к своим ядрам, поэтому при обычных условиях газы ток не проводят, но в электрической дуге газы ионизируются и приобретают электропроводность.

Сварочной дугой называется разряд электрического тока в газовой среде между находящимися под напряжением жидкими или твердыми электродами (проводниками), который является концентрированным источником теплоты и используется для расплавления металла при сварке.

Электрические заряды в сварочной дуге переносятся заряженными частицами — электронами, а также отрицательно и положительно заряженными ионами.

Процесс, при котором в газе образуются положительные и отрицательные ионы, называется ионизацией, а такой газ — ионизированным. Зажигание дуги при сварке плавящимся электродом начинается с короткого замыкания электрода с основным металлом. Из-за шероховатости поверхности электродов касание при коротком замыкании происходит отдельными выступающими участками, которые мгновенно расплавляются под действием выделяющееся теплоты, образуя жидкую перемычку между основным металлом и электродом. При отводе электрода жидкая перемычка растягивается, ее сечение уменьшается, электрическое сопротивление и температура возрастают. Когда расплавленный металл перемычки достигает температуры кипения, пары металла легко ионизируются и возникает дуга. Возникновение дуги длится доли секунды. 

Дуга, горящая между электродом и изделием на воздухе, называется свободной. Свободная дуга состоит из 3-х зон: катодной с катодным пятном, служащим для эмиссии (выхода) электронов; анодной с анодным пятном, бомбардирующимся электронным потоком, и столба дуги, который занимает промежуточное положение между катодной и анодной зонами. Температура в зоне столба дуги при сварке достигает 6000 -7000 C в зависимости от плотности сварочного тока.