Вольт-амперная характеристика дуги

Для газового разряда сопротивление не является постоян-
ным (R≠const), так как число заряженных частиц в нем зави-
сит от интенсивности ионизации и, в частности, от тока. Поэтому
электрический ток в газах не подчиняется закону Ома и вольтам-
перная характеристика разряда для газов является обычно
нелинейной.

В зависимости от плотности тока вольт-амперная характеристика дуги может становиться падающей, пологой и возрастающей (рисунок). В I области при малых токах (примерно до 100 А) и свободной дуге с увеличением тока /_д интенсивно возрастает число заряженных частиц главным образом вследствие разогрева и роста эмиссии катода, а следовательно, и соответствующего ей роста объемной ионизации в столбе дуги. Сопротивление столба дуги уменьшается и падает нужное для поддержания разряда напряжение U_д; характеристика дугиявляется падающей.Во II области при дальнейшем росте тока и ограниченном сечении электродов столб дуги несколько сжимается иобъем газа,участвующего впереносе зарядов, уменьшается. Это приводит кменьшей скорости роста числа заряженных частиц.Напряжение дугистановится мало зависящим от тока, а характеристика — пологой. Первые две области токов охватывают дуги с так называемым отрицательным электрическимсопротивлением. Падающая и пологаяхарактеристики типичны для дугипри ручной дуговой (ДР) игазоэлектрической (ГЭ)сварке, а также вообще для сварки при малых плотностях тока, в том числе и дугой под флюсом (ДФ).

Сварка на высоких плотностях тока и плазменно-дуговые процессы соответствуют III области режимов дуги. Они характеризуются сильным сжатием столба дуги, а вольтамперная кривая здесь — возрастающая, что указывает на увеличение энергии, расходуемой внутри дуги.

В сильноточных сжатых дугах ионизация газа в столбе может достигать значений, близких к 100%, а термоэмиссионная способность катода исчерпана. В этом случае увеличение тока практически уже не может изменить числа заряженных частиц в дуге.
Ее сопротивление становится положительным и почти постоян-
ным: R=const. Высокоионизированная сжатая плазма по своим
свойствам близка к металлическому проводнику. Закон Ома
вновь становится справедливым в его обычном виде.

25. Изложите причины и механизм образования плазменных потоков в сварочных дугах. Потоки в сварочных дугах.

Плазменные струи существуют в дуге в виде потоков пара, газа и их смеси.

При малых токах (I_д<30A) плазменные струи вызываются подъёмными силами, возникающими из-за меньшей плотности плазмы по сравнению с окружающей средой. То есть для слаботочных дуг действует конвективный механизм, что породило название «дуга».

При больших токах возникает гидродинамическое течение от стержневого катода к плоскому аноду (для W дуг), называемое катодной струей. Газовый поток входит в дугу в районе катода, нагревается, ионизируется, пересекает дугу в продольном направлении и при достижении анода растекается по нему.

Давление в дуге возникает под действием электромагнитных сил (сил Лоренца). Радиальное сжатие (пинч-эффект) обратно пропорционально сечению, по которому течет ток. Для дуги со стержневым катодом и плоским анодом давление постепенно убывает от катода к аноду.

а) Катодная струя (СНЭ-TIG)

,где =4π·10^-7 Гн/м- магнитная проницаемость вакуума.

P₁>P₂ и возникает осевая составляющая.

Распределение анодного падения напряжения столба дуги в центре пятна объясняется нейтрализующим действием катодной струи.

б) Анодная струя обуславливается тем, что R_a<R_ст, а также потоком паров металла анода. Для сварочной дуги доля испаряющегося металла анода может составлять ≤ 10% объёма расплавленного металла сварочной ванны. Скорость паров достигает десятков метров в секунду.