Тепловая мощность дуги


Энергия мощных потоков заряженных частиц, бомбардирующих катод и анод, превращается в тепловую энергию электрической дуги. Суммарное количество теплоты Q (Дж), выделяемое дугой на катоде, аноде и самим столбом дуги, определяется по формуле:
Q = IUt,
Где I – сварочный ток, А; Г – напряжение дуги, В; t – время горения дуги, с.
При питании дуги постоянным током наибольшее количество теплоты выделяется в зоне анода (42-43%). Это объясняется тем, что анод подвергается более мощной бомбардировке заряженными частицами, чем катод, а при столкновении частиц столбе дуги выделяется меньшая доля общего количества теплоты.
При сварке угольным электродом температура в катодной зоне достигает 3200˚С, в анодной - 3900˚С, а в столбе дуги среднее значение температуры составляет 6000˚С. При сварке металлическим электродом температура катодной зоны составляет около 2400˚С, а анодной – 2600˚С.
Разная температура катодной и анодной зон, а также и разное количество теплоты, выделяющееся в этих зонах, используются при решении технологических задач. При сварке деталей, требующих большого подвода теплоты для прогрева кромок, применяют прямую полярность, при которой анод (плюсовая клемма источника тока) подсоединяют к детали, а катод (минусовая клемма источника тока) – к электроду. При сварке тонкостенных изделий, тонколистовых конструкций, а также сталей, не допускающих перегрева (нержавеющие, жаропрочные, высокоуглеродистые и др.), применяют сварку постоянным током обратной полярности. В этом случае катод подсоединяют к свариваемой детали, а анод – к электроду. При этом не только обеспечивается относительно меньший нагрев свариваемой детали, но и ускоряется процесс расплавления электродного материала за счёт более высокой температуры анодной зоны и большего подвода теплоты.
При питании дуги переменным током различие температур катодной и анодной зон и распределение теплоты сглаживаются вследствие периодической смены катодного и анодного пятен с частотой, равной частоте тока.
Практика показывает, что в среднем при ручной сварке только 60-70% теплоты дуги используется на нагревание и плавление металла. Остальная часть теплоты рассеивается в окружающую среду через излучение и конвекцию.
Потери теплоты при ручной дуговой сварке составляют примерно 25%, из которых 20% уходят в окружающую среду дуги через излучение и конвекцию паров и газов, а остальные 5% - на угар и разбрызгивание свариваемого металла. Потери теплоты при автоматической сварке под флюсом составляют только 17%, из которых 16% расходуются на плавление флюса, а на угар и разбрызгивание затрачивается около 1% теплоты.